Tratarea Namolurilor in Statiile de Epurare

38
TEMA: TRATAREA NĂMOLURILOR DIN STATIILE DE EPURARE 1

description

Tratarea Namolurilor in Statiile de Epurare

Transcript of Tratarea Namolurilor in Statiile de Epurare

Page 1: Tratarea Namolurilor in Statiile de Epurare

TEMA: TRATAREA NĂMOLURILOR DIN STATIILE DE EPURARE

1

Page 2: Tratarea Namolurilor in Statiile de Epurare

CUPRINS:

CAP I – Aspecte generale

CAP II - Formarea şi caracteristicile nămolurilor

CAP III – Principalele caracteristici ale namolurilor

3.1. Caracteristicile fizico-chimice ale nămolurilor

3.2. Caracteristici biologice şi bacteriologice

CAP IV. Procedee de prelucrare a nămolului

4.1. Ingroşarea nămolului

4.2. Fermentarea nămolului

4.2.1. Instalatii pentru fermetarea namolurilor

4.3. Condiţionarea nămolului

4.4. Deshidratarea nămolului

4.5. Uscarea namolului

4.6. Incinerarea nămolului

4.7. Valorificarea si evacuarea finala a namolurilor

4.8. Aspect legislative privind valorificarea namolurilor in agricultura

CAP V- Managementul nămolurilor generate in staţia de epurare Cluj- caz particular

5.1. Scurt istoric

5.2. Descrierea procesului tehnologic in statia de epurare

5.3. Valorificarea namolurilor rezultate din statia de epurare

2

Page 3: Tratarea Namolurilor in Statiile de Epurare

ARGUMENT

Calitatea apelor este cel mai mult afectată de deversarea de către om de ape uzate. Prin urmare, principala măsură practică de protecţie a calităţii apelor de suprafaţă este să epurăm apele uzate. In urma procesului de epurare rezulta namoluri ce trebuiesca tratate pentru a putea fi integrate in natura fara a afecta mediul inconjurator. Modul de tratare a acestor namoluri face obiectul prezentului atestat.

Primul pas spre epurare este colectarea apelor uzate, care se face prin sisteme de canalizare. ele sunt mai simple la poluanţi industriali, dar foarte vaste şi complicate în cazul canalizării localităţilor, deoarece trebuie să preia ape uzate fecaloid-menajere de la un foarte mare număr de surse - toate chiuvetele, WC-urile, cadele de duş sau baie etc. Se mai adaugă canalele ce preiau apele pluviale. Apele acestea trebuie apoi conduse la staţia de epurare, de unde apoi de regulă sunt restituite în emisar, de obicei un râu.

Lucrarea este structurata pe 5 capitole.Capitolul I prezinta un scurt istoric al aparitiei statiilor de epurare.Capitolul II prezinta aspect generale vis-à-vis de procesul de epurarea apelor uzate si o

clasificare a procedeelor de tratare a namolurilor in statiile de epurare.Capitolul III este rezervat caracteristicilor namolurilor. Evacuarea în receptorii naturali

sau a recirculării, conduce la reţinerea si formarea unor cantitati importante de nămoluri ce înglobează atât impuritatile conţinute în apele brute, cât si cele formate în procesele de epurare. Namolurile au diferite caracteristici atat fizico-chimice cat si biologico-bactereologice. In acest capitol se urmareste caracterizarea celor mai importante proprietati ale namolurilor.

Capitolul IV – procedee de tratare a namolurilor – dezbate procesele de prelucrare a nămolurilor în functie de provenienţa şi caracteristicile lor, dar şi în funcţie de modul final de evacuare. De asemenea prezinta o clasificare a proceselor de prelucrare după diferite criterii. In acest capitol se trateaza principalele procedee prin care trece namolul pana la integrarea in natura: ingrosarea, fermentarea, conditionarea, deshidratarea, uscarea, incinerarea, valorificarea si evacuarea. De asemenea in finalul capitolului sunt prezentate diverse aspecte legislative privind valorificarea namolului in agricultura.

Capitolul V prezinta un studiu de caz a statiei de epurare din Cluj, in care sunt descrise procesele tehnologice in statia de epurare si valorificarea namolurilor rezultate.

3

Page 4: Tratarea Namolurilor in Statiile de Epurare

CAP I. Istoric şi evoluţie

Primele staţii de epurare au apărut în Anglia în secolul XIX. Iniţial s-au realizat canalizări, care au rezolvat problema epidemiilor hidrice, dar au făcut din Tamisa un râu mort ce degaja miros pestilenţial, încât în geamurile parlamentului au trebuit atârnate cârpe îmbibate cu clorură de calciu. Abia atunci s-a trecut la realizarea de staţii de epurare. Tot în Anglia s-au pus bazele monitoringului. Parametrul "consum biochimic de oxigen" CBO5 a fost introdus în 1898 şi a fost conceput în concordanţă cu realităţile englezeşti - temperatură de 200C, timp de rezidenţă în râu 5 zile, tip de poluare predominantă fiind cea fecaloid-menajeră...

În SUA, în 1984 existau 15438 de staţii de epurare care deserveau o populaţie de 172205000 locuitori, adică 73,1% . Procentul de epurare a apelor din punct de vedere al încărcării organice măsurate prin CBO5 a fost de 84% iar din punct de vedere al suspensiilor de 86,3%. Pentru anul 2005 se prevede atingerea unui nivel de 16980 de staţii de epurare care să deservească 243723000 locuitori, adică 86,6%. Procentul de epurare a apelor din punct de vedere al încărcării organice măsurate prin CBO5 e planificat să atingă 89,9% iar din punct de vedere al suspensiilor de 88,9%.

În SUA tot mai puţine ape uzate după epurare se descarcă din nou în emisar. Se infiltrează în sol sau se utilizează pentru irigaţii, în industrie, pentru recreere (lacuri), pentru piscicultură, şi chiar ca sursă de apă potabilă, după descărcare în lacuri sau injectare în sol sau chiar direct, dar cu supunere la preparare avansată. De exemplu în SUA se utilizează ape uzate la prepararea de apă potabilă în oraşe ca Palo Alto, Denver, El Paso şi chiar Washington DC Aceasta e destul de scumpă, dar totuşi mai ieftină decât desalinizarea apei marine de exemplu, de aceea tehnologia se răspândeşte în ţări arabe şi africane.

4

Page 5: Tratarea Namolurilor in Statiile de Epurare

CAP II. Aspecte generale

Procesul de epurarea apelor uzate, conduce la retinerea si formarea unor cantităti importante de nămoluri ce inglobează substante poluante si substante inerte.

Procedeele de tratare a nămolurilor sunt foarte diverse si ca urmare nu se pot stabili retete si tehnologii universal valabile, ci pentru fiecare statie de epurare trebuie studiate caracteristicilor nămolurilor supuse prelucrării.

La baza tuturor procedeelor de tratare a nămolurilor stau două procese tehnologice distincte si anume stabilizarea nămolurilor prin fermentare si deshidratarea nămolurilor. Intre aceste două procedee principale pot să apară diverse variante sau combinatii de procedee a căror aplicare se face diferentiat in functie de conditiile locale, cantitatea si calitatea nămolurilor, existenta unor terenuri pentru amplasarea instalatiilor si platformelor de uscare si depozitare, sau destinatia nămolurilor etc.

Clasificarea procedeelor de tratarea nămolurilor se poate face după mai multe criterii si anume:

− criteriul reducerii umiditătii;− criteriul diminuării componentei organice;− criteriul costurilor de prelucrare.

In tabelul 1 se prezintă o clasificare după primul criteriu, cel al reducerii umiditătii care permite imbinarea diferitelor procedee in schemele tehnologice ale statiilor de epurare.

Procedeele mentionate in prima grupa se consideră ca fiind de fapt o etapă de pretratare a nămolurilor in vederea reducerii intr-o limita mai redusă a umiditătii, dar pot apărea modificări a structurii nămolului.

In a doua grupă sunt cuprinse procedee de deshidratare naturală: mecanică, cu o reducere semnificativă umiditătii nămolurilor. Procedeele din această grupă, de regulă se combină cu cele din prima grupa de procedee.

In a treia grupă de procedee sunt incluse procedeele care conduc la reducerea avansată a umidităTii nămolului (pană la o umiditate de 25%) unele dintre ele constituind chiar solutii finale de prelucrare.

Din ultima grupă fac parte procedeele de prelucrare finală care trebuie sa asigure fie reintegrarea nămolului in mediul inconjurător fără al polua, fie valorificarea potentialului de fertilitate in agricultură.

In urma analizei tabelului de mai sus putem concluziona că procedeele de prelucrare conduc la obtinerea următoarelor tipuri de nămoluri sau reziduuri:

5

Page 6: Tratarea Namolurilor in Statiile de Epurare

− nămol stabilizat (aerob sau anaerob);− nămol deshidratat (natural sau artificial);− nămol igienizat (prin pasteurizare, tratare fizico-chimică sau compostare);− nămol fixat, rezultat prin solidificare in scopul imobilizării compusilor toxici;− cenusă, rezultată din incinerarea nămolurilor.

In mod normal in prezent, nămolurile proaspete din statiile de epurare urbane, sunt prelucrate in prealabil prin fermentare anaerobă (obtinandu-se biogaz), după care urmează procesele de deshidratare naturală sau artificială si in final valorificarea lui in agricultură, ca fertilizator, dar numai dacă corespunde din punct de vedere bacteriologic. Prin fermentare anaerobă are loc si o mineralizare a substantelor organice, care devin inofensive fară de mediu si se obtine biogaz de fermentatie. In cazul statiilor de epurare de mici dimensiuni, pentru reducerea costurilor investitionale, se recomandă utilizarea fermentării aerobe.

6

Page 7: Tratarea Namolurilor in Statiile de Epurare

CAP III. Formarea şi caracteristicile nămolurilor

Epurarea apelor uzate, în vederea evacuării în receptorii naturali sau a recirculării, conduce la reţinerea si formarea unor cantitati importante de nămoluri ce înglobează atât impuritatile conţinute în apele brute, cât si cele formate în procesele de epurare.Schemele tehnologice aplicate pentru epurarea apelor uzate industriale si oraseneşti, din care rezultă nămoluri se pot grupa în două mari categorii: cele privind epurarea mecano-chimică si cele privind epurarea mecano- biologică. În fig. 1 si 2 se prezintă principalele surse de nămol în cadrul schemelor de epurare menţionate.

Fig. 1 Surse de nămol din staţia de epurare mecano-biologicăDin punct de vedere fizic, nămolurile provenite din epurarea apelor uzate se consideră

sisteme coloidale complexe, cu compozitii eterogene, conţinând particule coloidale ( d < 1 n ), particule dispersate (d'= 1 - 100 p ), agregate, material în suspensie etc., avand un aspect gelatinos şi conţinând foarte multă apă. Din punct de vedere tehnologic, nămolurile se consideră ca fază finală a epurării apelor, în care sunt înglobate produse ale activitatii metabolice, materii prime, produşi intermediari şi produse finite ale activitatii industrial.

Fig. 2 Surse de nămol din staţia de epurare mecano - chimicăPrincipalele tipuri de nămol ce se formează în procesele de epurare a apelor uzate sunt:

− nămol primar, rezultat din treapta de epurare mecanică;− nămol secundar, rezultat din treapta de epurare biologică;

7

Page 8: Tratarea Namolurilor in Statiile de Epurare

− -nămol rnixt, rezultat din amestecul de nămol primar şi după decantarea secundară, obţinut prin introducerea nămolului activ în exces în treapta mecanică de epurare;

− -nămol de precipitare, rezultat din epurarea fizico-chimică a apei prin adaos de agenţi de neutralizare, precipitare, coagulare - floculare.

După stadiul lor de prelucrare în cadrul gospodăriei de nămol, se pot clasifica:− nămol stabilizat (aerob sau anaerob);− nămol deshidratat (natural sau artificial);− nămol igienizat (prin pasteurizare, tratare chimică sau compostare);− nămol fixat, rezultat prin solidificare în scopul imobilizării compuşilor toxici;− cenuşa. rezultată din incinerarea nămolului;

Clasificarea nămolurilor după compoziţia conduce la luarea în considerare a două mari categorii:− nămoluri cu compoziţie predominant organica ce conţin peste 50% substanţe

volatile în substanţa uscată şi care, de regulă, provin din epurarea mecano-biologică;

− nămoluri cu compozitie predominant anorganic! ce conţin peste 50% din substanţa uscată şi care de regulă, provin din epurarea fizico-chimică.

3.1. Caracteristicile fizice ale nămolurilor

Principalele caracteristici fizice care prezintă interes in procesele de prelucrare a nămolurilor sunt următoarele:

1. Culoarea si mirosul care furnizează primele informatii asupra stării nămolului. Nămolurile proaspete din decantoarele primare sunt de culoare cenusie deschis si au un miros aproape imperceptibil. Ele contin resturi menajere si intră usor in fermentatie si produc gaze cu mirosuri neplăcute (hidrogen sulfurat). Nămolurile biologice din decantoarele secundare retinute după procesul de trecere a apei uzate prin filtrele biologice au o culoare maronie, iar la cele de după bazinul de tratare biologică cu aerare (nămolul activat), culoarea acestora variază de la galben - brun, brun - cenusiu pană la brun inchis, in functie de speciile bacteriene predominante.

Mirosul nămolului activat proaspăt, bine aerat, este un miros slab, de humus; nămolul activat incepe să miroasa a substantă organică in descompunere numai in cazul in care concentratia de oxigen din apă este insuficientă pentru a mentine conditii aerobe de procesare, sau forma bazinelor permite acumularea nămolului activat in locuri lipsite de o bună oxigenare (de ex. in colturile bazinului de aerare, marginea decantorul secundar etc). Nămolurile care au fermentat complet au o culoare neagră (datorită sulfurii de fier) si miros de gudron.

2. Umiditatea sau continutul de apă variază in limite foarte largi, in, functie de natura nămolului (mineral sau organic), de treapta de epurare din care provine (primar, secundar, de precipitare etc). Umiditatea nămolului se exprimă in procente si se determină in laborator prin uscare in etuvă la temperatura de 1050 C, sau cu ajutorul analizorului de umiditate (UMIDOTEST).

Umiditatea nămolurilor provine din următoarele feluri de apă: liberă (existentă intre particulele solide), legată coloidal prin tensiuni superficiale de particulele coloidale din nămol, legată capilar si higroscopică. Reducerea volumului de nămol pe seama eliminării apei si a schimbării structurii nămolului, constituie elementul de bază in tratarea nămolurilor. Variatia de volum, ca urmare a schimbării umiditătii, se poate determină cu relatia:

In care U1, U2 sunt umiditătile nămolului inainte si după uscare, in %.3. Greutatea specifică a nămolului depinde in mare măsură de greutatea specifică a

materiilor solide pe care le contine, de umiditatea lor si de provenienta nămolului din cadrul statiei de epurare, in sensul că nămolul primar brut are o greutate specifică de 1,004- 1,010 t/m3, nămolul activat in exces are valori mai mici, in jur de 1,00 t/m3 si după ingrosare, 1,003 t/m3.

8

Page 9: Tratarea Namolurilor in Statiile de Epurare

Pentru calcule mai putin precise dacă umiditatea medie a nămolurilor depăseste 90% se poate considera greutatea specifică a nămolurilor egală cu cea a apei.

4. Filtrabilitatea este o proprietate importantă a unui nămol si reprezintă proprietatea acestuia de a ceda apa prin filtrare si se exprimă, cantitativ, prin rezistenta specifică la filtrare (r, in cm/g) si coeficientul de compresibilitate (s).

Pentru determinarea rezistentei specifice la filtrare se utilizează ecuatiile lui Poiseuille si Darcy pentru curgerea fluidelor prin medii poroase capilare, dar cu modificările propuse de Kozeny si Caraman pentru nămoluri.

5. Puterea calorică a nămolului variază in functie de continutul in substantă organică (substante volatile). Se poate determina experimental sau aproximativ cu ajutorul relatiei empirice:

PCn = Sv × 44.4

in care:PCn - puterea calorică netă;Sv - continutul in substante volatile.Experimental, puterea calorică se determină cu ajutorul bombei calorimetrice. Nămolurile primare caracterizate de o concentratie ridicată in substante organice au o putere calorică mai mare fată de nămolurile fermentate, asa cum rezultă si din tabelul urmator.

Puterea calorifică a diverselor nămoluri

3.2 Caracteristici chimice ale namolurilor

1. Valoarea pH-ului variază pe parcursul desfăsurarea procesului de fermentare metanică a nămolului, dar trebuie să fie cuprins intre 7 - 7,5 ; adică un proces slab alcalin.

2. Substante solide totale. Nămolurile contin, in medie, peste 90% apă, restul fiind substante solide care, din punct de vedere chimic, pot fi substante minerale si substante organice (volatile).Determinarea compusilor de natură organică (volatilă) din reziduului fix, obtinut după uscarea unei probe de nămol la 1050 C, se face prin calcinarea acesteia la temperatura de 5500 C. Un nămol primar contine 95 - 97% apă si 3- 5% substantă solidă, din care circa 70% reprezintă partea volatilă (V). Dacă acest nămol este apoi fermentat, partea organică se reduce cu 40 - 50%, iar partea minerală (M) creste cu 60 - 65%.

Indicatorul mineral si volatil in substantă uscata constituie un criteriu de clasificare a nămolurilor, astfel:

• nămolul organic prezintă M/V < 1;• iar cel anorganic prezintă M/V > 1.

Acest criteriu constituie baza de selectie a procedeelor de prelucrare, intrucat un nămol organic este putrescibil si se are in vedere mai intai stabilizarea sa, mai ales pe cale biologică (fermentare aeroba sau anaerobă), pe cand un nămol anorganic se prelucrează prin procedee fizico-chimice (solidificare, extractie de componente utile etc).

3. Fermentabilitatea Această proprietate a nămolurilor se determină prin analiza fermentării unui nămol proaspăt in amestec cu nămol bine fermentat, respectiv, două părti nămol

9

Page 10: Tratarea Namolurilor in Statiile de Epurare

proaspăt si o parte nămol fermentat. Acest amestec de nămol este urmărit timp de circa 30 zile. Pe parcursul experimentului, se determină cantitatea si compozitia gazului produs, cantitatea de acizi volatili si pH-ul.

Substantele organice din nămolurile proaspete se apreciază ca fiind cuprinse intre 60 - 80% din cantitatea totală de substantă uscată, fapt ce conduce la aparitia unor dificultăti in ceea ce priveste uscarea nămolurilor.

Din punct de vedere chimic in nămoluri predomină hidrocarbonatii, grăsimile si proteinele. Studiile experimentale privind fermentabilitatea nămolurilor, au pus in evidentă următoarele cantităti de gaze care se produc functie de compusii chimici:

• hidrati - 0,790 Nm3/kg cu o compozitie 50% CH4 si 50% CO2;• grăsimi - 1,250 Nm3/kg cu o compozitie 68% CH4 si 32% CO2;• proteine - 0,700 Nm3/kg cu o compozitie 71% CH4 si 29% CO2.Productia de gaz se referă la kg substantă organică, fiind maximă la materiile organice cu o

compozitie ridicată de grăsimi de natură organică. In cazul nămolului proaspăt provenit din apele uzate urbane, cantitatea de gaz ce se poate produce este cuprins intre 0,85 - 1,0 Nm3 /kg materii solide organice degradate. Dacă se consideră materia organică din nămolul proaspăt, atunci productia poate fi estimată la 0,4 -0,7 Nm3gaz/kg materie organică introdusă in bazin spre fermentare.

Cantitătile de acizi organici volatili trebuie să fie de circa 500 mg/dm3. Dacă se depăseste valoarea 2.000 mg/dm3, apare riscul ca fermentarea metanică să se oprească, astfel că fermentarea acidă va fi dominantă si deci vor apărea gaze rău mirositoare si un nămol extrem de periculos pentru calitatea mediului.

4. Metale grele si nutrienti. Continutul de nutrienti (N, P, K) prezintă o importantă deosebită atunci cand se are in vedere valorificarea nămolului ca ingrăsămant agricol sau ca agent de conditionare a solului. De asemenea, utilizarea in agricultură a nămolului este conditionată de prezenta si de cantitatea de metalele grele (cupru, cianuri, arsen, plumb etc), care au un grad ridicat de toxicitate si se acumulează in sol. Dacă nămolul urban contine cantităti reduse de metale grele, in general sub limitele admisibile, nămolul rezultat din epurarea in comun a apelor menajere cu cele industriale, in functie de profilul industriei, poate duce la cresterea concentratiei de metale grele in nămol si ca urmare se impune analiza chimică periodică a nămolurilor.

3.3. Caracteristici biologice şi bacteriologice

Nămolurile proaspete (primare si secundare) prezintă caracteristici biologice si bacteriologice asemănătoare cu cele ale apei supuse epurării, cu menţiunea că diminuarea lor în fază apoasă se traduce cu o concentrare în faza solidl

Diferitele procedee de prelucrare a nămolului, conduc si la diminuarea potenţialului microbiologic al nămolului si în mod deosebit al potenţialului patogen. În cadrul unor procedee de prelucrare se creează condiţii de dezvoltare a microorganismelor capabile să transforme unele substanţe prezente din nămol în substanţe utile sau neutre în raport cu mediul înconjurător. Astfel, în bazinul de fermentare anaerobă se dezvoltă microorganisme capabile de mineralizarea materiilor organice care realizează si o reducere relativă a potentialului patogen. În procesul de compostare, prin procese biochimice complete se produce o humificare a materiei organice, iar datorită temperaturii se produce si o dezinfectie a nămolului. Nămolurile rezultate din epurarea unor ape uzate industriale cu potenţial patogen ridicat (ferme de animale, tăbăcării, abatoare etc) trebuie prelucrate în mod corespunzător. Unele categorii de ape uzate ce nu prezintă un mediu prielnic de viata pentru microorganisme (pH acid, prezenţa unor metale toxice etc) conduc la formarea de nămoluri fără potenţial patogen.

10

Page 11: Tratarea Namolurilor in Statiile de Epurare

CAP IV. Procedee de prelucrare a nămolului

Procesele de prelucrare a nămolurilor sunt multiple şi variate, în functie de provenienţa şi caracteristicile lor, dar şi în funcţie de modul final de evacuare.

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

4.1. Ingroşarea nămolului

Această metodă constituie cea mai simplă si larg răspandită metodă de concentrare a nămolului, avand drept rezultat reducerea volumului si ameliorarea rezistenTei specifice la filtrare. Gradul de ingrosare depinde de mai multe variabile, dintre care mai importante sunt: tipul de nămol (primar, activat, fermentat etc), concentratia initială a solidelor, temperatura utilizarea agentilor chimici, durata de ingrosare etc. Prin ingrosare, volumul nămolului, pe seama apei eliminate, se reduce de circa 20 ori fată de volumul initial, in schimb ingrosarea este eficientă pană la o concentratie de solide de 8 -10%.

Ingrosarea se poate realiza prin decantoare – ingrosătoare gravitaTionale, flotare sau centrifugare etc.

Ingrosarea gravitatională se realizează in decantoare verticale (pentru statii mici) sau decantoare radiale.

Gradul de ingrosare depinde de durata procesului si de inăltimea coloanei de apă (adancimea bazinului) din decantor. Pentru a evita aparitia unor procese de fermentatie a nămolului proaspăt a căror gaze afectează calitatea procesului de ingrosare, adancimea apei la perete nu trebuie să depăsească 2,0. Panta radierului este mai mare fată de cea a decantoarelor obisnuite, iar podul raclor este echipat cu o serie de bare metalice care se deplasează lent, cu o viteză de 1,0 rot/h, dirijand nămolul spre conul de colectare centrală, de unde apoi se extrage. In figura 7 este prezentat un ingrosător de nămol.

In vederea dimensionării ingrosătoarelor de nămol se are in vedere două aspecte, fie dimensionarea se bazează pe experienta deja acumulată, fie se fac teste experimentale de laborator asupra nămolurilor care urmează a se ingrosa.

Parametrul de bază al dimensionării pe bază de experientă este incărcarea cu substante solide. Prelungirea procesului de ingrosare este neeconomic si ca urmare se limitează procesul de ingrosare in instalatie. In tabelul 7 sunt date experimentale privind incărcarea cu substante solide si limita de ingrosare recomandată pentru diferite tipuri de nămoluri.

11

Page 12: Tratarea Namolurilor in Statiile de Epurare

Dimensionarea in acest caz implică simpla alegere corespunzătoare a nivelului de incărcare a nămolului ce urmează a fi ingrosat utilizand următoarea relatie de calcul a suprafetei orizontalei ingrosătorului:

in care:Qs - cantitatea de materii solide uscate din nămolul supus procesului de ingrosate, in kgMTS/h;Is - incărcarea de suprafată cu solide a ingrosătorului, in kgMTS/m2h .

In cazul de dimensionării pe bază de experimente de laborator, se construieste graficul curbei desedimentare a nămolului din amestecul apă – nămol, care permite determinarea suprafetei unitare aingrosătorului.

In timpul functionării unui astfel de decantor – ingrosător de nămol se pot delimita trei zone distincte:

• zona de suprafată ingrosătorului formată din lichid, decantat care contine o concentratie scăzută de nămol si care se elimină ;

• zona de alimentare formată din nămol cu o concentratie; constantă aproape uniformă in volum; in această zonă concentratia nu este identică cu cea a nămolului de alimentare;

• zona de compactare (tasare) formată din nămol a cărui concentratie creste pe măsura inaintării spre radierul decantorului unde atinge concentratia de evacuare (de nămol ingrosat).

In functie de natura nămolului, timpul mediu de retinere al materiilor solide in ingrosător, este de 0,5- 2,0 zile, iar volumul nămolului se poate reduce la 20% din volumul initial.

Ingrosarea prin flotare se aplică pentru suspensii care au tendinta de flotare si sunt rezistente la compactare prin actiunea gravitatională. Se aplică procedeul de flotare cu aer insuflat sub presiune, care prin destindere la presiunea apropiată de cea atmosferică, elimină bule fine de aer care se atasează flocoanele.

Ingrosarea prin centrifugare se recomandă pentru nămolul activat in exces, atunci cand nu se dispune de spatiu pentru executarea de decantoare - ingrosătoare.Principiul de functionare, precum si repartitia fortelor intr-o astfel de instalatii de ingrosare prin centrifugare este prezentată in figura

In practică se foloseste o centrifugă cu transportor elicoidal sau care retine circa 90% din materiile solide,

12

Page 13: Tratarea Namolurilor in Statiile de Epurare

nămolul activat in exces fiind in prealabil tratat cu floculanti. Sub influenta floculantilor nămolul este ridicat la suprafata lichidului si impins spre axa de rotatie de unde este evacuat. Apa in schimb rămane pe peretii tamburului si este evacuată in partea opusa nămolului.

Tinand seama de viteza mare de rotatie a echipamentului (de 6.000 rot/min), consumul de floculanti este mai mare datorită fragilitătii si ruperii flocoanelor, deci costurile de exploatare sunt mai mari decat in cazul altor procedee. In consecintă nu se recomandă acest tip de instalatie decat in cazurile deosebite, respectiv de spatiu. O astfel de instalatie de ingrosare prin centrifugare a nămolului este prezentată in figura.

Alimentarea cu nămol se face axial prin partea dreaptă, evacuarea nămolului se face prin partea stangă (desecat), iar evacuarea apei prin partea dreaptă.O altă metodă de ingrosare a nămolului este cea ce utilizează filtrul presă cu bandă. In figura urmatoare este prezentată schematic modul de functionare a unei astfel de instalatii.

O constructie mai simplă este cea a filtrului presă ce utilizează panză filtrantă. Elementele de bază sunt camerele filtrante suprapunse prin care trece panza de filtru. Filtru dispune de canale de drenaj a apei. In figura urmatoare este prezentata o astfel de instalatie.

13

Page 14: Tratarea Namolurilor in Statiile de Epurare

O instalatie mult mai modernă este cea ce utilizează vacuum pentru dezhidratarea nămolului – urmatoarea figura

În tabelul urmator se prezintă date comparative asupra diferitelor procedee de îngroşare a nămolului.Date comparative între diferite procedee de îngroşare a nămoluluiTehnologia Conţinut de

substanţăuscatăobţinută (%)

Consum de energie, kWh/m3

nămol

Caracteristici

Îngroşare gravitaţională

4 - 6 0,1 - 0,3 Simplă: costuri scăzute de exploatare; necesită spaţiu mare, costuri de construcţii ridicate; nu este afectată de solidele prezente în nămol

Îngroşareprin

5 0,7 - 2,5 Convenabil pentru nămoluri biologice (fără substanţe abrazive); spaţiu redus şi cost de

14

Page 15: Tratarea Namolurilor in Statiile de Epurare

centrifugare construcţie scăzut

Îngroşare prin flotare

4 - 6 0,3 - 0,6 Spaţiu redus; costuri de construcţie mici; tehnologie sofisticată; costuri de exploatare ridicate

4.2. Fermentarea nămoluluiFermentarea nămolului, în vederea unei prelucrări ulterioare sau a depozitării se poate

realiza prin procedee anaerobe sau aerobe - primele fiind cel mai des folosite. În procesul de fermentare, materialul organic este mineralizat, iar structura coloidală a nămolului se modifică. Nămolul fermentat poate fi mai uşor deshidratat, cu cheltuieli mai mici decât în cazul nămolului brut.

Fermentarea anaerobă a nămolului

Prin fermentare anaerobă se intelege procesul de degradare biologică a substantelor organice din nămoluri, prin activitatea unor populatii bacteriene, care in anumite conditii de mediu (pH, temperatură, etc) descompun materiilor organice din nămol prin procese de oxido – reducere biochimică in molecule simple de CH4, CO, CO2 si H2, care formează asa numitul gaz de fermentatie sau biogaz si care are o putere calorică medie de circa 5.000 kcal/Nm3.

Procesele biochimice si microbiochimice ce stau la baza degradării materiilor organice sunt extrem decomplexe si incă insuficient cunoscute, această situatie datorandu-se necunoasterii complete a modului dedegradare (mineralizare) a compusilor organici complecsi si insolubili. Acest proces este numit de unii, process de conditionare a nămolului, avand in vedere si modificarile structurale. In acelasi timp, prin fermentare sunt distruse partial si unele bacterii patogene, restul bacteriilor nu se pot distruge decat prin pasteurizare.

Cinetica fermentării anaerobe se desfăsoară sub influenta a două grupe principale de bacterii care trăiesc in simbioză in acelasi mediu fizic si chimic respectiv bacterii anaerobe si aerobe, care transformă, prin hidroliză, substantele organice complexe (hidratii de carbon, proteine, grăsimi) in substante organice mai simple (acizi organici inferiori, alcooli etc.) cu ajutorul enzimelor extracelulare. In continuare aceste substante sunt sursa de hrană pentru moleculele mai simple, care cu ajutorul enzimelor intracelulare sunt transformate in compusi simpli si inofensivi mediului: metan, dioxid de carbon etc.

Rezultă că fermentarea anaerobă este un proces complex care se desfăsoară in două faze:• faza de lichefiere;• faza de gazeificare.In prima parte a stadiului nemetanogen (hidroliza), ceculele mai mari ale biopolimerilor,

ce formează substanta organică din nămol, sunt transformate (lichefiate) in unităti mai mici, permeabile membranelor celulelor microorganismelor. In a doua parte a acestui stadiu de fermentare (acidogeneză), moleculele mici solubile obtinute in faza de hidroliza sunt transformate prin mecanisme variate dependente de structura compusului si de microorganismul implicat, in acizi grasi volatili - AGV (acetic, lactic, propionic etc), compusi neutri (etanol), gaze (CO2 si H2S, amoniac) si apă. Microorganismele care concură la faza acidogeneză au un timp de generare foarte scurt in comparatie cu cele specifice fazei metanogene.

In subfaza de acetogeneză are loc, sub actiunea bacteriilor acetogene, transformarea AGV in acid acetic, hidrogen molecular si dioxid de carbon.

Hidrogenul ce apare in procesul de metanogeneză nu este detectabil decat foarte rar, deoarece el este rapid si preferential oxidat de bacteriile metanogene cu reducere a gazului CO2

la CH4 si apă. Dacă H2 nu este oxidat pe această cale, atunci se va acumula un amestec de produsi intermediari care pot inhibadescompunerea si utilizarea substratului prin modificarea pH-ului.

15

Page 16: Tratarea Namolurilor in Statiile de Epurare

In cazul fermentării aerobe, microorganismele care catabolizează aceste transformări, vor consuma in intregime energia continută in substanta organică si o vor transforma in căldură, precum si in energia necesară inmultirii microorganismelor. Energia termică nu poate fi utilizată tehnic decat in cazuri cu totul particulare si aceasta duce la cresterea entropiei lichidului prelucrat. De asemenea, biomasa in exces va trebui prelucrată si reintrodusă in circuitul natural.

La inceput procesului, viteza de fermentare si de producere a biogazului este mică dar apoi creste, pentru ca la sfarsitul procesului să descrească din nou, atunci cand productia de gaz se apropie de valoarea limită.

Durata minimă care trebuie avută in vedere este de 12 zile. Forma acestei curbe este asemănătoare cu cea a dezvoltării bacteriilor care participă la proces. In cazul experimentărilor efectuate in conditii dinamice (cu alimentare continuă) se poate evita timpul de pornire (de amorsare a procesului) prin folosirea de nămol inoculat cu bacterii metanogene sau prin amestecul nămolului proaspăt cu cel fermentat, adică prinrecircularea nămolului din instalatia de producere a biogazului.

Factorii care influenţează procesul de fermentare se pot grupa în două categorii:− caracteristicile fizico-chimice ale nămolului supus fermentării: concentraţia substantelor

solide, raportul mineral / volatil, raportul dintre componenta organică şi elemente nutritive, prezenţa unor substanţe toxice sau inhibitoare etc;

− concepţia şi condiţiile de exploatare ale instalatiilor de fermentare: temperatura, sistemul de alimentare şi evacuare, sistemul' de încălzire, de recirculare, de omogenizare, timpul de fermentare, încărcarea organică etc.În afara acestor factori legati de calitatea materialului şi parametrii instalaţiilor, mai sunt

o serie de factori' la nivelul celulei, legaţi de echipamentul enzimatic, mult mai dificil de sesizat şi dirijat, necesitând metode de investigare deosebit de complexe.

Se vor analiza cativa dintre factorii de influenta asupra procesului, ce pot fi dirijaţi în sensul dorit.

Concentraţia substanţelor solide din nămol trebuie să fie astfel aleasă încât să asigure apa fiziologică necesară bacteriilor. Se recomandă concentraţii de 5-10% materii solide. Concentraţii mai ridicate ale materialului, peste 12% creează dificultati la pompare şi omogenizare.

Componenta organică a fazei solide prezintă, de asemenea, important în procesul de mineralizare şi în producţia gazului. Se apreciază că o reducere minimă de 50% a componentei organice asigură o stabilitate relativă a nămolului. Compoziţia gazului nu este influentată de gradul de descompunere al materiei organice, ci de componentele organice.'Principalele grupe de substanţe organice prezente în componenta volatilă, cu implicaţie asupra

16

Page 17: Tratarea Namolurilor in Statiile de Epurare

cantitatii şi compoziţiei gazului de fermentare sunt: hidratii de carbon, proteinele şi grăsimile. În tabelul urmator. se prezintă producţia specifi'că şi compoziţia gazului la cele trei grupe de substanţe organice.

Producţia şi compoziţia gazului pe principalele grupe de substanţe organice din nămol

Grupa Producţia de gaz, cnrVg substanta

Compoziţia gazului%

Hidraţi de carbon

790 50 CH4+50 C02

Grăsimi 1250 68 CH4+32 C02

Proteine 704 71 CH4+29 C02

Cercetări efectuate arată că fermentarea anaerobă se poate aplica pentru majoritatea substanţelor organice, excepţie făcând lignina şi uleiurile minerale.

Componenta minerala , în special sărurile de azot şi fosfor prezintă important în fermentarea anaerobă. Sunt stabilite anumite rapoarte optime între carbon organic, azot şi fosfor, o producţie bună de gaz obtinându-se la raportul Corg / Norg = 13 - 14. O sene de cationi ( Ca2+, Mg2+, Na+,' K+, NrT) produc inhibarea fermentani anaerobe la concentraţii peste 10 g/1. Sărurile de sodiu sunt relativ toxice fata de bacteriile metanice, astfel că în cazul de neutralizare a nămolului supus fermentării este indicat să se evite hidroxidul de sodiu.

Influenţa substanţelor toxice ca: nichel, crom (tri- şi hexavalent), zinc, cupru, plumb etc.au efect de inhibare şi dereglare a procesului de fermentare anaerobă. Limitele de inhibare şi dereglare a procesului sunt uneori controversate, influenţa toxică a metalelor fiind strâns corelată cu prezenţa sulfurilor care produc, cu ionii metalici, complexe netoxice pentru bacterii.

În tabelul urmator se indică limitele de concentraţii pentru unele substanţe cu efecte toxice în procesul de fermentare.

Limitele de concentraţie pentru unele substanţe cu influenta asupra procesului de fermentareSubstanţa Concentraţia mg/1 Substanţa Concentraţia mg/1Sulfuri 200 Calciu 2000- 6000Metale grele solubile

1 Magneziu 1200-3500

Sodiu 5000-8000 Amoniu 1700-4000Potasiu 4000-10000 Amoniu liber 150

O altă categorie de substanţe cu caracter inhibitor sau toxic sunt şi unele substanţe organice, în concentraţie mare, cum ar fi alcool metilic, etilic, propilic, izoamilic, benzen, toluen, peste 1 g/1; alcooli superiori peste 0,1 - 0,2 g/1; substanţe tensioactive peste 20 mg/1 ,nămol. De asemenea pesticidele, în special cele organo-clorurate, produc dereglări în procesul de fermentare.

Influenţa pH-ului . Fermentarea anaerobă se desfasoară în condiţii optime la pH = 6,8 - 7,6, interval în care producţia şi compoziţia gazului sunt normale. Modificarea pH-ului apare la modificarea calitatii nămolului de alimentare sau la exploatarea incorectă a instalaţiei.

Influenţa temperaturii. În general, fermentarea anaerobă se poate realiza într-un interval larg de temperatură, între 4 şi 60°C, cu aclimatizarea microorganismelor în anumite zone de temperatură. Viteza de mineralizare este influenţată de temperatură, în sensul creşterii duratei de mineralizare cu scăderea temperaturii.

Din punct de vedere termic, procesele de fermentare anaerobă se pot clasifica în trei 17

Page 18: Tratarea Namolurilor in Statiile de Epurare

categorii:- fermentare criofilă (fără încalzire) la temperatura mediului ambiant;- fermentare mezofilă (32-35°C);- fermentare termofilă (*55°C).

În practică este larg aplicată fermentarea mezofilă.Fermentarea termofilă, deşi prezintă unele avantaje, ca reducerea duratei de fermentare şi

deci a volumului instalatiilor, este totuşi rar utilizată, întrucât implică consumuri suplimentare de energie calorică (mai ales în perioada de iarnă) şi formează cruste şi spume în bazine.

Microorganismele care participă la procesul de fermentare şi, îndeosebi, cele metanice, sunt foarte sensibile la variaţii de temperatură chiar de 2-3 °C, intervalul de temperatură şi menţinerea ei într-un regim constant reprezentând factori importanţi ai procesului. Încălzirea rezervoarelor de fermentare la temperaturile proiectate se face, în principal, cu schimbătoare de căldură exterioare, care asigură şi o omogenizare a nămolului, precum şi o preîncălzire a nămolului brut.

Amestecul - recircularea - inoculare are ca scop principal amestecul nămolului fermentat de la baza rezervorului de fermentare cu eel de la suprafata, prin aceasta obţinându-se o mai rapidă degradare a substanţei organice, respectiv o mai rapidă terminare a fermentani.

Cercetări recente asupra mecanismelor de degradare şi conversie a materiei organice din nămol au pus în evidenta căi de stimulare a procesului de fermentare prin factori exogeni. Astfel, adaosuri de medii nutritive pentru bacterii, adaosuri de vitamine şi alţi factori de creştere au condus la sporirea producţiei de gaz de fermentare cu 10-15%.

4.2.1. Instalatii pentru fermentarea nămolurilorConstructiile pentru fermentarea anaerobe a nămolului foarte diferite, dar se pot clasifica după

anumite criterii.Astfel, după pozitia spatiului de fermentare fată de apa uzată, deosebim:

• comune cu apa uzată: fose septice, decantor cu etaj, iazuri de nămol;

• separate de apa uzată: rezervoare si bazine de fermentare.Fosele septice sunt constructii in care, intr-un singur volum,

se produce simultan atat decantarea apei, cat si fermentarea nămolului rezultat din sedimentare. Ele sunt folosite pentru obiective izolate care deserves maximum 50 -100 locuitori, adică pentru un debit de pană la 15 m3/zi. Timpul de decantare, respectiv de epurare este de minimum 2 zile si maxim 10 zile. La un debit specific de 150 dm3/loc zi rezultă un volum de 300 c m3/loc, pană la 1.500 dm3/loc. Volumul din urmă permite epurarea biologică deoarece aici nu fermentează numai nămolul, ci si apa uzată.

Fluidul epurat poate fi evacuat in bazine de infiltratie existente in apropiere, sau se poate vidanja cu ajutorul unor utilaje speciale si se transportă la cea mai apropiată statie de epurare. Nămolul se evacuează odată sau de două ori pe an. După fiecare evacuare se lasă in bazin o cantitate de nămol vechi, adică un nămol ce contine bacterii metanice necesare pentru fermentarea nămolului proaspăt ce urmează a fi mineralizat.

Pentru colectivităti mici, de sub 50 locuitori, se poate adopta o fosă septică cu forma din figura 2, unde circulatia apei este perimetrală, fiind asigurată de existenta unui perete interior cu mai multe ramificatii care delimitează zonele de depunere ale nămolului.

Pentru calculul zonei de nămol a fosei septice se consideră o normă de depunere de 0,8 dm3/loc-zi la o umiditate de 95%. In perioada de 180 zile dintre două evacuări a nămolului

18

Page 19: Tratarea Namolurilor in Statiile de Epurare

fermentat, se poate estima că umiditatea nămolului, datorită compactării scade la 90%, iar volumul nămolului, ca urmare a fermentării substantelor organice, se reduce, in medie, cu 30%.

Decantoare cu etaj (Imhoff) indeplinesc rolul de decantare a apei (etajul superior) si de fermentare a nămolurilor (etajul inferior), ambele functiuni fiind desfăsurate intr-un bazin din beton armat cu forma in plan circulară sau dreptunghiulară. Problema cea mai dificilă la aceste decantoare consta in distrugerea crustei care se formează la suprafatabazinului, crustă formată din materiale usoare (grăsimi, păr, materiale fibroase etc.) care se ridică, impreună cu nămolul plutitor, de către gazele rezultate din procesul de fermentare

Iazuri de nămol, numite si lagune se amplasează in depresiuni naturale (foste cariere de nisip sau de cărămidă etc.) unde adancimea este mai mare de 2,0 m, astfel incat să se creeze cat mai mult spatiu pentru nămol. In aceste iazuri se introduce nămolul pentru fermentare, deshidratare sau depozitare finală pe termen nedefinit. Această solutie, din motive igienice si de proiectia mediului este mai putin recomandată pentru fermentarea nămolurilor, dar este mult utilizată pentru deshidratarea naturală a nămolurilor. La proiectarea acestor iazuri se recomandă o incărcare de 20 kg materii solide din nămolul proaspăt la 1,0 m3de lagună.

Rezervoare de fermentare (metan-tancuri) reprezintă solutia frecvent aplicată pentru localitătile ce depăsesc 20.000 locuitori, ele putand fi de mică sau de mare incărcare. Se cunosc următoarele scheme tehnologice:

Schema standard, pentru o instalatie de mică incărcare cu substante organice (figura3.) constă intr-o singură treaptă in care introducerea nămolului proaspăt si evacuarea celui fermentat se face prin intermitentă (2-3 ori / zi). Lipsa agitării favorizează aparitia in asa numitul digestor a următoarelor zone: zona de spumă (la partea superioară), o zonă de apă cu nămol, o zonă ocupată de nămol in curs de fermentare (zona activă) si zona inferioară in care sedimentează nămolul fermentat si inert (mineral). Instalatiile de acest gen ne-fiind incălzite, au o durată de fermentare de peste 30 zile, specifică fermentatiei criofile.

Periodic se evacuează apa de nămol si spuma pentru a mări zona activă de fermentare.Instalatiile de fermentare de mare incărcare dispun in plus de un sistem de amestecare a nămolului si de o instalatie de incălzire a nămolului, fapt ce asigură o crestere a productivitătii si o scurtare a perioadei de fermentare.

Temperatura interioară este de 30 – 350 C (fermentare mezofilă), iar durata de fermentare este de peste 15 zile.Datorită dezavantajelor acestor tipuri de instalatii s-a trecut la modernizarea acestora si astfel s-a ajuns la instalatii in două trepte, care rezolvă o parte din dezavantaje. O astfel de instalatie care este prezentată in figura 4.S-a continuat modernizarea instalatiilor si a apărut o nouă generatie de instalatii de fermentare de contact (figura 5) si care este asemănătoare cu cea precedentă, cu deosebire că aici nămolul fermentat din treapta a doua este recirculat in prima treaptă pentru insămantarea nămolului proaspăt.

19

Page 20: Tratarea Namolurilor in Statiile de Epurare

Instalatia functionează in analog cu treapta biologica a bazine de aerare, dar in prezent nu cunoaste o răspandire prea mare.

Forma constructivă a digestoarelor este de obicei circulară, dar au apărut forme noi de rezervoare care au rezultat din studiul suprafetelor de rotatie. Tipizarea intregului ansamblu, constituie singura alternative economică. Deoarece forma constructivă imprimă un aspect arhitectonic important al statiei de epurare, se impune a avea in vedere alegerea variantei care să satisfacă si această cerintă.

Se recomandă utilizarea de rezervoarele de mare capacitate, respectiv capacităti de 8.000 m3, diametre de 12 m si inăltimi de 34 m care sunt mai economice din punct de vedere al bilantului termic, fată de solutia folosirii mai multor rezervoare mici insumand aceeasi capacitate. De obicei se utilizează două rezervoare de aceeasi capacitate, intre care se prevede o constructie specială numită cameră de manevră. Aici sunt montate pompele de recirculare a nămolului, schimbătoarele de căldură, numeroase vane de manevră, echipamentul de control al fermentării, echipamentul electric de control, recuperatoarele de căldură, etc. Această camera trebuie să fie bine ventilată si prevăzută cu sisteme automate de alarmă la aparitia pericolului de explozie datorită amestecului gaz metan cu aer.

Pe conducta de transport a gazul de fermentatie (biogaz) spre gazometre si centrala termică, trebuie să se prevadă: o instalatie de introdus mercaptan in biogaz, numită odorizator; o instalatie de eliminare a hidrogenului sulfurat (purificator de H2S); o instalatie de retinere a condensului si a eventualelor particule in suspensie si un debitmetru de gaz.

Fermentarea nămolului in două trepte se recomandată pentru statiile de epurare ce deservesc localităti cu peste 300.000, si are in vedere recuperarea unei cantităti suplimentare gaz, precum si realizarea unui nămol ingrosat cu calităti superioare pentru procesarea ulterioară.

Rezervoarele de fermentare a nămolurilor sunt echipate cu aparate de măsură si control. Astfel, pentru controlul temperaturii nămolului proaspăt, fermentat si in curs de fermentare sunt folosite termometre plasate pe peretele rezervorului, la diferite niveluri, in interior. Pentru evidentierea nivelului apei de nămol, a crustei etc, se montează indicatoare de nivel care pătrund in bazin la diferite adancimi, pentru ca tubul piezometric să fie umplut cu diferite tipuri de lichid functie de pozitia tubului in rezervor.De asemenea, se prevăd indicatoare de pH, precum si dispozitive de luarea probelor de nămol, de gaz (pentru a stabili concentratia gazelor) si dispozitive pentru prepararea si dozarea laptelui de var care intră functiune in momentul in care procesul are tendinta de a asi modifica pH-ul spre unul acid. Sunt prevăzute si aparate de măsurare a debitului de gaz a debitului de nămol proaspăt si fermentat.

Dimensionarea tehnologică a rezervoarelor de fermentare constă in determinarea volumului de fermentare, a dozei de incărcare zilnică, a volumului. de gaze evacuate, a duratei de fermentare, a cantitătii de căldură necesară, precum si dimensiunile instalatiilor de amestecare, de transport a nămolului, a pompelor de recirculare, inclusiv stabilirea aparatelor de măsură si control.

20

Page 21: Tratarea Namolurilor in Statiile de Epurare

Deoarece, pentru stabilirea volumului de fermentare, nu s-a reusit o exprimare matematică a procesului, calculele se efectuează prin diferite metode experimentale bazate pe cercetările efectuate de către Popel, Roediger, Noack si altii.

După numărul de locuitori, volumul de fermentare se calculează pe baza volumului specific de fermentare a cărui valoare, se recomandă a fi luate din literatura de specialitate (Imhoff, 1990, Triebel- 1978).

In tara noastră, gazul de fermentatie este utilizat la prepararea agentului termic necesar procesului de fermentare (apă caldă, abur etc), precum si la incălzirea spatiilor administrative din cadrul statiei de epurare.

In privinta gazometrelor trebuie mentionat faptul că există in prezent tendinta, din motive economice si de exploatare, să se realizeze noi tipuri de rezervoare de inmagazinare bazate o membrană elastică din cauciuc special.

In Statele Unite ale Americii, biogazul produs este amestecat cu gazele naturale si este distribuit prin retele de conducte spre a fi utilizat in domeniul casnic, iar in Japonia biogazul purificat este lichefiat, imbuteliat si comercializat.

Fermentarea aerobă a nămoluluiAcest proces constă, ca şi fermentarea anaerobă, dintr-un proces de degradare biochimică

a compuşilor organici uşor degradabili.Fermentarea aerobă se realizează în practică prin aerarea separată a nămolului (primar,

secundar sau amestec) în bazine deschise. Echipamentul de aerare este acelaşi ca şi pentru bazinele de nămol activ. Fermentarea aerobă a nămolului se recomandă mai ales pentru prelucrarea nămolului activ în exces,când nu există treaptă de decantare primară, sau când nămolul primar nu se pretează la fermentare anaerobă. Avantajele procedeului sunt:

- exploatare simplă;- lipsa mirosurilor neplăcute;- igienizarea nămolului (reducerea numărului de germeni patogeni) şi reducerea cantitatii

de grăsimi.Dintre dezavantaje se semnalează, ca mai importante, consumul de energie pentru

utilajele de aerare proprii, comparativ cu fermentarea anaerobă care produce şi gaz de fermentare.

Un nămol se consideră fermentat aerob când componenţa organică s-a redus cu 20-25%, cantitatea de grăsimi a ajuns la maximum 6,5 % (fata de substanţa uscată), activitatea enzimatică este practic nulă, iar testul de fermentabilitate este negativ.Instalaţiile de fermentare aerobă se dimensionează, de regulă, pentru durata de retenţie de 8-15 zile, în funcţie de caracteristicile nămolului, în care se include şi o perioadă de aclimatizare la condiţiile aerobe (nămol primar).

Comparând cele două sisteme de stabilizare biologică a nămolului organic, apare net avantajos procedeul de stabilizare anaerobă, mai ales sub aspectul energetic. În tabelul urmator se dau date comparative ale celor două procedee.Date comparative privind fermentarea anaerobă şi aerobăMetoda Perioada de

retentive zileConsum de energie KWh/m3 nămol

Caracteristici

Fermentare aerobă

8 - 15 5 - 10 Simplă; cost scăzut de investiţie; consum mare de energie

Fermentare anaerobă

15 - 20 0,2 - 0,6 Cost de exploatare ridicat; cost de investiţie ridicat; consum mic de energie; producţie de gaz (sursă de energie)

4.3.Condiţionarea nămolului

21

Page 22: Tratarea Namolurilor in Statiile de Epurare

Aducerea nămolurilor primare, secundare sau stabilizate în categoria nămolurilor uşor filtrabile se realizează, în principal, prin condiţionare chimică sau termică. Se pot obtine, teoretic, rezultate satisfăcătoare şi prin adaos de material inert (zgură, cenuşi, rumeguş etc.), dar acest procedeu prezintă dezavantajul de a creşte considerabil volumul de nămol ce trebuie prelucrat în continuare.

Condiţionarea chimicăConditionarea nămolului cu reactivi chimici este o metodă de modificare a structurii

sale,'cu consecinta asupra caracteristicilor de filtrare. Agenţii de condiţionare chimică a nămolului se pot grupa în trei categorii:

- minerali: sulfat de aluminiu, clorhidrat de aluminiu, clorură ferică, sulfat feros , oxid de calciu, extracte acide din deşeuri;

- organici: polimeri sintetici (anioni, cationi sau neionici), produşi de policondensare sau polimeri naturali;

- micşti: amestec de polimeri sintetici cu săruri minerale sau amestec de coagulanţi minerali.

Reactivii anorganici cei mai des utilizaţi pentru condiţionarea nămolului sunt clorura ferică şi varul, fiecare având un câmp de acţiune propriu. Sulfatul feros este mai economic, dar are o acţiune corosivă. Sărurile de aluminiu, în special clorhidratul de aluminiu, sunt eficiente, mai puţin corosive, dar costul este mai ridicat.

Dintre polimerii organici, cei cationici se pot utiliza singuri, iar cei anionici şi neionici, în asociere cu alţi coagulanţi minerali. În general, dozele de polimeri organici sunt mult mai reduse decât la cei minerali, dar costul este încă ridicat. Alegerea coagulantului şi doza optimă se fac pe baza încercărilor experimentale de laborator, întrucât alegerea depinde de provenienţa nămolului, compoziţia sa chimică, gradul de dispersie, tehnologia de deshidratare ce urmează a se aplica etc.

Pentru fiecare tip de nămol şi pentru fiecare coagulant, floculant sau amestec, se stabileşte doza optimă pe cale experimentală.

Condiţionarea termicăAcest mod de condiţionare se realizează la temperaturi de 100-200°C, presiuni de 1-2,5

atm şi durate de încălzire până la 60 min, depinzând de tipul şi caracteristicile nămolului şi de procesul utilizat. Părţile principale ale unei instalaţii de condiţionare termică sunt: reactorul, în care se realizează tratarea nămolului la temperaturi mentionate mai sus; schimbătorul de căldură, în care nămolul proaspăt este preîncălzit ' de nămolul tratat; boilerul pentru prepararea aburului necesar ridicării temperaturii în reactor şi decantorul de nămol tratat.

Avantajele principale ale condiţionării termice sunt: lipsa mirosurilor neplăcute în timpul condiţionării, condiţionare fără adaos de substanţe chimice şi sterilizarea nămolului.

22

Page 23: Tratarea Namolurilor in Statiile de Epurare

Alte procedee de condiţionareCondiţionarea prin îngheţare produce un efect similar cu condiţionarea termică. La

temperaturi scăzute, structura nămolului se modifies, iar la dezgheţare cedează cu uşurintaapa.Conditionarea cu material inert trebuie analizată pentru anumite tipuri de nămol şi surse

de materiale inerte locale, fie pentru creşterea puterii calorice a nămolului (în cazul incinerării), fie pentru valorificarea nămolului (agricolă, ameliorarea solului, redare în circuitul agricol).

4.4. Deshidratarea nămoluluiÎn scopul prelucrării avansate sau eliminării finale, apare necesitatea reducerii

continutului de apă din nămol pentru diminuarea costurilor şi volumelor de manipulat.'În cazul staţiilor mici de epurare (debite mici de nămol), deshidratarea se poate realiza prin procedee naturale (platforme pentru uscarea nămolurilor sau iazurilor de nămol) în cazul în care se dispune de spaţiu şi sunt asigurate condiţiile de protecţie ale mediului înconjurător (protecţia apelor subterane, aşezărilor umane, aerului etc).

Metodele mecanice de deshidratare sunt larg aplicate pentru diferite tipuri de nămol (nămol brut, fermentat, de precipitare etc). Pentru a obţine o separare eficientă a fazelor se impune condiţionarea prealabilă a nămolului.

Deshidratarea naturală pe platforme de uscare a nămolului este larg utilizată, având în vedere simplitatea construcţiei şi costul redus de exploatare.

Platformele de uscare sunt suprafete de teren îndiguite în care se depozitează nămolul. Dimensiunile platformelor de uscare sunt alese în funcţie de metoda adoptată pentru evacuarea nămolului deshidratat. Când evacuarea nămolului se face manual, latimea patului nu trebuie să depasească 4 m; evacuarea cu mijloace mecanizate permite o latime de până la 20 m. Lungimea platformelor de uscare este determinate, în principal, de panta terenului şi nu trebuie să depasească 50 m. Platformele pot fi aşezate pe un strat de bază permeabil sau impermeabil. Stratul de drenaj permeabil se execută din zgură, pietriş sau piatră spartă cu o grosime de 0,2-0,3 m (stratul de susţinere), peste care se aşează un strat de nisip sau pietriş mai fin, cu o grosime de 0,2 - 0,6 m. În stratul de susţinere se îngroapă tuburile de drenaj pentru colectarea apei drenate.

23

Page 24: Tratarea Namolurilor in Statiile de Epurare

Similitudinea dintre drenarea apei pe platforme şi filtrabilitatea nămolului a permis stabilirea unor relaţii pentru determinarea duratei de drenare a apei, relaţii ce s-au verificat cu datele experimentale

unde:td - timpul de drenaj, în zile ;η - vâscozitatea dinamică a nămolului, în g/cm s;h - înălţimea stratului de nămol, în cm;ρ n - densitatea nămolului, în g/cm3;R - r 1010 , rezistenţa specifică convenţional la filtrare a nămolului, în cm/g;P - diferenţa de presiune, în g/cm2;Wi - umiditate iniţială, în %;Wfl - umiditatea la sfârşitul drenării, în %.

Grosimea stratului de nămol ce se trimite pe paturi depinde de caracteristicile materialului şi de climatul zonei respective. În general, o înălţime de circa 0,20 m este recomandabilă pentru o climă temperată.

Determinarea duratei de deshidratare a nămolului pe platformele de uscare presupune cunoaşterea proprietatilor fizico-chimice ale nămolului şi regimului climatic al zonei respective. În general, în climat temperat, durata de deshidratare este cuprinsă între 40 şi 100 zile, ceea ce înseamnă că, în total, se poate conta pe o grosime de nămol ce se răspândeşte pe platformă de 1,5 - 2,0 m pe an, respectiv o productivitate de 80 - 100 kg substanta uscată/m2an.

Deshidratarea mecanică pe vacuum-filtre este procedeul tehnic eel mai larg utilizat în prezent pentru drenajul artificial al apei. Forma constructive a vacuum-filtrelor poate fi diferită (cu disc, taler sau tambur), vacuum-filtrele cu tambur fund cele mai utilizate pentru deshidratarea nămolurilor provenite din epurarea apelor uzate. Pentru determinarea suprafeţei de filtrare necesară se utilizează relatia:

în care :St - suprafaţa de filtrare necesară, în m2;Q - debitul de nămol, în m3/zi; ρ n - densitatea nămolului, în gr/cm3;Wi - umiditatea iniţială a nămolului, în%;Lt - productivitatea (încărcarea) vacuum-filtrului, în kg/m2h.

Productivitatea vacuum-filtrului se poate stabili pe baza determinărilor de laborator - rezistenţa specifică la filtrare şi coeficientul de compresibilitate - sau pe baza încercărilor pe instalaţii pilot.

în care:L - productivitatea, în kg substanta uscată/m2h;P - presiunea de lucru, în mmHg;'R= r 1010 - rezistenţa specifică convenţional la filtrare a nămolului, în cm/g;η - vâscozitatea filtratului, în c.p.;

24

Page 25: Tratarea Namolurilor in Statiile de Epurare

m - fracţiunea de imersare, în %;M - durata de rotaţie a tamburului, în min;K - factor de corecţie (0,75);ρ f - densitatea filtratului, în g/cm3;Wi - umiditatea iniţială a nămolului, în %;Wf - umiditatea finală a nămolului, în %.

Productivitatea vacuum-filtrelor la deshidratarea nămolurilor provenite din epurarea apelor variază în limite largi: 5 - 10 kg /m2 h pentru nămol active proaspăt şi fermentat, 20 - 25 kg / m2 h pentru nămol amestecat fermentat şi circa 30 kg / m2 h pentru nămolul primar fermentat.

Deshidratarea nămolurilor pe vacuum-filtre prezintă avantajul funcţionării continue (spre deosebire de filtrele presă) şi a capacitatii mari d filtrare. Dintre avantaje se pot semnala degradarea relativ rapidă a pânzelor filtrante, umiditatea destul de ridicată a turtei (70-80% şi consum de energie mai mare decât al filtrelor presă.

Deshidratarea mecanică pe flltre presăCaracteristica principals a acestor utilaje este concentrarea unei mari suprafeţe de filtrare

într-un echipament de dimensiuni reduse.Filtrele presă pot fi adaptate pentru o gamă largă de suspensii. Există multe variante constructive de filtre presă, deosebirile principale constând în forma şi modul de funcţionare a elementelor filtrante.

În aceste instalaţii, nămolul îngroşat sau condiţionat este pompat cu pompe speciale în camerele filtrului presă. După umplerea camerelor se face deshidratarea prin creşterea presiunii, în final rămânând în cameră o turtă cu umiditate redusă, chiar sub 40%. Consumul de energie electrică este de circa 3 kWh/m3nămol.

Durata de deshidratare a nămolurilor pe filtre de presă se calculează pe baza a două componente esenţiale şi anume tipul de deshidratare propriu-zisă sau timpul de presare şi durata de încărcare şi descărcare a filtrului sau timpul auxiliar. Timpul auxiliar poate fi egal cu timpul de presare în cazul filtrelor presă cu încărcare şi descărcare manuală sau mai redus. 10-15 min, la instalatiile moderne.

Timpul de presare propriu-zis se poate determina pe baza'caracteristicilor nămolului şi a parametrilor constructivi ai instalaţiei.

unde:tp - timpul de presare, în h;η - vâscozitatea filtratului, în c.p.;R = r 101 ° - rezistenţa specifică conventională la filtrare a nămolului, în cm/g;d - distanţa dintre plăci, în cm;'P - presiunea de lucru, în at;Wi - umiditatea iniţială a nămolului, în %;Wf - umiditatea finală a nămolului, în %;ρ n - densitatea nămolului, în g/cm3.

Ţesăturile filtrante, la filtrele de presă, pot fi naturale sau artificiale, iar alegerea condiţiile de exploatare ale instalaţiei de trebuie să se facă în funcţie de tipul de nămol, timpul de deshidratare propriu-zisă pentru filtrare şi condiţiile impuse filtratului. Timpul de deshidratare pentru nămolurile rezultate din epurareaapelor uzate variază între 1 şi 6 h, depinzând de caracteristicile nămolului, gradul de conditionare, presiunea de lucru, etc.

25

Page 26: Tratarea Namolurilor in Statiile de Epurare

În tabelul urmator se prezintă date asupra duratei de presare pentru diferite tipuri de nămol.

Principalele avantaje ale filtrelor - presă sunt capacitatea mare de filtrare, consum redus de energie, umiditatea scăzută a turtelor. Dintre dezavantaje se semnalează consum mare de material filtrant, consum ridicat de reactivi pentru condiţionare, consum mare de manoperă.

Timpul de presare a unor nămoluri industrial

Tipul de nămol Umiditatea iniţials,%

Rezistenţa specificăla filtrare x 1010

cm/g

Timpul depresare(tp), h

Presiuneade lucru,at

Celuloză si hârtie 97-98 11-55 1,8 7-8Vâscoza 95-96 25-35 0,6 3-5Preparaţii de cărbune 67 59 20 7-9 2,1 1,6 7 7

Deshidratarea mecanică prin centrifugareUtilizarea centrifugelor pentru deshidratarea nămolului rezultat din epurarea apelor uzate

şi-a lărgit aplicabilitatea în ultimii ani, prin realizarea de utilaje cu performanţe ridicate şi eficienţa bună de deshidratare, mai ales datorită utilizării polimerilor organici ca agenţi de condiţionare.

Deshidratarea prin centrifugare poate fi definite ca o decantare accelerate sub influenţa unui câmp centrifugal, mai mare de două ori decât forţa gravitatiei. Factorii care influenţează sedimentarea centrifugală sunt aceiaşi ca şi' la sedimentarea convenţională.Deshidratarea centrifugală este influenţată şi de o serie de parametri ai echipamentului, parametri constructivi ce trebuie aleşi în funcţie de scopul urmărit.

Tendinţa actuală se manifestă către utilizarea centrifugelor cu rotor compact şi funcţionare continuă. Aceste echipamente se pot grupa în trei categorii, cu domenii specifice de aplicare:

- centrifuge cu rotor conic, care produc o bună deshidratare şi centrat limpede, dar neadecvate pentru solide fine;- centrifuge cu rotor cilindric, care produc, în general, un centrat limpede;- centrifuge cu rotor cilindro-conic, care produc şi turte bine deshidratate şi centrat limpede.Pentru realizarea unui grad înalt de recuperare a solidelor din nămol (centrat limpede) se

poate acţiona prin descreşterea debitului de alimentare, creşterea consistenţei nămolului, creşterea temperaturii şi creşterea dozei de coagulant. Creşterea gradului de deshidratare a nămolului se poate realiza prin scăderea debitului de alimentare sau creşterea temperaturii, chiar şi fără adaos de coagulanţi. În general, turte bine uscate dau centrat mai puţin limpede dacă nu se are în vedere o conditionare corespunzătoare a nămolului.

Eficienţa procesului se exprimă prin eficienţa de îndepărtare a substanţelor din nămol şi se caracterizează cu relaţia:

în care:E - randamentul de recuperare, în %;St - conţinutul de solide în turtă, în %;Si - conţinutul de solide la alimente, în %;Sc - conţinutul de solide în centrat, în %.

Randamentul de recuperare atinge valori de peste 90%, iar umiditatea turtelor este variabilă în functie de provenienţa nămolului şi gradul de condiţionare.

În tabelul urmator se indică performantele obţinute la deshidratarea unor nămoluri din 26

Page 27: Tratarea Namolurilor in Statiile de Epurare

industria textilă pe centrifugă ciiindro-conică, cu nămol condiţionat cu polielectroliţi organici.

Performanţe la deshidratarea prin centrifugare

Tipul de nămol Umiditatea iniţială,%

Debit dealimentare,m3/h

Grad derecuperare,%

Concentraţiade solide înturtă, %

Nămol de precipitare chimică 94,4 3,5 95,0 25,2Nămol biologic în exces 97,9 3,0 89,1 -Nămol primar brut 93,2 3,5 96,1 26,8

Deshidratarea mecanică pe filtru preset cu bandăAcesta este un echipament construit şi introdus recent pentru deshidratarea nămolului. În

general, se obţin performanţe bune, cu nămoluri având o concentraţie iniţială în solide de circa 4%.

Parametrii de exploatare care influenţează performanţele echipamentului sunt debitul de nămol, viteza bandei, presiunea şi debitul apei de spălare.În tabelul urmator se prezintă performanţele filtrului presă cu bandă pentru diferite tipuri de nămol.

Performanţe la deshidratarea pe filtru presă cu bandă

Tipul de nămol Concentraţie însolide la alimentare%

Solide în turtă%

Doză de condiţionarekg/t

Nămol primar brut 3 - 10 25 - 14 0,6 - 4,5Nămol activ proaspăt 0,5 - 4 12 - 32 1,0 - 6,0Amestec de nămol primar+ activ în exces

3 - 6 20 - 35 0,6 - 5,0

Nămol fermentat aerob 1 - 8 12 - 30 0,8 - 5,0Nămol fermentat anaerob 3 - 9 18 - 34 1,5 - 4,5Nămol condiţionat termic 4 - 6 38 - 50 -

Pentru aprecieri comparative asupra celor patru tipuri de utilaje de deshidratare, se indică în figura urmatoare valorile medii ale concentraţiei în substanţă uscată în turtă pentru diferite tipuri de nămol.

27

Page 28: Tratarea Namolurilor in Statiile de Epurare

Fig. Umiditati şi solide în nămol

Comparând datele ce se pot obţine la deshidratarea mecanică a nămolurilor pe cele patru tipuri de echipamente, se poate conclude:

- deshidratarea prin centrifugare sau vacuum-filtru produce turte cu umiditate comparabilă;

- deshidratarea cu filtru presă cu bandă produce turte cu umiditate mai redusă;- deshidratarea nămolului primar fermentat se realizează cu eficienta mai bună decât a

celui fermentat provenit din amestecul nămolului primar şi în exces.

4.5. UscareaReducerea avansată a umiditatii nămolului se poate realiza prin evaporarea forţată a apei,

până la o umiditate de 10-15%, în instalaţii speciale şi cu aport de energie exterioară.Principalele tipuri de instalaţii utilizate pentru uscarea termică a nămolului sunt: uscătoare cu vetre etajate, uscătoare rotative şi uscătoare prin atomizare. Pentru calcului necesarului de căldură ce trebuie furnizată sistemului trebuie să se tină seama, în principal, de necesarul pentru evaporarea apei din nămol, preînc'alzirea materialului, dezodorizarea gazelor rezultate etc. Întrucât randamentul termic al instalaţiilor nu depaseşte, de regulă, 50%, s-a calculat că pentru uscarea unui nămol cu umiditate d circa 80%, până la umiditate de circa 10%, sunt necesare circa 4500 kcal/kg substanta uscată. Pentru reducerea necesarului de căldură se recomandă deshidratarea prealabilă a nămolului, preîncălzirea aerului admis în sistem şi recuperarea căldurii reziduale. Deşi procedeul este costisitor şi puţin aplicat, are totuşi o serie de avantaje legate, mai ales, de valorificarea agricolă a nămolului: produce nămol steril, reduce considerabil volumul de materialului datorită îndepărtării apei, necesită suprafeţe de depozitare mici, este practic neinfluenţat de prezenţa substanţelor toxice sau inhibatoare.

Cercetări recente vizând utilizarea energiilor neconvenţionale în deshidratarea nămolului au pus în evidenta posibilitatea utilizării energiei solare, mai ales pentru surse de nămol cu emisie intermitentă (de exemplu din industrializarea sfeclei de zahăr) şi zone cu insolaţie prelungită. Captatorii solari (realizaţi de ICPGA în colaborare cu Institutul Politehnic Cluj), de tip aer-aer, furnizează aer încălzit la temperatura de 75...85 °C, ce se trimite pe un uscător tip bandă (acoperit), pe care circulă nămolul în prealabil deshidratat (fig.3.16).

Experimentările efectuate pentru nămol de la fabricile de zahăr au condus la obţinerea

28

Page 29: Tratarea Namolurilor in Statiile de Epurare

unui materila uscat cu umiditate finală de 10-12%, alimenatrea bandei făcându-se cu nămol cu umiditatea de circa 60%. Materialul uscat poate fi omogenizat (sau granulat), însăcuit şi transportat în condiţii similare cu îngrasamintele chimice minerale.Pentru cantitati mici de nămoluri cu conţinut de metale, pentru reintroducerea în circuitul economic, primntreprinderile de prelucrarea minereurilor, s-a utilizat tehnologia de uscare cu energie solară cu instalaţie de uscare cu platouri suprapuse. Aerul cald obţinut de la captatorii solari poate fi utilizat pentru uscarea nămolului şi pe platforme de uscarea nămolului închise şi cu ventilaţie forţată.

4.6. Incinerarea nămolului

Dacă nămolurile rezultate din epurarea unor ape uzate industrial conţin compuşi organici şi/sau anorganici toxici ce nu permit valorificarea agricolă, depozitarea pe sol sau aplicarea procedeelor de recuperare a substanţelor utile, se face apel la incinerare ca singura alternative acceptabilă. În timpul incinerării compuşii organici sunt oxidaţi total, iar compuşii minerali sunt transformaţi în oxizi metalici ce se regăsesc în cenusa.

Pentru incinerare se recomandă reducerea prealabilă a umiditatii nămolului brut şi evitarea stabilizării aerobe sau fermentării anaerobe, care diminuează puterea calorică a materialului supus incinerării.

Prelucrarea nămolului înainte de incinerare trebuie să conducă la autocombustie. Ţinând cont de un necesar de 2,6 MJ/kg pentru evaporare şi pierderi de energie de minimum 10%, se recomandă o umiditate a nămolului la alimentare de circa 50%. Dacă umiditatea este mai mare sau dacă temperatura de combustie trebuie să fie mai mare de 750°C, pentru a evita degajarea mirosurilor neplăcute apare necesitatea combustibilului suplimentar.

Toate instalaţiile de incinerare trebuie echipate cu instalaţii de spălare sau filtrarea gazelor de ardere, până la obţinerea unui conţinut de suspensii (cenuşă) la evacuare de 150-200 g/m3.

Incinerarea nămolului semiplastic, cu putere calorică mică şi conţinut ridicat de apă impune echipament special, pentru a menţine un raport adecvat suprafata/volum în timpul combustiei.

În acest scop, pentru incinerarea nămolului se utilizează cuptoare rotative cilindrice, cu vetre multiple sau cu pat fluidizat.

Cuptorul rotativConstă dintr-un cilindru căptuşit cu material refractar, cu axul puţin înclinat fata de

orizontală. Nămolul este injectat la capătul amonte şi, în timp ce este ars, este transportat la cealaltă extremitate prin mişcarea de rotaţie a cilindrului. Pentru a asigura o bună funcţionare a cuptorului este necesar să se mărunţească materialul, înainte de alimentare, pentru a obţine o suprafata suficient de mare şi a asigura o distribute uniformă a acestuia.

Cuptorul cu pat fluidizatConstă dintr-un cilindru vertical, echipat cu dispozitive de injectare a aerului la partea

inferioară şi un suport pentru susţinerea stratului de nisip fin care este fluidizat cu ajutorul aerului insuflat. Nămolul se introduce la partea superioară. Instalaţia de incinerare cu strat fluidizat cuprinde următoarele faze: pregătirea nămolului (retinerea corpurilor grosiere, mărunţirea sub 10 mm, deshidratarea mecanică) şi' combustia propriu-zisă a materialului la o temperatură de 600....800°C. Apa din nămol se evaporă, în timp ce substanţa combustibilă se gazeifică şi arde cu adaos, uneori, de combustibil conventional. Enrgia necesară unui astfel de proces este de circa 260 kWh/t material solid.'

Cuptorul cu vetre multipleSe compune, în esenta, dintr-un cilindru vertical din oţel căptuşit cu cărămidă refractară

şi un ax central, care se roteşte cu 1 rotaţii/minut şi pe care se montează bratele de agitare. Părţile

29

Page 30: Tratarea Namolurilor in Statiile de Epurare

axului şi agitatorului din zona de combustie trebuie să fie 'confecţionate din materiale rezistente la temperaturi ridicate. În acest tip de instalaţie se crează trei zone de combustie: zona de uscare, zona de combustie şi zona de răcire. Nămolul este injectat la partea superioară şi este injectat la partea inferioară datorită braţelor de agitare, care aisgură şi repartizare pe vetre, pentru a se obţine o suprafata de contact cât mai mare. Aerul necesar combustiei este introdus la partea inferioară; aerul rece este preîncălzit în preîncălzitor, unde cenuşa caldă evacuată transferă căldură aerului.

Alte tipuri de instalaţiiPentru incinerarea nămolului sau altor reziduuri industraile apoase se mai utilizează

instalatii de oxidare umedă, instalaţii de piroliză, incinerare prin automatizare etc. 'Este avantajos ca incinerarea nămolului să se realizeze împreună cu gunoaiele menajere şi alte reziduuri industriale, alegându-se tipul de instalaţie în corelaţie cu caracteristicile materialelor. La incinerarea în comun cu gunoaiele menajere, nămolul trebuie deshidratat până la o umiditate apropiată de a gunoiului şi adăugat în proporţie de 10-15% (fata de gunoi); cele mai multe instalaţii de ardere sunt dotate cu echipamente pentru recuperarea căldurii.

4.7 Valorificarea si evacuarea finală a nămolurilor

Valorificarea nămolurilor nu constituie un scop in sine in epurarea apelor uzate urbane, ea trebuie considerate numai ca fiind un mijloc de indepărtare nămolurilor din zona statiilor de epurare, fără a avea un impact negative asupra mediului.Nămolul din statiile de epurare urbane contin, in afară de gazele de fermentare, unele substante care pot fi valorificate. Unele dintre acestea, cum sunt substantele hrănitoare pentru sol si plante si-au găsit o largă utilizare. In schimb, recuperarea de metale si de alte substante utile se aplică in special, la nămolurile provenite din apele uzate industriale.

Valorificarea nămolurilor ca fertilizatori ai solului depinde de procesul de tratare a acestuia. In plus, nămolul furnizează solului substante organice si elemente chimice, cum sunt: Fe, Mn, Zn, Cu, Mo etc. dar, acelasi timp, el poate contine si o serie de elemente si substante nedorite, care, depăsind a anumită concentratie pot deveni dăunătoare atat pentru sol si plante, cat si pentru apele de suprafată si subterane. In această categorie intră metalele grele, microorganismele patogene si compusii organici persistenti.

Azotul total continut in nămolul proaspăt este de 4,5% in greutate uscată si de 1,13% in nămolul fermentat, el fiind esential pentru dezvoltarea frunzelor si tulpinelor plantelor, fosforul sub forma de acid fosforic, actionează asupra cresterii rădăcinilor plantelor, fiind 2,25% in nămolul proaspăt si de 0,75% in nămolul fermentat.

Potasiul sub formă de oxid de potasiu (K2O) ajută la formarea clorofilei, iar continutul lui in nămol proaspăt este de 0,5% si de 0,25% in nămolul fermentat, exprimate in greutate uscată fată de cea a nămolului proaspăt (Roediger - 1982). Substantele organice din nămol participă la formarea humusului cu consecinte favorabile privind capacitatea solului de a retine apa, de a rezista la eroziune si de a constitui un substrat pentru bacterii. Analizand valorile substantelor fertilizante din nămolul proaspăt si cel fermentat, rezultă că nămolul fermentat contine cu 40- 50% mai putine substante fertilizante decat nămolul proaspăt. Folosirea nămolului in agricultură se face sub formă de nămol lichid proaspăt, nămolul lichid stabilizat aerob, nămol lichid pasteurizat, nămol deshidratat, nămol compostat, nămol uscat (granule sau pulbere) etc. In toate cazurile fiind obligatorie analiza compozitiei chimice a nămolului, precum si respectarea normelor si restrictiile ecologice recomandate de agentiile de protectia mediului

Pentru eliminarea pericolului de infectare a solului, a culturilor, apelor freatice etc, cu germeni patogeni, ouă de paraziti etc, trebuie luate o serie de măsuri de diminuare a potentialului infectios. In acest scop, specialistii consideră necesară o tratare suplimentara a nămolului (lichid sau deshidratat) in vederea dezinfectiei lui recomandand pasteurizarea, iradierea, tratare cu agenti chimici, compostarea etc.

30

Page 31: Tratarea Namolurilor in Statiile de Epurare

Pasteurizarea constă in incălzirea nămolului la 80- 900 C cateva minute, inainte sau după fermentare, utilizand vapori de apă caldă, arzătoare sau instalatii cu microunde. Un alt procedeu de dezinfectie termică il reprezintă si uscarea nămolului.

Dezinfectia nămolului se poate face prin iradiere cu Co-60.Compostarea constituie un procedeu de mineralizare a materiei organice continute in

nămol cu ajutorul microorganismelor, realizandu-se in final un material inofensiv, cu volum si greutate reduse, ce poate fi utilizat fără dificultăti, din punct de vedere igienic, ca ingrăsămant agricol. Nămolul se pretează mult mai bine la compostare dacă este amestecat cu gunoi menajer.

4.8 Aspecte legislative privind valorificarea nămolului in agricultură

Prin Legea Protectiei Mediului s-a stabilit cadrul legislativ global in cadrul căreia urmează să se emită ordine, directive si instructiuni specifice pe domeniu, intre care se va detalia si problema reciclării nămolurilor provenite de la statiile de epurare urbane in general si a valorificării in agricultură, in particular, in stransă corelare cu parametrii fizico- chimici ai nămolului, intre care foarte important rămane, continutul in apă, concentratia in substante organice biodegradabile, concentratia in metale grele si agenti patogeni. Aceste instructiuni devin absolut necesare in momentul de fată, deoarece pană la nivelul anului 1990 problema evacuării nămolului din statiile de epurare din tara noastră nu era solutionată in nici un fel prin acordurile si avizele de functionare. In prezent, in conditiile in care proprietatea privată asupra terenurilor in general, si agricole, in special, s-a stabilit prin lege, evacuarea nămolului pe terenuri trebuie să se facă conform unor norme tehnice si conditii legislative convenabile pentru statiile de epurare si cu atat mai mult pentru detinătorii de terenuri. In acest context, livrarea nămolului către agricultori se va face in conditiile respectării actelor normative ce se referă la calitatea si controlul acesteia. Pentru a avea o vedere de ansamblu asupra acestei probleme, se vor prezenta unele aspecte legislative din tările cu mare experientă in acest domeniu, care vor servi ca elemente orientative la elaborarea normelor tehnice de depozitare si valorificare a nămolului rezultat din statiile de epurare din Romania.In Statele Unite ale Americii depozitarea nămolurilor este reglementată de Legea privind Recuperarea si Conservarea Resurselor si de Decretul pentru Apă Curată (Clear Water Act), aprobate de Congresul S.U.A. si aplicat in toate statele. In conformitate cu aceste legi Agentia pentru Protectia Mediului (Environmental Protection Agency- EPA), a editat Reglementările finale privind depozitarea nămolului, care din punctul de vedere al sănătătii publice are in vedere existenta a trei feluri de nămoluri:

• nămoluri brute nestabilizate, care, potrivit reglementărilor, nu se folosesc pe terenuri agricole, ci sunt ingropate, incinerate sau uscate la cald;

• nămoluri prelucrate prin procese aerobice sau anaerobice, dezinfectare cu clor sau var,compostare si tratament termic, toate procesele urmărind reducerea agentilor patogeni. După imprăstierea pe sol a nămolurilor respective, păsunatul este interzis timp de 6 luni, iar terenurile arabile nu se folosesc timp de 3 ani pentru recolte care vin in contact cu culturile ce sunt destinate consumului uman;

• nămoluri prelucrate pentru o nouă reducere a agentilor patogeni si care nu au nici un fel de restrictive privind folosirea in agricultură. Procedeele de tratare pentru această categorie de nămoluri, constau in iradiere la energii inalte sau procese termice de pasteurizare, tratare termică, digestie termofilă (50- 55°C). De regulă in aceste nămoluri sunt adăugate anumite doze de ingrăsăminte chimice. Nămolul se aplică pe teren din aprilie pană in octombrie, prin incorporare in sol, dozele ajungand pană la 70 t SU/ha, pentru terenuri cultivate cu porumb.

Ca regulă principală se urmăreste să se evite contaminarea lanturilor alimentare, astfel incat cerealelerecoltate de pe terenurile pe care s-a administrat nămol să fie folosite numai la hrănirea animalelor.

31

Page 32: Tratarea Namolurilor in Statiile de Epurare

La nivel european, valorificarea in agricultură a nămolului din statiile de epurare urbane a făcut obiectul unei reglementări comune (Consiliul European - 1986) cunoscută sub denumirea Directiva CEE 86/278 care are rolul de a reglementa utilizarea nămolului in agricultură in asa fel incat să se evite efectele nocive asupra solului, vegetatiei, animalelor si omului, incurajand, totodată, utilizarea lui de către agricultori tocmai pentru a coordona legislatia internă a tărilor componente, astfel incat să nu apară disfunctionalităti in comercializarea produselor agricole.

Conform acestei Directive a CEE, nămolurile furnizate pentru agricultură trebuie să fie insotite de un document in care să se precizeze:

• originea nămolului cu identificarea responsabilului pentru producerea si livrarea lui, inclusiv indicarea tehnologiei de tratare;

• caracteristica sarjei livrate, respectiv greutatea, starea fizică, continutul in substante uscate, in elemente fertilizante si concentratia in metale grele;

• prescriptii si recomandări de utilizare (doze), frecventa de aplicare in functie de concentratia in metale grele).

Directiva 86/278 CEE, mai prevede, pentru protectie sanitară, ca nămolul să fie tratat pe cale biologică,chimică sau termică, prin stocaj pe termen lung sau prin orice procedeu care să conducă la reducerea semnificativă a puterii de fermentare, cat si a concentratiei in agenti patogeni. Cu privire la modul de aplicare pe terenuri, se recomandă să se păstreze o distantă de 35 m fată de puturi, surse de apă, aductiuni si de 200 m fata de cursurile de apă dacă panta terenului este mai mare de 7%. Pentru păsuni si culturi furajere să se păstreze 30 zile intre imprăstiere si recoltare, iar pentru terenuri destinate legumelor si fructelor proaspete să se respecte un an, dau nu mai putin de 10 luni intre imprăstiere si recoltare.

Se interzice aeroaspersiunea, cu exceptia unor planuri speciale de aplicare a nămolului, iar in cazul nămolurilor solide sau sub formă de pastă este obligatorie incorporarea in sol in maximum 24 ore, in afara cazurilor de fortă majoră.

CAP V - Managementul nămolurilor generate in staţia de epurare Cluj

5.1 Scurt istoric

Statia de Epurare din Cluj-Someseni este destinata epurarii apelor uzate menajere si

32

Page 33: Tratarea Namolurilor in Statiile de Epurare

industriale provenite in principal din municipiul Cluj Napoca dar si de la mai multe localitati rurale. Linia veche, respectiv linia I cu o capacitate de 1200 l/s a fost pusa in functiune in anul 1977.

Linia veche a fost prevazuta cu treapta de degrosisare cu desnisipator fara separator de grasimi, decantoare primare longitudinale, treapta biologica la capacitatea de 900 l/s cu aeratoare mecanice de suprafata, decantoare secundare longitudinale cu recircularea namolului in proportie de circa 50 %.

Lucrarile de extindere a capacitatii statiei de epurare au fost incepute in anul 1989 si au fost terminate odata cu lucrarile de modernizare din programul MUDP II, in anul 2002.

5.2. Descrierea procesului tehnologic din statia de epurare

Statia de tratare a apelor uzate din Cluj a fost proiectata pentru un debit mediu de 2170 l/s pe timp uscat debitul maxim de preluare pe timp de ploaie fiind de mximum 5000 l/s.

Procesul tehnologic de epurare a apelor uzate din Statia de epurare Cluj are in componenta mai multe faze:

- sitarea apelor uzate unde pe gratarele rare si dese sunt retinute corpurile mari si materialele textile care plutesc sau sunt in imersie;

- indepartarea nisipului si a grasimilor se face in desnisipator, amandoua componentele fiind de nedorit mai departe in procesul de purificare;

- decantarea namolului in suspensie se face in decantoarele primare;- epurarea biologica are loc in bazinele de nitrificare si denitrificare;- decantarea finala a apei epurate are loc in decantoarele secundare unde este

retinut namolul biologic care este recirculat in treapta de aerare;- tratarea namolului cuprinde mai multe etape: colectarea si ingrosarea

namolului primar, colectarea si ingrosarea namolului in exces, fermentarea anaeroba a namolului, ingrosarea namolului fermentat, deshidratarea namolului si depozitarea lui.

- valorificarea biogazului rezultat din fermentarea namolului organic prin producere combinata de energie electrica si termica.

33

Page 34: Tratarea Namolurilor in Statiile de Epurare
Page 35: Tratarea Namolurilor in Statiile de Epurare

Schiţa fluxului nămolului prin staţia de epurare

Caracteristicile principale ale nămolurilor rezultate din procesul de epurare a apei• Nămol primar din decantoarele primare

− umiditate 99 – 97 %− substanţe organice 50 – 60 %

• Nămol activ în exces rezultat din treapta biologica− umiditate 99,5 – 99,2 %− substanţe organice 50 – 70 %

• Dupa ingrosatorul de namol rezulta un namol primar concentrat:− umiditate 98 – 95 %− substante organice: 50-60 %

Obs. Namolul biologic activ este stocat intr-un bazin din care se trimite impreuna cu namolul primar concentrat in fermentatoare (metantancuri)

Caracteristicile namolurilor dupa fermentarea anaeroba in metantancuriFermentatia din metantancuri este de tip “mezofil “ desfasurandu-se la temperaturi de 30 – 35 °C

• Nămol fermentat− umiditate 98,5 – 95 %− substanţe organice 40 – 50 %

• Nămol fermentat concentrat dupa ingrosatoarele de namol fermentat:− umiditate 98,5 – 92 %− substanţe organice 40 – 50 %

• Nămol deshidratat dupa centrifuga:− umiditate 65 – 72 %− substanţe organice 40 – 50 %

Variaţia producţiei lunare de nămol deshidratat dupa centrifugaObs: In luna aprilie centrifuga a fost oprita pentru reparatii astfel incat namolul din

Page 36: Tratarea Namolurilor in Statiile de Epurare

fermantatoare a fost trimis spre paturile de uscare

Variaţia consumului specific de polimer

5.3. Valorificarea namolurilor rezultate din statia de epurare

Page 37: Tratarea Namolurilor in Statiile de Epurare

• Valorificarea prin producere de energie electrica si energie termica; In fermentatoare se produce biogaz cu un procent de 60-65% metan si o putere calorica de cca 20.000kJ/mc la o productie de cca 4000 mc/zi.

− Se asigura o compensare a consumului energetic al statiei de 30-38 % (diagrama urmatoare)

− Mineralizarea namolului 50-60%

• Valorificarea in agricultura sau silvicultura : Cu toate ca namolul nu contine substante daunatoare peste limitele admise nu am primit solicitari in acest sens, neexistand unitati interesate de refacerea solurilor degradate sau producerea de plante tehnice;

• Valorificarea prin ardere in incineratoare sau la fabricile de ciment: a existat o solicitare in acest sens din partea unei fabrici de ciment care a ramas la stadiul de intentie deoarece dupa rezultatul testelor, unitatea noastra n-a mai fost contactata.

Depozitarea namolului deshidratat

• Depozitare la depozitul de deseuri menajere a municipiului• Depozitare in gropi din balastiere epuizate a namolului deshidratat dupa o stationare

pentru stabilizare finala pe paturile de uscare.

Probleme in managementul namolului din statia de epurare

• Mineralizarea insuficienta a namolului in fermentatoare;• Randament redus de producere a biogazului cauzat de o stationare insuficienta a

namolului si o recirculare insuficienta a namolului in metantancuri;• Costurile de depozitare a namolului deshidratat sunt in crestere, depozitarea devenind o

problema serioasa, protectia mediului impunand conditii tot mai grele de depozitare;• Cantitatile mari de nisip intrate in sistemul de canalizare si dificultatile de extragere a

tuturor fractiunilor de nisip care se regasesc in namol, conduc la uzuri anormale prin abraziune a pompelor cu surub si in special a centrifugii;

Page 38: Tratarea Namolurilor in Statiile de Epurare

• Posibililitati de valorificare in agricultura pentru namolul deshidratat nu se intrevad iar valorificarea prin ardere cu producere combinata de energie electrica si termica implica costuri investitionale foarte ridicate.