Un sistem de alimentare cu apă este un complex de...

Universitatea Tehnică din Cluj- Napoca Facultatea StiinŃa şi Ingineria Materialelor Catedra Ingineria Mediului Tratarea şi Epurarea Apelor – suport curs

- 1 -

II. SISTEME DE PRODUCERE A APELOR POTABILE

• Sisteme de captare şi alimentare cu apă • Procedee de potabilizare

o Sitarea apei, o Coagularea suspensiilor din apă, o Decantarea sau limpezirea apei, o Filtrarea apei, o Dezinfectarea apei, o Tratamente speciale aplicate apelor

1. Sisteme de captare şi alimentare cu apă

Un sistem de alimentare cu apă este un complex de instalaŃii, construcŃii şi conducte care asigură aducerea apei la beneficiar la parametri şi calitatea cerută de aceştia şi de legislaŃia în vigoare.

Un sistem complex de alimentare cu apă potabilă cuprinde în principal următoarele elemente:

• construcŃii de captare a apei dintr-o sursă naturală; • staŃia de pompare a apei spre staŃia de tratare (sau apa poate curge prin cădere liberă); • conducte magistrale; • staŃii de tratare a apei (pentru potabilizarea apei); • rezervoare pentru înmagazinarea apei potabilizate; • staŃii de pompare a apelor potabile spre consumatori (sau apa poate curge prin cădere liberă); • rezervoare zonale (sau de cartier) de apă potabilă; • reŃea de distribuŃie exterioară a apei potabile (reŃeaua stradală).

Apele utilizate pentru a fi transformate în ape potabile pot proveni în principal din trei surse :

• Râuri, prin intermediul unor prize speciale pe râuri de unde sunt transportate prin cădere liberă sau pompare spre staŃia de tratare ;

• Lacuri (naturale sau artificiale), prin intermediul unor prize realizate de regulă la nivelul unor baraje sau amenajări speciale;

• Ape subterane, captarea apelor se face prin drenuri, galerii şi puŃuri. Drenurile por fi realizate din tuburi speciale sau din arocamente cu o mică înclinaŃie, au scopul de a colecta apele subterane şi de a le transporta spre bazine de unde pot fi pompate. Se utilizează în cazul unor debite foarte mici. Galeriile sunt construcŃii mai ample, vizitabile, destinate captării unor debite mai mari şi au o anumită înclinaŃie pentru scurgerea apei spre bazinul de colectare, de unde sunt pompate spre staŃia de tratare. PuŃurile sunt construcŃii cilindrice verticale pentru captarea apelor subterane aflate la adâncimi de 8 – 10 metri de unde extragerea apei se face prin intermediul pompelor submersibile. StaŃiile de pompare a apelor au rolul de asigura transportul apelor de la sursa principală la staŃiile de

tratarea apelor. Dacă există o diferenŃă de nivel favorabilă între sursa de apă şi staŃia de pompare, atunci apa poate curge prin cădere liberă şi în acest caz diametrele conductelor trebuiesc majorate substanŃial pentru a asigura debitul dorit.

Conductele magistrale sunt de regulă conducte de mari dimensiuni şi au rolul de a transporta apa de la


- 2 -

sursă la staŃia de tratare a apei. Lungimea acestor conducte magistrale depinde de poziŃia sursei de apă şi de zona în care este amplasată staŃia de tratare a apei.

StaŃiile pentru tratarea apelor sau pentru potabilizare sunt construcŃii speciale de mari dimensiuni, construcŃia lor depinzând de debitul ce trebuie să-l asigure, de calitatea apei de la sursă, precum şi tehnologia adoptată pentru tratarea apei.

Rezervoarele de stocare pot fi centrale, pentru staŃii, respectiv oraşe mici sau dispuse în cartiere, de regulă în zonele înalte, astfel ca prin cădere liberă prin conducte să asigure pe cât posibil o presiune suficientă şi dacă se poate constantă în toată reŃeaua de distribuŃie.

In cazul unor localităŃi de mici dimensiuni, respectiv mici comunităŃi rurale, staŃiile pentru potabilizarea apelor sunt mult mai simple şi de mici dimensiuni. De regulă sursele de ape pentru micile comunităŃi sunt izvoarele sau sursele subterane, care în general sunt de debite mici, dar de o mai bună calitate, fapt ce implică un tratament relativ minor pentru potabilizare. Acest fapt nu exclude controlul periodic al sursei de apa pentru a avea siguranŃa că sursa nu a fost infestată accidental.

Intrucât există diferenŃe semnificative în procesul de potabilizare a apelor pentru localităŃi mici (debite mici şi surse de apă de o bună calitate) în raport cu procesele de potabilizare pentru localităŃi mari (ceea ce înseamnă debite mari), unde sursele de apă sunt de regulă apele curgătoare sau lacurile de o anumită calitate a apei, acestea se vor trata diferenŃiat pentru că şi procesele şi instalaŃiile sunt diferite.

2. Procedee de potabilizare

ProprietăŃile apei în stare naturală nu satisfac de cele mai multe ori (mai ales în cazul apelor de suprafaŃă)

condiŃiile de calitate cerute de consumatori şi de aceea este necesară tratarea apei pentru a aduce apa la parametri necesari. Corectarea calităŃii apei se realizează prin procedeul de potabilizare, ce se realizează în staŃiile de tratare a apelor. În general o staŃie de tratare a apelor potabile utilizează următoarele procedee pentru obŃinerea apelor potabile conform normativelor Ministerului SănătăŃii: • Sitarea, respectiv reŃinerea corpurilor plutitoare sau antrenate de apă de mai mari dimensiuni; • Deznisiparea, este operaŃia de reŃinere a particulelor grosiere şi a particulelor de nisip, de regulă prin

staŃionarea pe o anumită perioadă a apei în bazine speciale; • Coagularea şi flocularea, este de fapt procesul de aglomerare a suspensiilor fine, coloidale din apă,

nedetectabile, prin utilizarea unor reactivi numiŃi floculanŃi, care aglomerează aceste particule permiŃând sedimentarea acestora;

• Decantarea apei, este operaŃia de reducere a turbidităŃii apei, respectiv reŃinerea majorităŃi suspensiilor (circa 95%) prin staŃionare a apei pe o perioadă de timp relativă mai mare în bazine speciale. Procedeul de decantare se aplică după faza de coagulare-floculare;

• Filtrarea, este operaŃia de finisare a apei, respectiv de limpezire a apei, printr-o filtrare intensă, când se reŃin cele mai fine particule, inclusiv unele microorganisme. OperaŃie de regulă se realizează prin trecerea apei printr-un strat foarte gros de nisip cu o anumită granulaŃie, în anumite condiŃii;

• DezinfecŃia, este operaŃia de distrugere a tuturor microorganismelor (operaŃie numită şi clorurare sau clorinare întrucât se utilizează cel mai frecvent clorul).

Alegerea schemei tehnologice ce se va aplica, dimensionarea fiecărei operaŃii depinde de condiŃiile

specifice, respectiv dimensiunea sursei de apă, dacă este sursă de suprafaŃă sau pânză freatică, de zona în care este captată apa, zonă de munte sau de deal, de diferenŃa de nivel dintre captare şi staŃia de tratare, de proprietăŃile fizice, chimice şi bacteriologice ale apei la sursa de captare, de condiŃiile de calitate cerute de consumator sau standardul privind cerinŃele de calitate pentru apa potabilă sau tehnologică. Trebuie adoptată soluŃia cea mai economică, dar şi cea mai uşor de aplicat.

Literatura de specialitate recomandă adoptarea unui flux în cascadă, folosind diferenŃa de nivel a apei, astfel încât apa să treacă gravitaŃional prin toate treptele de tratare a apei. Din schemele posibile de ales pentru o staŃie de tratare a apelor potabile, se alege schema care din punct de vedere tehnico-economic şi al siguranŃei în funcŃionare este optimă.


- 3 -

2.1. Sitarea apei Apa captată dintr-o sursă naturală, fie de suprafaŃă fie chiar şi de adâncime trebuie să treacă printr-un

sistem de grătare fine sau printr-o sita cu ochiuri mari, pentru a se reŃine particulele mari plutitoare sau aflate în suspensie. ReŃinerea acestor particule încă de la intrarea în staŃia de potabilizare este importantă pentru că aceste particule deranjează procesul de potabilizare şi pot bloca micrositele şi conductele.

2.2. Deznisiparea apei

OperaŃia de reŃinere în bazine speciale a nisipului sau a altor particule de mici dimensiuni (de regulă particule peste 0,2 mm) şi care plutesc în suspensie în apă se numeşte deznisipare.

Utilizarea deznisipatoarelor este recomandată în cazul în care în urma cercetărilor de laborator pentru determinarea curbei de sedimentare, a rezultat faptul că într-un interval de timp mic (120 – 180 secunde) se depun cel puŃin 20% din greutatea suspensiilor prezente în apă. Utilizarea acestor deznisipatoare este recomandată şi pentru faptul că uşurează mult tratamentele ulterioare aplicate apei.

Deznisipatoarele sunt de multe tipuri, nu sunt standardizate, construcŃia lor depinde de debitul de apă, de media multianuală a compoziŃiei apei în particule sedimentabile. Ele se clasifică după direcŃia de curgerea apei şi după modul de evacuare a sedimentelor reŃinute. După direcŃia de curentului de apă distingem deznisipatoare orizontale şi verticale.

Deznisipatoarele orizontale sunt cele mai des utilizate ca urmare a faptului că sunt cele mai simple şi

mai uşor de întreŃinut. Ele sunt de fapt o succesiune de bazine sau de “camere”, fiecare cu un rol bine definit. Prima cameră este numită cameră de acces, a doua cameră de liniştire, a treia cameră de sedimentare şi a patra cameră de colectare a apei deznisipate. De cele mai multe ori primele două camere sunt comune. Camera de acces dispune de un grătar metalic pentru reŃinerea corpurilor plutitoare. Grătarele sunt construcŃii sudate cu mărimea ochiului de 10-50 mm, confecŃionate din bare metalice laminate. Grătarele au o poziŃie înclinată faŃă de verticală de 15 –30 grade. Dimensiunea zonei de intrare a apei prin grătar trebuie astfel stabilită încât să asigure o viteză maximă de curgere a apei de 0,4 – 0,5 m/sec. Deasupra grătarului există o pasarelă care asigură accesul personalului muncitor pentru a putea extrage corpurile plutitoare reŃinute de către grătar. Camera de liniştire a apei este mult mai largă, trecerea de la camera de intrare la camera de liniştire se face printr-un racord cu deschidere mare. Mărindu-se mult secŃiunea de curgere, scade foarte mult viteya de curgere a apei.

Nisipul o dată colectat este evacuat şi poate fi folosit în construcŃii sau ca material de umplutură. Datorită faptului că deznisipatoarele orizontale sunt construcŃii orizontale de mari dimensiuni şi ca urmare ocupă mult teren, nu se recomandă a fi folosite decât în cazul existenŃei unor terenuri întinse şi care nu pot avea altă destinaŃie.

In figura1 este prezentat în mod schematic un astfel de deznisipator.

Fig.1. Deznisipator orizontal cu curăŃire manuală 1.-grătar pentru reŃinerea corpurilor plutitoare; 2.- pasarelă; 3-bare pentru liniştirea apei ; 4.-stăvilar pentru

reglarea debitului; 5.-stăvilar pentru golirea completă;.6.-stăvilar pentru reglarea evacuării apei deznisipate; 7.-galerie de golire a depunerilor.

Camera de liniştire a apei este mult mai largă, trecerea de la camera de intrare la camera de liniştire se


- 4 -

face printr-un racord cu deschidere mare. Camera de liniştire dispune de o serie de bare de oŃel cu diametre de 30 – 50 mm aşezate vertical şi dispuse în şah la o distanŃă de 25 – 35 mm, iar fundul bazinului are o mică înclinare. Rolul acestei camere este de a asigura o curgere laminară liniştită cu viteză mică, fără curenŃi transversali. În figura 1 este prezentată o schiŃă a unui deznisipator orizontal cu curăŃire manuală a depunerilor.

Camera sau bazinul de sedimentare are rolul de a asigura o liniştire completă a apei, care trebuie să permită depunerea sedimentelor în zona finală a camerei. De aceea cea mai importantă dimensiune a acestei camere este lungimea pe care o parcurge apa şi pentru care corespunde unui anumit timp de staŃionare a apei în bazin. Acestă durată de timp în care apa parcurge orizontal bazinul, trebuie să asigure timpul necesar pentru depunerea pe fundul bazinului a sedimentului aflat în suspensie în apă. Calculul lungimii bazinului de sedimentare se face cu relaŃia:

δβ vH

L..=

In această formulă avem notaŃiile: β un coeficient de neuniformitate (cuprins între 1,5 – 2,0; cifra maxima corespunde debitelor mici); H - înălŃimea utilă a bazinului de deznisipare, în [ m ] ; v - viteza de curgere orizontală a apei în bazin, în [ m / s ]; δ - viteza de sedimentare a particulelor în suspensie, care se determină experimental [m / s]; ÎnălŃimea totală a bazinului se stabileşte prin însumarea înălŃimii utilă, plus înălŃimea stratului de depuneri

(se stabileşte experimental, Ńinând seama de periodicitatea golirii bazinului de depuneri: 1 – 5 zile), grosimea stratului posibil de gheaŃă (0,3 – 0,5 m), precum şi o înălŃime de siguranŃă de 0,1–0,25m.

În general înălŃimea zonei utile a bazinului trebuie să fie cuprinsă între 1 m şi 2,5 m, dar se preferă înălŃimile mici, care asigură condiŃii mai uşoare de curăŃire a bazinului.

După se s-a stabilit înălŃimea H a deznisipatorului, se determină lăŃimea bazinului (B) care se stabileşte în funcŃie de debitul apei şi înălŃimea bazinului, conform formulei :

][..

mvHn

QB = ;

In formula de mai sus avem următoarele notaŃii:

B - lăŃimea bazinului, (care nu trebuie să depăşească 2 m); Q – este debitul de apă ce trebuie procesat; n - numărul bazinelor de deznisipare care lucrează în paralel. De regulă raportul între lungimea şi înălŃimea bazinului trebuie să fie cuprins între 10 şi 15 m. Viteza de curgere a apei în deznisipator trebuie să fie cuprinsă între 0,1 şi 0,50 m/sec. In urma

experimentărilor pe diverse probe de apă, s-a stabilit că timpul pentru sedimentarea particulelor depinde de natura, densitatea şi dimensiune particulelor şi în general este cuprins între 30 şi 120 sec., pentru o înălŃime de 1 m a stratului de apă. În cazul în care nu se cunoaşte cu precizie parametri particulelor aflate în suspensie în apă, se recomandă mărirea lungimii şi a lăŃimii bazinului, chiar dacă acest lucru ar duce la creşterea costurilor construcŃiei, dar asigură o calitate superioară apei. Camera de sedimentare are o pantă de 3 – 5 grade în sensul de curgere al apei şi o înclinare a pereŃilor laterali la partea superioară de 10 – 30 grade pentru a se evita împingerea pereŃilor iarna de către gheaŃă. O problemă importantă legată de construcŃiei deznisipatoarelor este problema curăŃirii bazinului de materialele decantate.

Sistemele de curăŃire a bazinelor pot fi manuale sau mecanizate. Cele mecanizate pot fi hidraulice sau mecanice. Sisteme de curăŃire manuale se pretează pentru instalaŃiile mici sub 100 litri / sec. În cazul acestui sistem se impune oprirea instalaŃiei pe perioada curăŃirii.

La desnisipatoarele mari este nevoie de o curăŃire mecanizată. Sistemul des folosit este cel cu racleŃi, respectiv se draghează continuu fundul bazinului cu un sistem de răzuire prevăzut cu roŃi de rulare. La


- 5 -

marginea bazinului exisă un hidroelevator sau o pompă pentru noroi care evacuează depunerile. Acestea pot fi fixe sau se pot deplasa pe lungimea bazinului. Hidroelevatorul aspiră printr-un ajutaj apa de pe fundul bazinului cu depuneri şi o refulează în exterior.

Deznisipatoarele verticale. Se utilizează în mod special, atunci când spaŃiul aflat la dispoziŃie este puŃin

şi nu permite amplasarea deznisipatorului orizontal. Acest tip de deznisipator funcŃionează pe alt principiu şi anume: schimbarea direcŃiei de curgere a apei, care face ca particulele de nisip datorită densităŃii diferite şi a forŃelor de inerŃie să se desprindă de curentul de apă. Astfel apa străbate deznisipatorul în mod ascendent, evacuarea apei făcându-se la partea superioară, iar în partea inferioară se depune nisipul. In figura 2 sunt prezentate două variante constructive de deznisipatoare verticale.

În cazul acestor deznisipatoare evacuarea depunerilor se face prin sifonare pe la partea inferioară a instalaŃiei. Volumul util al instalaŃiei se calculează cu formula :

TQV .= In formula de mai sus avem următoarele notaŃii:

Q – este debitul apei brute, în m3 / sec. T – este timpul de staŃionare a apei în bazin, în secunde.

Fig.2. Scheme constructive ale deznisipatoarelor verticale a) cu intrare laterală a apei ; b) cu intrare centrală a apei.

Timpul de staŃionare a apei în deznisipator se stabileşte pe baza calcului secŃiunii orizontale a

deznisipatorului vertical care depinde de viteza ascensională a apei va în m/sec. şi care trebuie să fie mai mică decât viteza de depunere a particulelor pe fundul bazinului (vd în m / sec).

dv

QS = [ m2 ]

cu îndeplinirea condiŃiei ca , va să fie mai mică decât vd. De obicei viteza ascensională a apei variază între 0,02 şi 0,03 m/sec. Fundul deznisipatorului are o

înclinare de 45 de grade pentru a uşura evacuarea depunerilor. SpaŃiul de sedimentare se dimensionează pentru o golire periodică la 1 sau 2 zile.

2.3. Coagularea suspensiilor din apă

OperaŃia de coagulare este necesară atunci când în apa brută sunt suspensii foarte fine, coloidale, ce nu

pot fi reŃinute de către deznisipatoare. De regulă o instalaŃie de tratare a apei trebuie prevăzută cu o astfel de instalaŃie de floculare - coagulare. Procesul de coagulare constă practic în aglomerarea substanŃelor coloidale şi formarea de particule mai mari ce pot fi mai uşor separate. Procesul fizico – chimic care se desfăşoară în apă se bazează pe neutralizarea câmpului electric negativ al acestor particule şi care practic le Ńine în


- 6 -

suspensie în apă şi nu le lasă să ce aglomereze. In figura 3. este prezentată o particulă aflată în suspensie în apa, precum şi structura stratului electric

negativ al particulei, se observă faptul că este înconjurată de stratul încărcat pozitiv al floculantului. Prin dispersarea în apă a unor particule numite substanŃe coagulante, care au sarcini pozitive (ioni

pozitivi), se produce această neutralizare a particulelor aflate în suspensie în apă şi astfel particulele se pot aglomera.

În urma introducerii de substanŃe coagulante se formează un fel de precipitat, numit “ precipitat floconat”, şi care de regulă este un hidratat metalic, care se aglomerează în cădere sau în timpul agitării lente în camerele de reacŃie. În acest mod se elimină şi o parte din substanŃele organice şi în multe cazuri şi o serie de coloranŃi din apă.

Fig.3. Structura unei particule coloidale înconjurată de stratul substanŃei floculante încărcate

pozitiv Alegerea tipului de coagulanŃi, precum şi a modului de dozare se face în funcŃie de apa ce trebuie tratată

şi se stabileşte prin încercări de laborator. CoagulanŃii cei mai utilizaŃi sunt :

• sulfatul de aluminiu Al2 ( SO4 )3 .nH2O; • clorura ferică FeCl3; • sulfatul feros FeSO4 . n H2 O; • sulfatul feric Fe2 (SO4 )3 .

In figura 4. este reprezentată schematic modul cum acŃionează elementul floculant încărcat electric pozitiv asupra particulelor coloidale din apa şi care sunt încărcate electric negativ.

Fig. 4. Modul cum acŃionează elementele floculante încărcate pozitiv asupra particulelor coloidale

Aceşti coagulanŃi sunt săruri metalice ale unor acizi puternici (sulfuric sau clorhidric) şi ca urmare există

pericolul ca în cazul unor dozări greşite apa să îşi schimbe pH, şi să devină acidă. Ca urmare după această operaŃie se impune determinarea pH-ului apei şi dacă este necesar se va face neutralizarea apei. Neutralizarea apei se face prin introducerea în apă de hidroxid de calciu [var stins - Ca(OH)2], carbonat de


- 7 -

sodiu sau hidroxid de sodiu (sodă caustică- NaOH). In figura 5. sunt prezentate fazele formării punŃilor de legătură între particulele coloidale aflate în

suspensie în apă.

Fig.5. Fazele floculării particulelor solide prin punŃi de legătură

Amorsarea operaŃiei de floculare este favorizată de introducerea în apă a unor cantităŃi mici de substanŃe

alcaline, dintre cele amintite mai sus şi care se amestecă lent cu apa brută, fapt ce accelerează activitatea substanŃelor floculante din apă. Atât coagulanŃi cât şi substanŃele utilizate pentru neutralizare pot fi introduse fie în stare uscată (pulbere), când se aplică dozarea uscată sau în soluŃie când avem de a face cu o dozare umedă. Tot pentru accelerarea operaŃiei de coagulare a suspensiilor coloidale din apă se pot introduce şi alŃii acceleratori de floculare, cum ar fi silicea activată, silicatul de sodiu, bentonita, praful de cărbune activ etc.

O operaŃie importantă pentru obŃinerea unei ape de înaltă calitate este prepararea şi dozarea acestor

substanŃe în apa brută. Aşa cum am arătat anterior aceste substanŃe por fi introduse în stare solidă sau sub formă de soluŃii, respectiv dozare uscată sau umedă. In afară de acest procedeu, în ultimul timp se utilizează aşa numitul procedeu de coagulare electrică. Principiul de bază al acestui procedeu este acela că, substanŃele chimice necesare pentru coagularea substanŃelor coloidale din apă sunt produse prin electroliză direct în interiorul apei brute, procedeu care prezintă marele avantaj că nu se modifică mineralizarea apei şi nici aciditatea ei.

Dozarea umedă. Prepararea substanŃelor se face în două trepte, în primul vas (cuvă) se realizează prima treaptă, respectiv dizolvarea coagulantul în apă până la o concentraŃie de 20 – 25 %, urmată de o nouă dizolvare în alt vas, până la o concentrare de 5 – 7,5 %. Din acest al doilea vas se va face dozarea coagulantului în apa brută.

Dozarea uscată. In acest caz dozarea coagulantului se face direct în apa brută, de preferinŃă coagulantul trebuie să fie sub formă de pulbere nehigroscopică. Această metodă prezintă avantajul simplităŃii instalaŃiilor. Dozarea se face cu ajutorul unui dozator cu disc rotitor, dozarea se face prin variaŃia turaŃiei discului dozator.

Pentru a asigura o viteză bună de coagulare a substanŃelor coloidale din apă este necesară o amestecare intimă dintre apa brută şi substanŃele introduse. Acest lucru se realizează în bazinele de amestec. Aceste bazine sunt bazine speciale cu şicane, cu pereŃi perforaŃi, sau există pereŃi în spirală. În multe cazuri pentru accelerarea reacŃiilor se preferă agitarea mecanică, când în aceste bazine se montează agitatoare mecanice clasice.

Din bazinele de amestec apa trece în bazinele de decantare, unde are loc decantarea sedimentelor coagulate. Această operaŃie se mai numeşte şi limpezirea apei.

2.4. Decantarea sau limpezirea apei

Această operaŃie are drept scop reducerea turbidităŃii apei, lucru ce se realizează prin sedimentarea

suspensiilor din apă. OperaŃia depinde în mare măsură de destinaŃia apei, funcŃie de care se urmăreşte procentul de depuneri din totalul suspensiilor. Dacă în cazul apei potabile se urmăreşte reŃinerea pe cât posibil a tuturor suspensiilor, în cazul apei ce are scopuri industriale reducerile sunt dictate de scopul în care va fi folosită apa. Astfel pentru apa folosită ca agent de răcire a agregatelor termice se admite existenŃa


- 8 -

suspensiilor în valoare maximă de 50 – 100 mg/litru, în timp ce pentru industria pielăriei se admite numai 10 – 20 mg/litru.

Decantoarele sunt de diverse tipuri. La proiectarea acestora se porneşte de la alegerea timpului de decantare, respectiv a vitezei de decantare, care trebuie să asigure cerinŃele de calitate a apei, funcŃie de destinaŃia ei. Problema este destul de dificilă pentru că în general, condiŃiile fizico – chimice ale apelor sunt foarte diferite şi variabile şi nu se pot stabili parametri prealabili, doar după o analiză amănunŃită a apei brute şi condiŃiile de amplasare a bazinului decantor. De aceea se recomandă stabilirea de 3 sau 4 soluŃii posibile şi alegerea celei mai economice variante.

Pentru apa potabilă este necesară o reducere a suspensiilor prin decantare de până la 15 – 80 mg/l, pentru a se putea asigura o desfăşurare normală a operaŃiei de filtrare finală a apei. Altfel filtrele se pot colmata mult prea repede.

În prezent există în exploatare foarte multe tipuri de decantoare: • cu funcŃionare continuă; • cu funcŃionare discontinuă; • cu funcŃionare pulsatoare; • cu nivel liber a apei; • cu apa sub presiune; • cu circulaŃia apei pe orizontală; • cu circulaŃia apei pe verticală; • cu circulaŃia apei radială; • suspensionale.

In prezent decantoarele cu apa în repaus, precum şi cele cu funcŃionare discontinuă au fost abandonate,

datorită faptului că costuri de exploatare ridicate şi depind foarte mult de condiŃiile iniŃiale ale apei. Cele mai moderne decantoare sunt în prezent cele suspensionale, care prezintă următoarele avantaje : • volume reduse; • reducerea suspensiilor din apă până la 10 – 30 mg / l , fapt ce uşurează filtrarea ; • eliminarea camerelor de reacŃie pentru substanŃele floculante; • reducerea consumului de coagulant.

FuncŃionarea acestor tipuri de decantoare însă, depinde de cantitatea de suspensii iniŃiale din apă, în

sensul că nu funcŃionează la parametri normali, dacă apa brută conŃine peste 2000 mg / l . Indiferent de tipul de decantor, acesta trebuie să conŃină următoarele elemente:

• un sistem de introducere şi distribuire a apei ; • incintă în care să se poată realiza decantarea apei; • un spaŃiu în care să se sedimenteze nămolul decantat; • un sistem de colectare şi evacuare a apei decantate; • un sistem de curăŃire şi evacuare a nămolului decantat.

Decantoarele clasice funcŃionează pe principiul reŃinerii particulelor prin cădere liberă, după ce în prealabil

particulele coloidale au fost aglomerate (coagulate) în urma acŃiunii unor substanŃe numite floculanŃi. În funcŃie de sensul de circulaŃie al apei în decantor, decantoarele pot fi clasificate astfel:

• orizontale longitudinale; • orizontale radiale; • verticale.

In decantoare apa circulă cu viteze foarte mici de ordinul a 3 – 15 mm/sec. şi ca urmare aproximativ 98 %

din suspensii se depun pe fundul bazinului. Dispozitivele de colectare plasate pe fundul bazinului realizează colectarea nămolului depus în bazinul de colectare de unde acesta este îndepărtat continuu sau periodic. Pentru a asigura o decantare cât mai avansată a suspensiilor chiar şi în cazul debilelor mari de apă, cerute de marile oraşe, a fost necesară reducerea foarte mult a vitezei de circulaŃie a apei în decantor până la nivelul de


- 9 -

3 – 15 mm/sec. Reducerea vitezei şi asigurarea timpului necesar pentru decantare a dus la creşterea dimensională a bazinelor. Astfel s-a ajuns la dimensiuni de 100 m lungime pentru decantoarele orizontale şi 60 m diametrul, pentru cele radiale.

Decantoarele orizontale Decantoarele orizontale sunt cele mai simple. Ele cuprind de regulă următoarele elemente :

• cameră de distribuŃie a apei; • cameră de decantare - sedimentare; • cameră de colectare a apei curate.

În ceea ce priveşte dimensionarea acestor tipuri de decantoare, trebuie de la bun început să facem

precizarea că dimensionarea este foarte largă, în sensul că principala dimensiune este lungimea, dar şi alte dimensiuni depind de calitatea apei brute, respectiv cantitatea şi natura suspensiilor. Dimensiunea principală a unui decantor aşa cum a fost precizată, este lungimea, care se stabileşte cu relaŃia :

u

vHL

..α=

În care avem următoarele notaŃii: α este coeficient de neuniformitate (cuprins între: 1,2 – 1,5) şi depinde de calitatea apei brute; v este viteza de curgere a apei în m/sec.; u este viteza de sedimentare a particulelor în suspensie (care se determină experimental); H este adâncimea utilă a decantorului, în metri, de obicei variază între 1,5 şi 4 m;

Durata procesului de decantare se calculează cu formula:

u

HT =

In care avem următoarele notaŃii: T este durata de decantare;

La dimensionarea instalaŃiei trebuie să se respecte anumite proporŃii şi ca urmare există anumite relaŃii de corelare a principalelor dimensiunilor, astfel:

Lungimea: vtL .=

SuprafaŃa v

QF =

LăŃime: H

FB =

In care Q este debitul apei brute. ConstrucŃia bazinului de decantare are anumite particularităŃi, cum ar fi: o pantă inversă la începutul

bazinului decantor în sensului de curgere a apei de circa 30 de grade, care asigură reducerea bruscă a vitezei apei şi accelerează depunerea suspensiilor. Pentru că cea mai mare parte din suspensii se depun în prima treime a bazinului, acolo se plasează şi “bazinul cu nămol“ ce se întinde pe o lungime de 1/4 până la 1/8 din lungimea bazinului. La baza bazinului de nămol se plasează conductele pentru evacuarea nămolului. O problemă importantă este cea referitoare la curăŃirea fundului bazinului de depuneri, mai ales în partea cu înclinaŃie inversă. CurăŃirea se poate face manual, cu dispozitive de mecanice de răzuit fundul bazinului sau cu dispozitive hidraulice.

În figura 6. este prezentat schematic un astfel de tip de decantor.


- 10 -

Fig. 6. Schema de principiu al unui decantor orizontal a. - intrare apă; b. - perete deversor; c. – cameră de colectare apă curată

Un element important al decantorului orizontal îl constituie camera de distribuŃie a apei brute. Camera are

rolul de a reŃine particulele mari şi de a asigura o intrare cât mai lina a apei în bazin. In funcŃie de zona de intrare, zona de ieşie şi direcŃia de curgere avem o distribuŃie a a zonei de depunere

a sedimentelor (Fig.7)

Fig. 7. Zona de depunere şi acumulare a sedimentelor

Curbele 1 – 4 reprezintă traectorii ale particulelor funcŃie de densitatea acestora. Legătura dintre camera de distribuŃie şi camera de decantare se poate face printr-un perete cu orificii

calibrate sau prin intermediul unui deflector, care are rolul de a asigura o curgere liniştită a apei, fără turbioane, de regulă se doreşte obŃinerea unei curgeri laminare orizontale, care favorizează depunerea suspensiilor pe fundul bazinului mai ales în prima parte a bazinului.

Decantoarele radiale

Decantoarele radiale sunt construcŃii circulare cu diametre mari de până la 60 m. Intrarea apei brute se face prin centrul bazinului, iar evacuarea apei radial pe la marginea bazinului. În aceste decantoare apa circulă radial dinspre axa decantorului spre exterior. În figura 8. este prezentată schema constructivă a unui astfel de decantor.

Aceste tipuri de decantoare sunt frecvent folosite ca urmare a faptului că sunt mai compacte şi asigură o mai bună utilizare a terenului. Dimensionarea se face funcŃie de viteza de depunere a suspensiilor şi care de regulă se stabileşte experimental. La dimensionare se porneşte de la stabilirea timpului de sedimentare T:

[sec]u

hT =

În formula de mai sus avem următoarele notaŃii : h – adâncimea apei la ieşirea din decantor (de obicei 1,5 – 3 m); u – viteza de sedimentare a suspensiilor [m / sec].


- 11 -

Fig.8. Schema de principiu al unui decantor radial.

1– admisia apei brute; 2. – deflector de distribuŃie a apei; 3.- evacuare apă decantată 4.– rigolă pentru colectare corpuri, plutitoare; 5.- raclor cu lame; 6.- conductă evacuare nămol.

După stabilirea timpului de sedimentare, se determină volumul util al decantorului “V “ cu relaŃia :

TQV .= [m3] În formula de mai sus avem următoarele notaŃii: Q – debitul apei brute [m3 / sec] T – timpul de sedimentare [sec]. În funcŃie de aceste elemente de bază se determină şi celelalte elemente constructive ale decantorului, cu

următoarele precizări: diametru maxim este de 60 m, iar raportul dintre diametru maxim şi adâncimea maximă (la centrul bazinului) nu trebuie să depăşească valoarea 6.

Decantoarele verticale

Decantoarele verticale sunt construcŃii cilindrice verticale în care apa circulă ascendent, schimbându-şi direcŃia de deplasare, astfel că particulele sub acŃiunea gravitaŃiei şi a inerŃiei se depun la partea inferioară.

Evacuarea apei se face pe la partea superioară a instalaŃiei. Aceste tipuri de decantoare se utilizează acolo unde nu este spaŃiu suficient pentru amplasarea decantoarelor orizontale sau radiale şi de regulă sunt utilizate pentru debite relativ mici de apă, până la maximum 15.000 m3/zi.

Apa intră în decantor printr-o conductă într-un tub cilindric central pe la partea superioară, parcurge

spaŃiul din tubul central de sus în jos şi ajunge în bazinul de decantare, unde viteza apei scade foarte mult, sub nivelul vitezei de decantare a particulelor aflate în suspensie în apă. Apa are apoi un traseu ascendent, iar apa limpezită este evacuată pe la partea superioară a bazinului, unde există un jgheab circular periferic de colectare a apei limpezite. În figura 9. este prezentată schema constructivă a unui bazin de decantare vertical.

Fig. 9. Schema de principiu al unui decantor vertical.

1.– admisia apei; 2.- evacuare apă decantată; 3.- jgheab colector apă decantată; 4.- evacuarea


- 12 -

nămolului decantat; 5.- cilindru central al decantorului; 6.- depuneri de nămol. Dimensionarea decantorului se face pornind de la secŃiunea, respectiv diametru decantorului :

v

QS =

În formula de mai sus avem următoarele notaŃii: S - suprafaŃa orizontală a decantorului (respectiv a spaŃiului inelar); Q – debitul apei pentru decantare; v – viteza ascensională a apei; Se recomandă ca diametrul decantorului să nu depăşească 8 m. Viteza ascensională a apei în decantor

se stabileşte în funcŃie de viteza de sedimentare a particulelor “u“, care se determină experimental. Viteza ascensională a apei “v” se stabileşte în funcŃie de viteza de decantare a particulelor, cu ajutorul formulei :

a

uv =

În care “a” este un coeficient ce Ńine seama de neuniformitatea repartiŃiei vitezei ascensionale a apei şi are valorile cuprinse între 1,5 şi 3, funcŃie de raportul D/H a decantorului. Coeficientul creşte o dată cu creşterea raportului D/H. Raportul D/H se recomandă să fie cuprins între 1,5 şi 3. Pentru raportul D/H cuprins între 1,5 şi 2 se recomandă ca „a“ să aibă valoarea 1,5.

In cazul lipsei datelor experimentale pentru dimensionări preliminare, la viteze ascensionale a apei sub 0,5mm/sec, secŃiunea cilindrului central S1 prin care apa este introdusă în decantor se calculează cu relaŃia :

11 v

QS =

În formula de mai sus avem următoarele notaŃii: v1 – viteza apei în cilindrul central, care de regulă este de 0,2 m/sec. ÎnălŃimea decantorului H se determină cu formula: vTH .= [m] În formula de mai sus avem următoarele notaŃii: T – durata decantării în ore ( se poate estima 2 – 3 ore ) Datele experimentale au arătat ca înălŃimea maximă a unui decantor vertical (H) nu trebuie să

depăşească 6 m, iar înălŃimea economică este de 4 m. Partea inferioară a decantorului are o înclinare de 40 – 45°. Diametrul conductei pentru evacuarea depunerilor trebuie să fie de el puŃin 150 mm.

Fig.10. ConstrucŃia şi dimensiunea unui decantor vertical


- 13 -

Decantarea apei cu utilizarea de coagulanŃi

Pentru a avea loc o mai bună decantare a suspensiilor foarte fine este necesară utilizarea de diferite substanŃe care să asigure o aglomerare a substanŃelor aflate în suspensie în apă. Pentru o creştere a eficacităŃii procesului de coagulare este necesară desfăşurarea unei reacŃii între soluŃia de coagulant şi apa brută şi pentru aceasta sunt necesare bazine de reacŃie în care apa să se amestece timp de 5 – 30 minute cu soluŃia de coagulant sau cu coagulantul praf. În aceste bazine de reacŃie, în urma proceselor ce se desfăşoară între coagulant şi particulele aflate în suspensie în apă se formează flocoane (fulgi), care sunt aglomerări de particule fine şi care au în general diametrele cuprinse între 0,3 – 0,6 mm.

Viteza de circulaŃie a apei în bazinul de reacŃie trebuie să fie suficient de mare pentru a menŃine în suspensie “fulgii” formaŃi, dar fără să-i distrugă. Timpul de formare a acestor fulgi poate fi redus, dacă se realizează o uşoară agitare a apei.

Cele mai utilizate tipuri de bazine de reacŃie sunt cele compartimentate, în care se mişcă paletele unor turbine care realizează dirijarea curentului de apă şi creează o agitare medie a apei.

În aceste bazine de reacŃie viteza apei este de 0,2 – 0,3 m/sec., iar durata procesului este de 15 – 30 minute.

Decantoare suspensionale

Aceste decantoare sunt numite astfel pentru că, depunerile sunt menŃinute în stare de suspensie, formând un “strat filtrant” prin care trece apa brută. Apa brută trecând cu viteză mică prin acest strat filtrant reuşeşte să scape de particulele însoŃitoare, care sunt reŃinute în stratul filtrant. Problema cea mai delicată la aceste tipuri de decantoare este stabilirea vitezei optime de deplasare pe verticală a apei, astfel încât să se menŃină particulele în suspensie la suprafaŃa apei fără a fi antrenate spre evacuare o dată cu apa decantată..

2.5. Filtrarea apei Filtrarea apei este operaŃia finală a procesului de limpezire a apei. Tehnic vorbind filtrarea înseamnă

trecerea apei printr-un corp poros: nisip, roci măcinate, antracit granulat, granule de cărbune activ etc. de o anumită compoziŃie granulometrică, în scopul reŃinerii particulelor aflate în suspensie naturală sau particulele sunt în suspensie în urma unui proces artificial de coagulare.

Mecanismul filtrării este unul complex şi este cumulul următoarelor efecte: • efectul de sită; • reactivitatea chimică a suprafeŃei granulei de nisip fată de suspensii; • reactivitatea fizică a suprafaŃa granulei de nisip în raport cu suspensiile prezente în apă; • sedimentarea suspensiilor sub efectul gravitaŃiei şi a vitezei mici de deplasare a apei; • adeziunea, lipirea particulelor noi de cele deja sedimentate

Cel mai important fenomen ce contribuie preponderent la filtrarea apei este fenomenul fizic ce are la bază

pe acŃiunea forŃelor electrostatice. Elementele de bază de care depinde calitatea procesului de filtrare sunt următoarele: • caracteristicile apei de filtrat; • caracteristicile stratului filtrant; • viteza de filtrare; • presiunea apei la nivelul stratului filtrant.

Trebuie menŃionat faptul că pe măsură ce suspensiile sunt reŃinute de către filtru, acestuia îi scade

permeabilitatea, respectiv se colmatează, astfel că în timp caracteristicile de filtrare scad. Această colmatare se exprimă prin pierderea de sarcină a filtrului, care reprezintă diferenŃa de presiune dintre punctele de intrare şi de ieşire a apei din filtru.

Caracteristicile apei ce trebuie filtrată este elementul primordial pentru calitatea apei filtrate. Este cunoscut faptul că o apă brută nu poate fi caracterizată din punct de al filtrabilităŃii, deocamdată, numai prin caracterizarea turbidităŃii sale, sau a transparenŃei. Există şi alŃi factori care influenŃează în mare măsură


- 14 -

procesul de filtrare, aceşti factori sunt : • potenŃialul sarcinilor electrostatice ale coloizilor din apă (potenŃial denumit „zeta”) • starea de coeziune a substanŃelor ce formează flocoanele din apă şi puterea de fixare a acestor

substanŃe şi a flocoanelor pe particulele stratului filtrant; • temperatura apei; • natura substanŃelor prezente în apă.

Trebuie menŃionat faptul că, cu cât apa conŃine mai multe substanŃe în suspensie cu atât mai des trebuie

să se procedeze la spălarea şi curăŃirea stratului de filtrare, sau înlocuirea lui, fapt ce duce la creşterea cheltuielilor de întreŃinere a instalaŃiilor şi deci şi a costurilor cu procesarea apei. In general astăzi se admite un maxim de conŃinut de substanŃe în suspensie în apă de 30 mg/l.

Datele practice au arătat că o influenŃă majoră asupra procesului de filtrare o are procesul de coagulare şi de decantare, chiar mai mare decât cea a compoziŃiei granulometrice a filtrului. Orice strat filtrant este caracterizat prin : • materialul filtrului; • compoziŃia granulometrică a filtrului; • grosimea stratului filtrant.

Cel mai utilizat material pentru stratul filtrant este nisipul cuarŃos, ce conŃine peste 98 % cristale de nisip

cuarŃos şi maximum 0,5 % substanŃe organice. Pentru cazuri deosebite se pot folosi şi alte materiale, cum sunt: antracit granule, dolomita granulată, marmura granulată, cocsul concasat, precum şi kiselgurul măcinat (rocă sedimentară silicioasă). În ceea ce priveşte compoziŃia granulometrică şi grosimea stratului filtrant, acestea sunt în directă corelaŃie, în sensul că folosirea unui nisip cuarŃos mai fin impune un strat mai subŃire filtrant, dar pierderea de sarcină este mai accentuată după o perioadă mai scurtă de folosire şi ca urmare trebuie să crească frecvenŃa de spălare a elementului filtrant. In schimb folosirea unui nisip cu o granulaŃie mai mare impune un strat mult mai gros al stratului filtrant, acest lucru impune un spaŃiu mai mare al instalaŃiei de filtrare, deci o investiŃie mai scumpă şi o cantitate mai mare de apă pentru spălarea filtrului.

Elementul principal ce caracterizează un element filtrant este filtrabilitatea, notată cu „I”, ce reprezintă uşurinŃa cu care apa trece prin elementul filtrant şi este inversul coeficientului de filtrabilitate, respectiv:

kFI

1=

Coeficient de filtrabilitate este definit de următoarea expresie :

0

1..10.1

p

ph

VFk ∆

∆=

În formula de mai sus avem următoarele notaŃii: V este volumul de apă ce a trecut prin elementul filtrant;

1p∆ este pierderea de presiune după trecerea volumului V de apă prin elementul filtrant ca urmare a colmatării filtrului cu suspensiile reŃinute de filtru;

0p∆ este pierderea iniŃială de presiune a filtrului. Cu cât coeficientul de filtrabilitate este mai mare cu atât procesul de filtrare a apei va fi mai dificil de

realizat. Acest indice este utilizat frecvent în toate staŃiile destinate tratării apelor, pentru că ne poate da indicaŃii în ceea ce priveşte starea de colmatare a filtrului şi astfel se pot planifica din timp momentul la care trebuiesc spălate filtrele.

Un alt element de bază ce caracterizează un element filtrant este viteza de filtrare ce se defineşte ca fiind raportul dintre debitul filtrant şi secŃiunea de scurgere totală (aparentă) a filtrului, pe direcŃia normală de deplasare a apei. Este de fapt o viteză aparentă, pentru că practic nu se Ńine seama de spaŃiul ocupat de granulele de nisip din secŃiunea de filtrare.

Viteza de filtrare este un element ce influenŃează durata de funcŃionare a unui filtru până la curăŃire,


- 15 -

respectiv aşa numitul ciclu de funcŃionare a filtrului notat “ T “ şi care are următoarea expresie : 65,1.UCT =

În formula de mai sus avem următoarele notaŃii:

C este un parametru caracteristic apei şi elementului filtrant ; U este viteza de filtrare.

Viteza de filtrare este diferită funcŃie de tipul sistemului de filtrare şi constituie un mod de clasificare a filtrelor, astfel avem următoarele tipuri de filtre: • Filtre lente – cu viteza de filtrare cuprinsă între 3 – 10 m/zi; cu viteze de: 10 – 20 m/zi la prefiltre şi cu

viteze de 20 – 30 m/zi în cazul filtrelor degrosisoare; • Filtre rapide deschise – se admite viteza de filtrare cuprinsă între 5 – 25 m/h; • Filtre rapide sub presiune – se admite viteza de filtrare cuprinsă între 4 –12 m/h.

2.6. Tipuri de instalaŃii de filtrare

Filtrele sunt de o mare diversitate, dar se pot clasifica după mai multe criterii, dintre care amintim:

• După viteza de filtrare : filtre lente, rapide şi ultrarapide ; • După compoziŃia granulometrică a stratului filtrant şi a numărului de sorturi de material granular: filtre cu

sort unic de granule (monogranular ), filtre cu straturi multiple de material (din acelaşi material, dar cu granulaŃii diferite), filtre cu două straturi de materiale diferite;

• După sensul filtrării apei: filtre normale cu sens de parcurgere descendent, filtre de contact cu filtrare cu curent ascendent, filtru cu dublu sens de filtrare;

• După modul de spălare: cu spălare cu apă, cu spălare cu apă şi aer; cu spălare manuală, cu spălare automată, cu spălare permanentă;

• După presiunea de lucru: filtre deschise ( fără presiune) şi filtre sub presiune; • După scopul tehnologic al filtrului: pentru limpezirea apei, pentru deferitizarea apei, pentru

demanganizarea apei, filtre cu cărbune activ pentru ape cu destinaŃii speciale etc. Filtrele lente sunt cele mai simple construcŃii şi au în componenŃă următoarele:

• Un rezervor de apă, de regulă plasat mai sus decât elementul filtrant, având rolul de a asigura o presiune constantă a apei deasupra materialului filtrant. ÎnălŃime de plasare a rezervorului trebuie să fie suficient de mare pentru a asigura astfel presiunea necesară pătrunderii apei prin filtru;

• Un strat filtrant de obicei constituit din nisip cuarŃos; • Un sistem de vane pentru reglarea debitului apei. Se poate regla nivelul apei în filtru, dar se şi închide

apa atunci când se curăŃă filtrul.

Elementele componente ale unui filtru sunt de regulă reunite în aceeaşi construcŃie, care poate fi acoperită sau nu. Bazinul de lucru este o construcŃie din beton armat, de formă dreptunghiulară, cu o adâncime de 2,5–4 m, de regulă sub nivelul solului. Pe fundul bazinului se găseşte sistemul de drenaj, care poate fi constituit dintr-un beton poros, sau un altfel de dren, respectiv conducte cu diuze speciale, pe care se aşează pietriş de diferite granulaŃii, peste care se aşează stratul de nisip cuarŃos de o înălŃime de 0,6 – 1,2 m, care de altfel este elementul filtrant. Stratul de apă aflat deasupra filtrului are o înălŃime de 1,0 – 1,5 m.

Mecanismul procesului de filtrare este mai complex decât se pare la prima vedere. Apa staŃionează deasupra filtrului lent între 3 şi 12 ore. Cele mai grele particule aflate în suspensie încep să se sedimenteze, iar cele mai mici şi mai uşoare se aglomerează. PrezenŃa oxigenului în apă facilitează oxigenarea substanŃelor organice. Cu timpul pe suprafaŃa nisipului din stratul filtrant, se formează o peliculă subŃire de origine organică numită membrană biologică sau membrană filtrantă, pe care apa trebuie să o traverseze pentru a ajunge la stratul filtrant de nisip. Această membrană biologică este compusă din alge microscopice şi numeroase forme de organisme vii. Este un strat foarte activ care digeră şi dezagregă materiile organice aflate în apă, contribuind astfel la distrugerea substanŃelor organice din apă. În continuare apa străbate foarte lent, pe


- 16 -

parcursul a câteva ore, stratul de nisip ce formează filtru, trecând foarte greu prin spaŃiile intergranulare. Dispunând de proprietatea de adsorŃie fizică, bazată pe forŃele electrostatice, forŃe de natură chimică şi de atracŃie de masă. Pentru a putea aprecia mărimea mare a suprafeŃei de adsorŃie, precizăm faptul că un metru cub de nisip folosit în filtre are o suprafaŃă de contact cu apa de 15.000 m2 (1,5ha). Între granulele de nisip se formează micro–spaŃii, care constituie bazine de decantare a impurităŃilor, respectiv zone de decantare a sedimentelor.

Filtrele rapide au viteze mai mari de deplasare a apei, între 5 şi 25 m/h. Datorită vitezei mari a apei particulele aflate în suspensie în apa brută, pătrund în profunzime în stratul filtrant şi ca urmare stratul biologic nu se mai poate forma, iar filtrul se poate colmata într-o perioadă de timp relativ scurtă de circa 50 ore, fapt ce impune spălarea filtrului foarte frecvent. De asemenea la aceste tipuri de filtre nu se mai produce acea distrugere a substanŃelor organice de către pelicula biologică şi ca urmare apa rezultată din aceste filtre trebuie dezinfectată prin procese chimice sau fizice.

Spălarea filtrelor este necesară pentru refacerea capacităŃii de filtrare. Această operaŃie se efectuează atunci când avem o valoare minimă a vitezei de filtrare, respectiv a debitului apei sau când se constată o creştere a turbidităŃii apei filtrate.

În cazul exploatării staŃiilor de filtrare, se foloseşte ca şi criteriu pentru aprecierea momentului necesar pentru a se trece la spălarea filtrului de nisip nivelul pierderii de sarcină pe stratul de nisip.

Cea mai utilizată metodă pentru spălarea filtrelor colmatate, este cea care utilizează spălarea filtrului în contracurent cu apă şi aer sub presiune, mai ales în cazul filtrelor rapide.

2.7. Dezinfectarea apei

Procesul de filtrare reduce numărului de bacterii conŃinute în apă, fără însă a duce apa în limitele de

potabilitate din punct de vedere bacteriologic, mai ales în cazul filtrelor rapide. Pentru a aduce apa la un grad de puritate cerut de normele igienico–sanitare, este necesară

dezinfectarea acesteia. Dezinfectarea se poate face prin următoarele procedee : • Fizice ( căldură, electricitate, ultraviolete ); • Chimice ( oxidare cu clor, oxidare cu ozon ); • Oligodinamice ( cu ioni metalici, argint, cupru ).

Cea mai utilizată metodă pentru dezinfectarea apei este

cea ce utilizează clorul, procedeul numindu-se clorinarea sau clorurarea apei. Este de altfel şi cea mai economică metodă.

Dezinfectarea apei potabile este obligatorie atunci când apa provine din surse subterane de mică adâncime (puŃuri şi izvoare) sau din apele de suprafaŃă, fie că sunt râuri sau lacuri.

Dezinfectarea cu clor Dezinfectarea cu clor este cel mai utilizat procedeu în

prezent. In figura 11. este prezentată o instalaŃie de dozare a clorului în vederea formării amestecului concentrat de apa cu clor.

Fig. 11. Schema de funcŃionare unei instalaŃii de clorurare cu sistem de reglare cu vacuum

Procesul de clorurarea a apei se poate realizează cu clor gazos la presiune atmosferică şi la o

temperatură de 33 °C, folosindu-se butelii cu clor lichefiat pentru debite mari de ape potabile sau se pot utiliza instalaŃii la care obŃinerea clorului se face prin descompunerea unei soluŃii de NaCl prin electroliză.


- 17 -

In general tehnologia de clorurare a apei se face în două etape. In prima etapă se face un amestec concentrat de apa şi clor, iar acest amestec este introdus într-o camera de amestec cu restul apei ce trebuie dezinfectată

Clorul dezinfectează apa prin oxidarea substanŃelor organice şi a bacteriilor de către oxigenul aflat în stare atomică care rezultă în urma reacŃiei dintre clor şi apă, când se formează acidul hipocloros, care este un compus instabil şi care se descompune mai departe în acid clorhidric şi oxigen :

Cl2 + H2 O. HOCl + HCl HOCl HCl + O Oxigenul atomic este foarte activ şi realizează oxidarea tuturor substanŃelor organice din apă inclusiv a

microorganismelor din apa pe care le distruge. Necesarului de clor se stabileşte pe baza cantităŃii totale de substanŃe organice, microorganisme şi alte

substanŃe anorganice oxidabile.

Dezinfectarea cu ozon Ozonarea apei constă în trecerea prin apă a unui curent de aer ozonat, respectiv un aer în care oxigenul

a fost transformat sub acŃiunea unei descărcări electrice din oxigen biatomic în oxigen triatomic. O2 + energie 2 O O + O2 O3 Ozonul este un agent oxidant puternic care oxidează substanŃele care în mod normal nu reacŃionează cu

oxigenul molecular. Puterea de oxidare a ozonului se datorează reacŃiei de descompunere a ozonului cu eliberarea oxigenului atomic :

O3 O2 + O Trebuie remarcat faptul că ozonul este un puternic oxidant şi dezinfectant şi îmbunătăŃeşte gustul şi

mirosul apei.

InstalaŃii de ozonizare a apei. Ozonul se obŃine trecând un curent de aer curat şi uscat printre doi electrozi legaŃi la înaltă tensiune

(10.000 – 20.000 VolŃi), între care se produc descărcări electrice. Energia consumată pentru producerea a un gram de O3 este de circa 25 – 30 Wh, iar pentru a dezinfecta 1 m3 de apă filtrată este necesară o cantitate de 0,52 grame de ozon.

Apa astfel dezinfectată conŃine ozon în exces timp mai îndelungat, circa 5 minute la temperaturi de 25 – 20 °C şi până la 10 minute la temperaturi mai scăzute. La dimensionarea instalaŃiei ozonare se porneşte de la faptul că doar 70 % din ozonul produs se solubilizează în apă restul se pierde în atmosferă.

InstalaŃiile de producere a aerului ozonat sunt construcŃii relativ simple, elementele de bază sunt electrozii speciali şi transformatorul de înaltă tensiune. În Ńările puternic dezvoltate astfel de instalaŃii de tratare a apelor potabile cu ozon sunt frecvente, ele având avantajul că elimină total mirosul neplăcut al apelor stătătoare şi îmbunătăŃeşte gustul apei

Dezinfectarea cu raze ultraviolete

Razele ultraviolete au o acŃiune antibacteriană. Ultravioletele acŃionează numai pe o adâncime a apei de 15 – 20 cm, în condiŃiile în care apa este perfect clară. Consumul de energie este de 0,03 – 0,08 kWh pe metru cub de apă. Producerea razelor ultraviolete se realizează de către lămpi cu cuarŃ şi vapori de mercur aşezate în serie. Acest sistem de dezinfectare a apei este costisitor şi nesigur şi ca urmare foarte puŃin folosit.

2.8. Tratamente speciale aplicate apelor

În cazuri deosebite când apa are un anumit gust sau miros neplăcut, când apa conŃine săruri în cantitate mare sau gaze dizolvate şi domeniul de utilizare a apei nu acceptă o astfel de apă, se pot aplica tehnologii speciale pentru îndepărtarea acestora.


- 18 -

In primul rând aceste tehnologii se aplica unor ape minerale (spre exemplu deferitizarea), dar se poate aplica şi chiar se recomandă atunci când apa conŃine cantităŃi mari de substanŃe minerale, substanŃe radioactive, uleiuri, fenoli, materii organice, resturi vegetale etc, sau când apa are destinaŃii speciale cum ar fi industria alimentara, a berii etc.

OperaŃia de corectare a proprietăŃilor fizice, chimice şi organoleptice ale apei ape rolul de a îmbunătăŃii calitatea apei. OperaŃiile sunt diferite funcŃie de scopul în care este tratată apa.

Dacă avem de a face cu potabilizare a apei, atunci avem următoarele tratamente posibile: • eliminarea gustului, a mirosului neplăcut şi schimbarea culorii apei; • îndepărtarea substanŃelor organice; • deferitizarea şi demineralizarea; • corectarea durităŃii apei; • fluorizarea; • reducerea elementelor radioactive.

Dacă avem nevoie de o apă industrială, atunci se aplică următoarele tratamente : • reducerea durităŃii apei; • eliminarea uleiurilor şi fenolilor din apele recirculate; • îndepărtarea algelor şi a materiilor organice; • reducerea temperaturii apei recirculate.

Eliminarea gustului şi mirosului apei şi decolorarea ei

Gustul şi mirosul neplăcut al apei se datorează de cele mai multe ori anumitor substanŃe produse de algele ce se dezvoltă în apă sau este rezultatul descompunerii unor substanŃe organice. De asemenea gustul apei poate fi deteriorat şi de prezenŃa unor compuşi chimici ai zincului, cuprului, fierului dau manganului. În alte cazuri şi lipsa sărurilor din apă poate duce prin duritatea mică (0 – 4 grade) a apei la un gust neplăcut, în care caz duritatea apei poate fi mărită prin adaos de sulfat de sodiu (NaSO4) sau carbonat de sodiu (NaCO3).

Tratamentele ce se aplică în acest caz sunt următoarele: • aerarea apei ; • supraclorinarea ; • tratament cu permanganat de potasiu ; • filtrarea prin filtre de cărbune activ.

Eliminarea gazelor din apă.

Sunt destul de rare cazurile când apa conŃine anumite gaze dizolvate, care înrăutăŃesc calitatea apei şi în acelaşi timp imprimă un caracter acid apei, astfel că apa devine agresivă sub aspect chimic. Aceste gaze sunt în principal CO2, H2S, sau oxigen. Eliminarea acestor gaze se realizează prin procedee fizice, respectiv aerare sau vidare, sau prin tratare chimică.

OperaŃia de aerare se realizează în special prin două procedee: • prin insuflarea de aer în interiorul apei; • prin mărirea suprafeŃei de contact aer – apă.

Injectarea de aer în masa apei se poate realiza prin conducte introduse în apă având la capete injectoare

sau plăci poroase, sau se poate introduce aer în apă printr-o agitare puternică a apei cu ajutorul unor turbine sau agitatoare.

Mărirea suprafeŃei de contact apă–aer se realizează printr-o pulverizare fină a apei, care se realizează prin intermediul unor instalaŃii speciale, cum sunt pulverizatoare tip Sprinkler, instalaŃii de barbotare prin masă de contact, prin instalaŃii de picurare prin cascadă, sau insuflare de aer comprimat.

Reducerea cantităŃii de CO2 din apă se poate realiza fie printr-o pulverizare fină a apei, fie printr-o filtrare a apei printr-un strat de marmoră măcinată (carbonat de calciu) când dioxidul de carbon reacŃionează cu carbonatul de calciu, rezultând bicarbonat de calciu. Procedeul de filtrare se poate aplica în condiŃiile în care apa nu conŃine săruri ale fierului sau manganului, care ar reacŃiona cu materialul filtrului.


- 19 -

Deferitizarea şi demanganizarea apei Apa potabilă conŃine în multe cazuri fier. Aceasta în cantitate mică nu dăunează sănătăŃii, dar imprimă

apei un gust metalic şi dă o culoare galben – roşcată apei. PrezenŃa fierului în apă este de nedorit şi în cazul când apa se foloseşte la fabricarea celulozei şi hârtiei sau a berii.

Metoda utilizată la reŃinerea fierului din apă constă în principiu în aerarea intensă a apei, ce asigură oxidarea compuşilor de tipul bicarbonaŃilor şi sulfaŃilor de fier solubili în apă până la nivelul unor compuşi insolubili, care vor fi reŃinuŃi uşor prin decantare şi filtrare.

În ceea ce priveşte demanganizarea apei, se poate afirma că o parte din compuşii manganului se pot elimina o dată cu eliminarea compuşilor fierului, dar unii compuşi ai manganului sunt greu de eliminat şi implică un tratament special de natură chimică: tratare cu var, ozonare, tratare chimică, urmată de o filtrare, utilizând un filtru impregnat cu dioxid de mangan.

Eliminarea oxigenului din apă

Oxigenul în apele de suprafaŃă este de dorit să fie dizolvat în cantitate cât mai mare, dar la utilizare în diverse instalaŃii şi conducte metalice prezintă o acŃiune corozivă asupra instalaŃiilor prin care circulă apa, în special când se lucrează la temperaturi şi presiuni ridicate. O parte din oxigen se elimină prin metode fizice, prin încălzirea apei la presiuni scăzute sau chiar la presiunea atmosferică, când scade solubilitatea oxigenului în apă şi astfel oxigenul este eliminat din apă. Când apa este utilizată în cazane sub presiune este nevoie ca oxigenul să fie eliminat în totalitate, pentru că în caz contrar corodează rapid tabla cazanului.

Din aceste considerent se aplică un tratament chimic apei prin utilizarea de sulfit de sodiu, care reacŃionează cu oxigenul din apă, formând sulfat de sodiu, conform reacŃiei:

2 Na2 SO3 + O2 2 Na2 SO4

Reducerea durităŃii apei Dedurizarea apei este un proces specific tratării apei, atunci când apa se utilizează ca apă tehnologică în

unele instalaŃii industriale sau ca agent termic. Există două tipuri de duritate şi anume:

� Duritate temporară Dt; � Duritate permanentă Dp.

Duritatea temporară este dată de bicarbonaŃii de calciu şi magneziu, solubili în apă şi care prin încălzire

peste 100 °C se descompun în carbonaŃi insolubili în apă şi se degajă CO2. Duritatea permanentă a apei este dată de suma sărurilor de calciu şi magneziu ale acizilor tari din

categoria CaCl2, CaSO4, MgCl2, MgSO4. Suma durităŃii temporare şi a durităŃii permanente constituie duritatea totală:

D = Dt + Dp Pentru exprimarea cantitativă a durităŃii apei se foloseşte gradul de duritate. ConvenŃional se consideră

că un grad de duritate corespunde la un conŃinut de săruri de calciu şi magneziu echivalent de 10 mg/l apă (STAS 3026 – 62). Conform acestui principiu, apele sub aspectul durităŃii se clasifică astfel:

• duritate foarte mică D sub 5 grade; • duritate mică D cuprins între 5 şi 10 grade; • duritate medie D cuprins între 10 şi 20 grade; • duritate mare D cuprins între 20 şi 30 grade; • duritate foarte mare D are valoare peste 30 grade.

Pentru dedurizarea apei se pot folosi reactivi chimici, filtre cu mase cationice, se poate fierbe apa sau se

aplică metode combinate. Prin dedurizare cu reactivi chimici se poate coborâ nivelul durităŃii apei până la 4 – 5 grade. Se utilizează

ca reactivi varul sau soda, respectiv Ca(OH) şi Na2 CO3. Aceşti compuşi reacŃionează cu sărurile din apă. În urma acestor reacŃii rezultă compuşi insolubili.

În cazul când se doreşte o dedurizare mult mai înaintată a apei se procedează la dedurizarea prin schimb


- 20 -

ionic. Schimbătorii de ioni sunt substanŃe solide, insolubile care au capacitatea de a reŃine din soluŃii anumiŃi ioni şi de a ceda alŃii. După felul ionilor de schimb avem două grupe de schimbători: • cationiŃi, adică schimbători de cationi; • anioniŃi, adică schimbători de anioni .

In prezent se folosesc tot mai mult pentru dedurizarea apei schimbători de ioni organici, care sunt răşini

sintetice. MenŃionăm faptul că, înainte de distribuirea apei în reŃea sau în rezervorul central se impune în mod obligatoriu un control al calităŃii apei potabile în conformitate cu standardele şi normativele aprobate şi numai în cazul în care apa corespunde sub aspectul tuturor caracteristicilor, atunci apa poate fi distribuită consumatorilor.

Un sistem de alimentare cu apă este un complex de...

Documents

Transcript of Un sistem de alimentare cu apă este un complex de...