Apa în industria alimentară. Surse de apă şi alimentarea cu apă

C A P I T O L U L I

APA ÎN INDUSTRIA ALIMENTARĂ

O aprovizionare cu apă de calitate corespunzătoare este o cerinţă esenţială

fără de care nu se pot desfăşura procesele tehnologice din industria alimentară.

Nu există o ramură a industriei alimentare care să nu înregistreze un consum

important de apă, fie ca materie primă, fie pentru diverse utilităţi.

1.1. Surse de apă şi alimentarea cu apă

1.1.1. Surse de apă

În funcţie de forma sub care se prezintă apa în natură, se deosebesc

următoarele categorii de surse de apă: ape subterane, ape de suprafaţă, ape

meteorice (atmosferice) şi ape sărate.

1.1.1.1. Apele subterane

Rezervele de apă subterană s-au format din apa metorică care s-a infiltrat

prin straturile permeabile de sol, până când a fost oprită de un strat impermeabil.

În funcţie de adâncimea la care se găsesc (s-au acumulat) sursele de apă

subterană se împart în surse de adâncime şi surse freatice.

Sursele de apă de adâncime s-au menţinut constante de-a lungul

timpului şi prezintă anumite avantaje importante:

- debitul apelor subterane este aproximativ constant;

8

Apa în industria alimentară. Surse de apă şi alimentarea cu apă

- au temperatură constantă;

- proprietăţile fizico-chimice sunt aproximativ constante;

- substanţele poluante ajung foarte greu în aceste surse de apă din cauza

straturilor de sol impermeabil;

- au o valoare a mineralizării mai ridicată (conţinut mai mare de Fe, Mn,

Ca, Mg, nitraţi, sulfaţi, etc.);

- se află sub presiune, facilitând procedeele de aducere la suprafaţă.

Rezervele de apă de adâncime se pot găsi sub mai multe straturi

impermeabile pe care le-a parcurs în timp, datorită fisurilor acestora.

Pentru consumul uman şi cel din industria alimentară (când intră în

reţetarul unui produs alimentar) apele de adâncime sunt cele mai recomandate.

Sursele freatice de apă se găsesc la diferite adâncimi (1-20 m, în funcţie

de adâncimea primului strat impermeabil). Acestea s-au acumulat şi se

acumulează în funcţie de regimul precipitaţiilor din regiunea respectivă şi de

infiltraţiile ce pot avea loc în vecinătatea unor râuri, fluvii, lacuri, etc.

Cu toate că apa meteorică ajunge în apa freatică trecând prin mai multe

straturi de pământ, cu diferite permeabilităţi, asigurându-se o filtrare naturală,

sursele de apă freatică pot fi impurificate.

Impurificarea se poate produce în următoarele cazuri:

- apa din precipitaţii provine din ploi acide;

- apa din precipitaţii la nivelul solului se îmbogăţeşte în materii organice,

microorganisme, diferite elemente chimice;

- substanţele poluante din apele gospodăreşti şi industriale împreună cu

apa se infiltrează şi pătrund în apa freatică;

- adâncimea la care se găseşte apa freatică este mică;

- straturile de sol nu pot reţine substanţele poluante.

9

Apa în industria alimentară. Surse de apă şi alimentarea cu apă

Sursele de apă freatică prezintă variaţii mari de debit şi au proprietăţile

fizice, chimice şi biologice variabile în timp.

Sunt folosite pentru alimentări gospodăreşti cu apă, necesitând cheltuieli

mici de forare, dar se pot epuiza în timp, debitul lor depinzând de regmul

pluviometric, anotimp, etc.

1.1.1.2. Apele de suprafaţă

Sunt constituite din apele de adâncime care ies la suprafaţă sub formă de

izvoare şi de acumulările precipitaţiilor atmosferice.

După natura provenienţei acumulărilor de apă, sursele de suprafaţă se

clasifică în:

1. surse naturale:

- ape curgătoare;

- ape stătătoare;

- ape stagnate;

2. surse artificiale:

- acumulările artificiale de apă;

- canalele artificiale.

După durata de existenţă, avem:

- surse permanente (este în general o caracteristică a surselor naturale);

- surse nepermanente (caracteristică a surselor artificiale şi a surselor

naturale mici);

- surse accidentale (viituri, şiroaie).

Sursele de apă curgătoare sunt reprezentate de fluvii, râuri, pâraie,

torenţi, viituri şi şiroaie.

Caracteristicile apelor curgătoare sunt:

10

Apa în industria alimentară. Surse de apă şi alimentarea cu apă

- debitul variabil, care depinde de cantitatea de precipitaţii căzute, de

temperatura din regiunea străbătută şi de anotimp;

- proprietăţi organoleptice diferite, care depind de sursele de poluare şi de

natura terenului pe care-l străbat;

- proprietăţi fizice, chimice şi biologice variabile în intervale extrem de

largi, care depind de debit, precipitaţii, sursele de poluare, clima regiunilor

străbătute, natura terenului etc.

Temperatura variază între 0…….280C; turbiditatea foarte variabilă, sub

100 mg sediment/litru la apele de munte şi între 2500…….5000 mg

sediment/litru la cele de câmpie; mineralizarea este mai scăzută ca la apele

subterane, caracterizându-se ca ape moi.

Apele curgătoare conţin următoarele gaze: oxigen, azot, bioxid de carbon,

metan, hidrigen sulfurat, etc. Apele de munte, care au un curs turbulent conţin

mai mult oxigen decât cele de câmpie.

În general apele curgătoare conţin cantităţi mari de substanţe organice,

micoorganisme şi prezintă mari posibilităţi de împurificare cu substanţe

poluante datorită terenului pe care îl străbat şi deversările unor ape reziduale.

Apele curgătoare constituie o sursă de alimentare cu apă pentru consum

(uman, animal, vegetal, industrial), după ce în prealabil au fost tratate

corespunzător destinaţiei.

Sursele de apă stătătoare constituie surse importante de apă. Acestea

provin din acumulările de apă în depresiuni naturale, formând lacuri, mări şi

oceane.

Apa mărilor şi oceanelor, cu toate că reprezintă cea mai mare parte din

cantitatea de apă de pe glob, prezintă caracteristici aparte pentru care nu sunt

utilizate ca atare. Mineralizarea este de 25….35 g/l din care: 27…..28 g/l

reprezintă clorura de sodiu şi 7 g/l alte cloruri, carbonaţi şi sulfaţi de calciu şi

magneziu, săruri de brom, iod, potasiu, etc.

11

Apa în industria alimentară. Surse de apă şi alimentarea cu apă

În anumite regiuni ale globului, unde sursele de apă dulce sunt

nesemnificative, apa mărilor şi oceanelor poate fi utilizată după o prelucrare

corespunzătoare, dar costurile sunt ridicate.

Apa lacurilor naturale rămâne una din sursele accesibile, prezentând

următoarele caracteristici:

- variaţii mici de temperatură faţă de apele curgătoare;

- cantitate mică de suspensii;

- turbiditate mică;

- cantităţi mai reduse de substanţe organice şi microorganisme faţă de

apele curgătoare;

- procesele de autopurificare se desfăşoară mai rapid decât la apele

curgătoare;

- prezintă procese accentuate de dezvoltare a unor organisme care duc la

creşterea conţinutului de fier, mangan, substanţe organice, care îi conferă

gust şi miros neplăcut.

Apele stagnate au caracter temporar fiind rezultatul acumulărilor de

precipitaţii în depresiuni mici. În această categorie intră bălţile şi mlaştinile care,

nu prezintă interes, dar pot deveni surse de poluare biologică.

Acumulările artificiale de apă sunt reprezentate de lacurile de

acumulare, formate prin blocarea controlată a cursurilor unor ape curgătoare.

Aceste surse de apă prezintă avantaje din punct de vedere al debitului (mare şi

relativ constant), sunt folosite şi în alte scopuri (producerea energiei electrice),

calitatea poate fi uşor controlată şi corectată în funcţie de destinaţia ei.

Cursurile artificiale de apă sunt realizate prin devierea cursurilor

naturale ale apelor curgătoare sau provin din lacurile artificiale, prin realizarea

unor canale de aducţiune în zonele în care sunt necesare surse de apă.

1.1.1.3. Apa atmosferică (meteorică)

12

Apa în industria alimentară. Surse de apă şi alimentarea cu apă

Această sursă de apă este temporară şi depinde de regimul precipitaţiilor

din zona respectivă. Prin circulaţia apei în natură, vaporii proveniţi din diferite

surse (evaporaţia de la suprafaţa apelor, transpiraţia plantelor), condensează în

atmosferă revenind pe sol sub formă de precipitaţii (ploaie, zăpadă).

Având în vedere faptul că apa meteorică se impurifică în traseul

atmosferic prin încărcarea cu diferite substanţe organice şi minerale, calitatea

acesteia depinde de sursele de poluare din zona respectivă. De fapr precipitaţiile

constituie un fenomen de purufucare a aerului atmosferic.

1.1.2. Proprietăţile apei naturale

Calitatea apei reprezintă un ansamblu convenţional de valori ale unor

proprietăţi fizice, chimice şi biologice, care diferă de la o sursă la alta. Dintre

acestea doar unele proprietăţi sunt urmărite în aprecierea calităţii apei, prin

măsurători de laborator. Valorile admisibile sunt reglementate prin acte

normative specifice.

1.1.2.1. Proprietăţile senzoriale

Proprietăţile senzoriale sau organoleptice sunt reprezentate de gust şi

miros, fiind determinate cu organele de simţ ale omului.

Gustul apei este rezultatul prezenţei în aceasta a substanţelor minerale

dizolvate. Astfel apa poate avea gust sărat (datorat prezenţei clorurii de sodiu

sau sulfatului de sodiu), amar (datorat prezenţei clorurii sau sulfatului de

magneziu), dulceag (datorat prezenţei sulfatului de calciu), acru (datorat

prezenţei bicarbonatului sau clorurii de fier) sau acidulat (datorat prezenţei

bioxidului de carbon).

13

Apa în industria alimentară. Surse de apă şi alimentarea cu apă

Mirosul apei este determinat de prezenţa în aceasta a substanţelor

organice şi a microorganismelor vii de tipul algelor sau protozoarelor.

1.1.2.2. Proprietăţile fizice

Principalele proprietăţi fizice ce caracterizează apa şi care se determină

prin măsurători sunt culoarea, temperatura, turbiditatea, temperatura, conduc-

tivitatea electrică radioactivitatea şi reziduul fix.

Culoarea, care depinde de prezenţa în apă a următoarelor substanţe

dizolvate sau în stare coloidală: oxizi ferici, acizi humici, compuşi de mangan,

clorofilă, etc. Culoarea se determină prin comparaţia probei cu o soluţie etalon

de clorură de platină şi potasiu şi clorură de cobalt. Se exprimă în grade de

culoare (un grad culoare corespunde la 1 mg clorură de platină pe litru).

Culoarea variază de la o sursă de apă la alta, de la un anotimp la altul.

Temperatura se măsoară în grade Celsius şi variază în funcţie de sursă şi

anotimp. La apele de adâncime temperatura variază între 6…..12 0C, pe când la

cele de suprafaţă aceasta variază între 0…..26 0C.

Conductibilitatea electrică reprezintă proprietatea apei de a fi bună

conducătoare de electricitate. În laborator se măsoară rezistivitatea electrică a

apei (inversul conductibilităţii).

Radioactivitatea reprezintă proprietatea apei de a emite radiaţii

permanent (, , ). Acumularea emanaţiilor radioactive în apă depind de tipul

sursei (de adâncime, freatică, etc.), de natura straturilor de roci pe care le

străbate, de natura gazelor care se degajă din straturile subterane, etc.

Turbiditatea reprezintă raportul dintre cantitatea de material solid aflat

în suspensie într-o probă luată şi cantitatea de apă a probei respective. Se

exprimă în grade de tulbureală (un grad de tulbureală corespunde la 1mg de

silice fin pulverizată şi împrăştiată într-un litru de apă distilată-probă etalon).

14

Apa în industria alimentară. Surse de apă şi alimentarea cu apă

Reziduul fix reprezintă totalitatea substanţelor minerale şi organice din

apă. Determinarea acestei proprietăţi se face prin evaporarea la 105 0C a apei

dintr-o probă şi se cântăreşte reziduul. Se exprimă în mg/l.

1.1.2.3. Proprietăţile chimice

Reacţia apei este dată de raportul cantitativ dintre ionii de hidrogen (H+)

şi oxidril (OH-) aflaţi în apă la un moment dat. Pentru apa pură concentraţiile

celor două grupe de ioni sunt egale. Predominarea ionilor de hidrogen determină

caracterul acid al apei, iar predominarea ionilor de oxidril determină caracterul

bazic sau alcalin al apei.

Reacţia apei se exprimă prin indicele pH. Apa pură are pH=7,0 fiind

considerat punctul de neutralitate al scării pH-ului. Valorile extreme ale acestei

scări sunt valorile pH-ului atinse de soluţiile acide tari (valoarea pH=0,0) sau ale

soluţiilor bazelor tari (valoarea pH=14,0).

Creşterea reacţiei acide sau bazice a apei reprezintă o scădere a pH-ului

de la valoarea 7,0, respectiv o creştere a pH-ului peste valoarea 7,0. Creşterea

reacţiei acide a apei se datoreşte prezenţei în apă a bioxidului de carbon liber, a

acizilor minerali şi a sărurilor de acizi tari cu baze slabe, iar creşterea reacţiei

alcaline se datoreşte prezenţei în apă a ionilor de bicarbonat şi fosfat, limitele

excepţionale ale pH-ului fiind 6,6…..9,0.

Duritatea apei este dată de prezenţa în compoziţia sa a sărurilor de calciu

şi magneziu sub formă de carbonaţi, bicarbonaţi, cloruri, fosfaţi, sulfaţi.

Duritatea poate fi temporară, dată de carbonaţii şi bicarbonaţii de calciu şi

magneziu şi care poate fi eliminată prin fierbere. Duritatea permanentă este

determinată de celelalte săruri care nu dispar prin fierbere. Duritatea temporară

şi cea permanentă dau prin însumare duritatea totală a apei.

Duritatea se exprimă în grade (un grad reprezentând 10 mg oxid de calciu

şi magneziu la un litru de apă). Din punct de vedere al durităţii totale, exprimată

15

Apa în industria alimentară. Surse de apă şi alimentarea cu apă

în grade germane (corelaţia dintre gradele de duritate a apei sunt prezentate în

tabelul 1.1.), apele naturale se clasifică astfel: ape moi (1-8 grade), ape semidure

(8-12 grade), ape dure (12-30 grade) şi ape foarte dure (peste 30 grade).

Tabelul 1.1.

Corelaţia între gradele de duritate ale apei

10 german 10 francez 10 englez Mg/l CaO

10 german 1 1,79 1,25 10

10 francez 0,65 1 0,70 7

10 englez 0,80 1,43 1 8

Duritatea apei nu are o influenţă prea bine cunoscută asupra organismelor

(animale, oameni, plante), dar influenţează anumite procese tehnologice în

industria alimentară sau instalaţiile de transport prin conducte metalice şi

schimbătoarele de căldură, prin depunerea sărurilor pe pereţii lor.

1.1.2.4. Proprietăţile biologice

Caracteristicile biologice se referă în special la prezenţa în apă a

bacteriilor şi microorganismelor. Acestea pot proveni fie direct de la sursa de

apă sau de pe traseul de la sursă la utilizator.

Principalele categorii de microorganisme sunt:

- bacterii obişnuite care nu au influenţe asupra organismului;

- bacterii saprofite, provenite din surse de poluare cu dejecţii animale şi

indică prezenţa posibilă a bacilului febrei tifoide;

- bacteriile patogene, care duc la îmbolnăvirea organismelor animale;

- bacili coli, care însoţesc bacilul febrei tifoide şi care dau indicaţii asupra

impurificării apei cu ape de canalizare.

16

Apa în industria alimentară. Surse de apă şi alimentarea cu apă

Cunoaşterea valorilor admisibile a acestor proprietăţi este foarte

importantă, atât în folosinţele gospodăreşti şi industriale, cât mai ales în acele

folosinţe la care apa intră în reţeta unor produse alimentare. În tabelul 1.2. sunt

prezentate indicii de calitate pentru diverse categorii de ape.

Tabelul 1.2.

Indicatorii de calitate pentru diferite categorii de ape

Indicator U.M.A

pă

dist

ilat

ă

Apă

râu

Apă

lac

Apă

subt

eran

ă

Apă

pota

bilă

Apă

min

eral

ă

0 1 2 3 4 5 6 7

Temperatură 0C 20 18 13,8 14 19 15

Turbiditate Grd. SiO2 0 190 3,5 0,7 0 4

Culoare Mg Pt/l 0 17 35 0 0 0

pH - 5,6 7,85 6,95 7,7 7,7 5,8

Reziduu fix mg/l 15 325 124 429 235 2030

Suspensii mg/l 15 325 124 429 235 2030

Conductivi-

tate

S

20 488 231 593 348 3700

Alcalinitate

m

mval/l

0,15 3,25 1,55 8,15 206 28,70

Alcalinitate

p

mval/l

0 0,12 0 0 0 0

Duritate

totală

grade

0 11,65 4,70 11,96 8,40 54,10

Duritate

temporară

grade

0 9,18 4,34 11,96 5,77 54,10

Duritate grade

17

Apa în industria alimentară. Surse de apă şi alimentarea cu apă

permanentă 0 2,47 0,36 0 2,63 0

O2 dizolvat mg/l 1,80 8,96 9,66 1,26 7,20 -

Oxidabilitate mgKMNO4

/l

1,58 48,33 28,77 15,24 5,69 8,80

Tabelul 1.2. (continuare)

0 1 2 3 4 5 6 7

CCO-Cr mgO2/l 1,30 26,80 9,06 4,04 2,40 9,70

CBO5 mgO2/l 8,69 4,96 3,83 0,90 1,20 -

CO2 mg/l 0 0 7,37 8,80 6,60 2970

Ca mg/l 0 56 21 39 48 242

Mg2+ mg/l 0 17 8 28 7 88

Na++K+ mg/l 6 44 12 99 30 455

Fe2+ mg/l 0 0 0 0,720 0 0,010

Fe total mg/l 0 0,50 0,60 0,835 0,031 0,021

Mn mg/l 0 0,025 0,025 0,10 0 0

Cl- mg/l 4 46 8 11 37 365

SO42- mg/l 0 60 19 6 50 5

CO3 mg/l 0 7 0 0 0 0

NH4 mg/l 0,019 0,296 0,469 6,0 0,051 0,116

NO2 mg/l 0,003 0,03 0,10 0,004 0 0,016

NO3- mg/l 0 4,761 0,332 0,455 2,082 0,044

N total min. mg/l 0,016 1,314 0,443 5,125 0,510 0,105

PO43- mg/l 0,09 4,468 0,01 0,250 0,034 0

P total mg/l 0,037 0,660 0,023 0,360 0,013 0

SiO2 mg/l 0,14 0,9 0,60 1,56 1,50 2,10

H2S mg/l 0 0 0 3,2 0 0

Fenoli mg/l 0,0017 0,007 0 0 0,0086 0

18

Apa în industria alimentară. Surse de apă şi alimentarea cu apă

1.1.3. Alimentarea cu apă

Sistemul de alimentare cu apă cuprinde : instalaţiile pentru captarea apei

din sursele naturale, tratarea pentru corectarea caracteristicilor apei, înmagazina-

re şi distribuirea apei, cât şi construcţiile aferente. Instalaţiile de captare şi

staţiile de pompare se amplasează în vecinătatea sursei de apă, în urma studierii

atente a condiţiilor hidrogeologice, hidrochimice şi hidrobiologice.

În figura 1.1. este prezentată schema generală de alimentare cu apă a unei

întreprinderi, dintr-o sursă de suprafaţă. De menţionat că alimentarea cu apă a

unei întreprinderi de industrie alimentară se poate realiza conform unei

asemenea scheme sau a unei scheme din care pot lipsi o parte din instalaţii, în

funcţie de condiţiile hidrologice sau de situaţia locală (de exemplu racordarea la

sistemul de alimentare cu apă potabilă de la reţeaua publică)

Fig.1.1. Schema de alimentare cu apă din sursă de suprafaţă a unei întreprinderi: 1-

apă de suprafaţă; 2- staţie de pompare I; 3- desnisipator; 4- decantor; 5- rezervor de apă

decantată; 6- staţie de pompare II; 7- cunductă de refulare spre întreprindere; 8- spaţiu de

fabricaţie; 9- rezervor apă industrială; 10- utilaje din fluxul tehnologic; 11- instalaţie de

19

Apa în industria alimentară. Surse de apă şi alimentarea cu apă

condensare; 12- staţie de pompare din întreprindere; 13- turn de răcire; 14- rezervor apă

răcită; 15- spre canalizare.

În cazul apelor de suprafaţă, o bună localizare a prizei de captare este un

golf sau un loc în care cursul apei este liniştit, dar suficient de adânc pentru ca

posibilitatea de sedimentare să fie mică. Apa captată este transportată

gravitaţional prin conducte sau canale din beton către staţia de pompare, de unde

este trimisă către staţia de tratare, apoi către fabrică. Aceste cunducte sunt, de

obicei, montate în pământ pentru a preveni îngheţarea apei pe timp de iarnă.

Pompele din staţia de pompare pot avea capacităţi de pompare diferite, fiind

determinate de mărimea şi capacitatea de prelucrare a fabricii.

Pierderile de presiune pot oscila în limite mari, fiind în funcţie de

înălţimea diferenţială dintre cele două puncte, distanţa dintre fabrică şi staţia de

pompare, diametrul conductelor, pierderile de presiune prin frecare.

Instalaţiile (conducte, armături, aparate de măsură şi control) şi

materialele din care acestea sunt confecţionate depind de calitatea care trebuie

asigurată apei folosite într-un anumit proces tehnologic.

Studiul hidrogeologic care stabileşte sursele de apă subterană urmăreşte

debitele minime şi maxime ale sursei, structura geologică a bazinului, analizele

fizico-chimice şi bacteriologice ale apei, pericolul de inundare a zonei de

captare.

1.2. Calitatea apei pentru industria alimentară

1.2.1. Condiţii speciale pentru apa folosită în industria alimentară

Deoarece vine în contact cu materiile prime prelucrate sau reprezintă o

materie primă de bază pentru obţinerea unor produse alimentare, apa utilizată în

20

Apa în industria alimentară. Surse de apă şi alimentarea cu apă

industria alimentară trebuie să corespundă standardul de calitate pentru apă

potabilă.

Cu toate acestea, în fiecare sector al industriei alimentare există

reglementări specifice referitoare la calitatea apei întrebuinţate. De obicei apa

necesară industriei alimentare provine de la uzinele de apă, care asigură apă

potabilă. Acolo unde nu este posibil acest lucru, trebuie folosită apă subterană,

fie de suprafaţă, care însă trebuie verificată din punct de vedere sanitar şi tratată

înainte de utilizare.

1.2.1.1. Apa în industria amidonului şi a produselor pe bază de

amidon

În industria amidonului se foloseşte apă cu duritate de maxim 15 0

germane. Apa trebuie să fie transparentă, lipsită de mirosuri şi de materii în

suspensie şi să corespundă din punct de vedere microbiologic.

Tabelul 1.3.

Indicatorii de calitate şi necesarul de apă pentru industria amidonului

Indicatorii de calitate

Denumirea U.M. Valoarea Denumirea U.M. Valoarea

Reziduu fix mg/l 400-600 Nitraţi mg/l 0

Oxid de calciu mg/l

120 Nitriţimg/l

0

Oxid de magneziu mg/l

20 Alcalinitate mg/l 4-5

Fe2O3+Al2O3 mg/l <0,5 Oxigen mg/l 2,5

Cloruri mg/l 60 Amoniu mg/l 0

Sulfaţi mg/l 70 Duritate 0 gernane <15

21

Apa în industria alimentară. Surse de apă şi alimentarea cu apă

Necesarul în industria alimentară

Produsul Amidon dincartofi

Amidon dinporumb

Amidon din grâu

Consum specific, m3/t

20 10 11,5

Culoarea maronie a amidonului este datorată materiei organice de natură

animală iar cea gălbuie compuşilor fierului. Indicatorii de calitate şi necesarul de

apă pentru obţinerea amidonului sunt prezentate în tabelul 1.3.

1.2.1.2. Apa în industria zahărului

În industria zahărului, apa se foloseşte pentru transportul sfeclei de zahăr,

pentru diferitele etape ale procesului tehnologic (extracţie, purificare), pentru a

obţine agent termic necesar concentrării prin vaporizare, pentru spălarea şi

igienizarea utilajelor şi spaţiilor de fabricaţie şi în scopuri sanitare.

În tabelul 1.4. sunt prezentaţi indicatorii de caliate şi necesarul de apă în

industria zahărului.

Tabelul 1.4.

Indicatorii de calitate şi necesarul de apă în industria zahărului

Indicatori de calitate

Denumirea U.M. Valoarea Denumirea U.M. Valoarea

Reziduu fix mg/l 300-500 Reziduu fix mg/l urme

Oxid de calciu mg/l

200 Oxid de calciu mg/l

0

Oxid de magneziu mg/l

- Oxid de magneziu mg/l

60

Fe2O3+Al2O3 mg/l urme Fe2O3+Al2O3 mg/l 2,5

Cloruri mg/l 50 Cloruri mg/l 0

Sulfaţi mg/l 60 Sulfaţi mg/l <15

22

Apa în industria alimentară. Surse de apă şi alimentarea cu apă

Necesarul de apă în industria zahărului

Etapa procesului tehnologic Consumul specific,

m3/t

Observaţii

Descărcarea hidraulică a sfeclei 6-8 Reutilizare după de-

cantare şi dezinfecţie Transportul sfeclei din depozit 4-7

Spălarea sfeclei 0,4-0,5 -

Extracţia zahărului 1 -

Consum total 8-10 (30) -

Apa folosită în industria zahărului trebuie să fie foarte limpede, cu

duritate mică, dacă este posibil şi fără mirosuri şi gusturi străine. De asemenea

trebuie să conţină cantităţi cât mai mici de sulfaţi, săruri de calciu sau săruri

alcaline. Materia organică poate crea dificultăţi prin descompunerea zahărului la

extracţia sa din sfeclă. Din acest motiv, apa cu conţinut de compuşi organici nu

este potrivită pentru spălarea filtrelor presă sau pentru stingerea pietrei de var,

folosite în procesul tehnologic. Sulfaţii produc o culoare gri zahărului, nitriţii

împiedică indirect cristalizarea sa, iar fierul şi manganul îl colorează. La

spălarea sfeclei apa trebuie să aibă temperatura de 15….18 0C pentru evitarea

pierderilor de zahăr.

1.2.1.3. Apa în industria uleiurilor

Apa se foloseşte în scopuri tehnologice pentru umectarea măcinăturii,

prepararea reactivilor de neutralizare, antrenarea cu vapori de apă, etc., în

scopuri igienice pentru spălarea spaţiilor de fabricaţie şi anexelor şi pentru

instalaţiile sanitare. Ea trebuie să corespundă standardului pentru apa potabilă.

De menţionat că fierul, manganul şi cuprul conţinute de apă catalizează oxidarea

grăsimilor. Necesarul de apă este de 6-10 m3/t uleiuri şi grăsimi.

23

Apa în industria alimentară. Surse de apă şi alimentarea cu apă

1.2.1.4. Apa în industria morăritului

În industria morăritului, apa se foloseşte în scopuri tehnologice (spălarea

grâului şi umectare), igienice (spălarea sălilor de fabricaţie şi anexe) şi sanitare.

Spălarea grâului este facultativă şi se aplică îndeosebi grâului cu abateri

calitative (de exemplu grâu cu mălură sau cu mirosuri superficiale). Consumul

de apă pentru spălare variază între1 şi 3 m3/t de grâu, în cazul maşinilor de spălat

fără recirculare, putând fi redus prin recircularea apelor de spălare după

purificare la 0,5 m3/t. Cantitatea de apă folosită la condiţionare este mai mică.

Apa folosită în industria morăritului trebuie să corespundă standardului de cali-

tate corespunzător apei potabile.

1.2.1.5. Apa în industria panificaţiei şi pastelor făinoase

În acest sector al industriei alimentare, apa se foloseşte la: obţinerea

aluatului sau pastei din care rezultă, prin prelucrări ulterioare, pâinea şi

produsele făinoase; suspensionarea drojdiei; prepararea soluţiilor de clorură de

sodiu, zahăr, glucoză; spălarea sălilor de fabricaţie în scopuri sanitare.

La prelucrarea unor făinuri normale apa trebuie să aibă duritatea de 12-16 0germ., întrucât valori mai mari influenţează consistenţa aluatului sau pastei

obţinute, ducând la formarea de grunji, etc. Pentru făinuri cu conţinut de gluten

redus, o apă cu duritate mai mare poate îmbunătăţi desfăşurarea procesului

tehnologic.

Tabelul 1.5.

Indicatorii de calitate şi necesarul de apă pentru industria panificaţiei

şi pastelor făinoase

24

Apa în industria alimentară. Surse de apă şi alimentarea cu apă

Denumirea U.M. Valoarea Denumirea U.M. Valoarea

Miros şi gust grd. max. 2 Reziduu fix mg/l 500

Turbiditate grd. max. 5 Clor rezidual mg/l 0,5

Temperatură 0C 7……15 Fier mg/l <0.2

Duritate total 0germ. max. 20 Mangan mg/l <0.1

Duritate perm. 0germ. max. 12 Amoniu - urme

NTG

Bact. coliforme

nr/l

nr/l

max. 3x106

max. 100

Substanţe

organice

- Cât mai

mic

Necesarul de apă: 0,85……0,9 m3/t pâine, produse făinoase

O importanţă deosebită se acordă atât caracteristicilor senzoriale şi fizice,

în special culorii, gustului şi mirosului, cât şi caracteristicilor microbiologice.

Din punct de vedere chimic se verifică limita maximă a conţinutului de fier,

mangan, clor rezidual, amoniu, nitriţi şi substanţe organice.

Indicatorii de calitate ai apei şi necesarul de apă pentru industria

panificaţiei şi pastelor făinoase sunt prezentaţi în tabelul 1.5.

1.2.1.6. Apa în industria conservelor

În industria conservelor de legume şi fructe apa este folosită, în principal,

în scopuri tehnologice (spălarea materiei prime, prepararea de sosuri, siropuri,

saramură) , dar şi pentru spălarea utilajelor, a spaţiilor de producţie şi în scopuri

igienico-sanitare. Această apă trebuie să întrunească toate condiţiile impuse de

standardul de calitate pentru apa potabilă (indicii de calitate şi necesarul de apă

sunt prezentaţi în tabelul 1.6.).

Tabelul 1.6.

25

Apa în industria alimentară. Surse de apă şi alimentarea cu apă

Indicii de calitate şi necesarul de apă pentru industria conservelor

Indicatori de calitate Necesar de apă

0 1 2 3 4

Denumirea U.M. Valoare Produsul Consum

Reziduu fix mg/l 500 Compot de cireşe 21,7

Oxid de calciu mg/l 120 Compot de caise 25-40

Oxid de magneziu mg/l 30 Compot de pere 23,4-30

Fe2O3+Al2O3 mg/l 0 Ciuperci 32,6

Cloruri mg/l 30 Fasole verde, boabe 23-28,5

Sulfaţi mg/l 36 Gem, dulceaţă 12,5-25,7

Nitraţi mg/l urme Mazăre 11,5-28

Tabelul 1.6. (continuare)

0 1 2 3 4

Nitriţi mg/l - Morcovi 8-11,5

Alcalinitate mg/l 2,5-4,5 Sfeclă roşie 13,7-32,5

Oxigen mg/l 2 Spanac 10,8-80

Amoniu mg/l 0 Sucuri de fructe 2,5-2,8

Duritate 0germ. 12-14 Tomate întregi 7-8,5

Prezenţa clorurii de magneziu şi o duritate ridicată a apei cu un conţinut

de calciu şi magneziu mai mare de 40 mg/l sunt în mod deosebit nedorite. Într-o

asemenea apă, leguminoasele (mazăre verde, fasole, etc.) şi carnea necesită un

tratament termic mai îndelungat şi primesc un gust neplăcut. Apa ar trebui să nu

conţină deloc fier, în special dacă este folosită pentru conservarea merelor,

perelor, vişinelor sau mazării verzi. În general se admite un conţinut de fier şi

mangan de maximum 0,1 mg/l.

26

Apa în industria alimentară. Surse de apă şi alimentarea cu apă

Pe de altă parte, pentru unele operaţii cum sunt conservarea castraveţilor

în saramură, este necesară o apă dură pentru a păstra culoarea naturală şi

fermitatea texturii castraveţilor. Dacă apa este prea alcalină produsele se

înmoaie şi îsi pierd forma, iar dacă este prea dură materia primă devine rigidă şi

se prelucrează greu.

Apa cu duritate mare nu este recomandată pentru prepararea sucurilor şi a

siropurilor, deoarece compuşii calciului şi magneziului produc întărirea

texturilor vegetale, datorită formării de compuşi pectocalcici cu substanţe

pectice, efect care apare în special la boabele de mazăre verde şi fasole. De

asemenea, întrucât sarea poate conţine ioni de calciu şi magneziu, pentru

prepararea saramurii se recomandă folosirea de sare purificată, cu un conţinut de

maximum 0,3 % Ca2+ şi Mg2+. Astfel saramura trebuie preparată folosind sare în

concentraţia cea mai scăzută acceptată de reţeta de fabricaţie, pentru a reduce

efectele calciului şi magneziului.

1.2.1.7. Apa în industria malţului, berii şi băuturilor răcoritoare

Pentru înmuierea orzului, cea mai bună apă este cea cu un conţinut scăzut

de cloruri şi sulfaţi, clorurile de calciu, magneziu şi de sodiu încetinind procesul.

În plus sărurile de calciu formează o peliculă pe suprafaţa boabelor, reducându-

le solubilitatea. Prezenţa în apă a fierului şi manganului produce depunerea de

hidroxizi pe suprafaţa boabelor înnegrindu-le.

Apa folosită în industria berii obţinute din malţ reprezintă componentul de

bază a berii, influenţând cu prioritate caracteristicile calitative ale acesteia.

Standardele de calitate ale apei pentru fabricarea berii sunt chiar mai stricte

decât cele pentru apa potabilă. Compoziţia sărurilor din apă modifică aciditatea

malţului pentru bere şi a mustului, influenţând procesele biochimice ale

fabricării berii şi calitatea acesteia. Toate procesele tehnologice ale producerii

27

Apa în industria alimentară. Surse de apă şi alimentarea cu apă

berii au loc într-un mediu uşor acid, deoarece în mediu alcalin influenţează

nefavorabil fermentarea, astfel că este esenţială folosirea unei ape cu un conţinut

redus de săruri de potasiu, în special carbonaţi, cât şi de săruri ale acidului

sulfuric şi clorhidric. Prin urmare o creştere a conţinutului acestor săruri

dăunează aromei berii.

Duritatea apei afectează culoarea berii. Pentru a produce o bere blondă tip

Pilsen, uşor aromată şi puţin amară, este necesară apă cu duritate foarte mică şi

cu alcalinitate redusă, apa dură putând fi folosită pentru berea blondă, dar numai

după dedurizare şi reducerea alcalinităţii prin tratare cu acid lactic. Pentru

aproduce o bere brună tip Munchen se foloseşte apă cu duritate medie (10-11 0germ.), în care predomină bicarbonaţii de calciu şi magneziu şi sunt prezenţi

sulfaţi în cantitate redusă. Berea blondă Dortmund, cu un conţinut ridicat de

alcool şi puternic aromată, se obţine folosind apă cu duritate mare, conţinând

Tabelul 1.7.

Indicii de calitate şi necesarul de apă în industria malţului şi a berii

Indicatori de

calitate

U.M. Sortimentul de bere

Pilsen Munchen Dortmund Viena Dublin

Reziduu fix mg/l 51,2 284,2 1110 947,8 312

Oxid de calciu mg/l 11,2 106 367 227,5 100

Oxid de magneziu mg/l 3,3 30 38 112,7 3,7

Cloruri mg/l 5 2 107 39 15,8

Sulfaţi mg/l 3,2 7,5 240,8 180,3 44,9

Nitraţi mg/l Urme

Amoniu mg/l 0

Duritate totală 0germ. 1,2 10,6 30 28 14,9

Duritate temporară 0germ. 0,9 10,2 12,2 22 12,2

Oxigen mg/l 2

28

Apa în industria alimentară. Surse de apă şi alimentarea cu apă

Compuşi ai fierului mg/l 0,2-0,5

Necesarul de apă

Faza tehnologică Consum de apă, litri apă/litru bere

Înmuierea orzului 7-8

Obţinerea mustului şi spălare utilaje 2-2,5

Răcirea mustului 2-3

Spălare tancuri fermentare şi butoaie 3-5

Instalaţii de răcire 10-15

Producerea aburului 20-25

TOTAL 45-60

îndeosebi sulfaţi şi cloruri. Pentru producerea berii brune amare se poate folosi

apă dură fără a fi tratată, întrucât malţul brun are o aciditate mai mare şi conţine

cantităţi mai mari de fosfaţi şi aminoacizi care asigură un efect de tamponare

bun.

Apa folosită pentru producerea băuturilor răcoritoare poate corespunde

calităţii apei potabile standard, atfel că este preluată de obicei de la uzinele de

apă locale.

În tabelul 1.7. sunt prezentaţi indicatorii de calitate ai apei folosite pentru

producerea unor sortimente de bere şi necesarul de apă pentru diverse faze

tehnologice.

1.2.1.8. Apa în industria alcoolului

Concentraţia impurităţilor din apă şi proprietăţile lor influenţează decisiv

procesul tehnologic de obţinere a alcoolului. Clasificarea apei din punct de

29

Apa în industria alimentară. Surse de apă şi alimentarea cu apă

vedere al compatibilităţii sale cu producerea alcoolului este prezentată în tabelul

1.8.

Tabelul 1.8.

Clasificarea apei pentru producerea alcoolului

Indicatori U.M. Clasificarea apei

Excelentă Foarte bună Potrivită Satisfăcătoare

0 1 2 3 4 5

Oxigen mg/l O2 0 1,5 2,5 3,0

Materii dizolvate mg/l 263 453 750 800

Calciu mg/l 135 143 196 118

Magneziu mg/l 15 40 51 71

Fe2O3 mg/l 2 8 8 10

Sulfaţi mg/l 3 35 90 100

Cloruri mg/l urme 13 42 88

Tabelul 1.8. (continuare)

0 1 2 3 4 5

Nitraţi mg/l 0 urme 80 -

Nitriţi mg/l 0 0 9 -

Amoniu mg/l 0 0 0 -

Duritate totală 0germ. 10,2 14,2 19 19,4

Număr bacterii mg/l 60 750 800 46000

Necesarul de apă 3-3,6 m3/t cereale sau melasă

Obţinerea mustului de malţ pentru producerea alcoolului este influenţată

de pH-ul apei, întrucât amidonul este mai bine solubilizat în apă alcalină. Pe de

altă parte, apa alcalină (cu pH mai mare de 7,5) încetineşte hidroliza amidonului,

în special la temperaturi mai ridicate. Carbonaţii în concentraţie de până la 300

30

Apa în industria alimentară. Surse de apă şi alimentarea cu apă

mg/l influenţează puţin mustul, dar la concentraţii mai ridicate scad substanţial

activitatea enzimelor amilolitice. Aceste enzime sunt activate de către sărurile

acidului sulfuric cum sunt: CaSO4, MgSO4 şi Na2SO4, dacă au concentraţia

apropiată de 400 mg/l. Clorurile, nitraţii, fosfaţii şi nitriţii în concentraţie de

până la 200 mg/l şi în prezenţa acidului sulfuric şi a dioxidului de carbon, nu

influenţează prea mult amilazele malţului. Hidroliza este influenţată de către

sulfaţi şi cloruri. La un conţinut de peste 300-400 mg/l, ei îmbunătăţesc

procentul de glucide rezultate.

Nitraţii şi nitriţii, fosfaţii şi silicaţii (până la 200 mg/l), amoniul (mai puţin

de 20 mg/l) şi clorura de sodiu în concentraţie de 2-2,5 g/l nu influenţează

semnificativ hidroliza. Bicarbonaţii de calciu, magneziu şi fier, în concentraţie

de până la 300 mg/l nu exercită o influenţă notabilă asupra procesului de

fermentare, dar în cantităţi mai mari cresc cantitatea de glucide nefermentate,

urmată de scăderea randamentului în alcool.

De asemenea, procentul de glucide nefermentascibile creşte la

concentraţii ale clorurilor în jur de 400-800 mg/l, deşi în final randamentul în

alcool nu scade.

O creştere a concentraţiei sărurilor totale din apă până la 2000 mg/l

influenţează favorabil procesele de fermentare, dar orice creştere peste această

valoare produce efecte nedorite.

1.2.1.9. Apa în industria drojdiei de panificaţie

Pentru fabricarea drojdiei, apa trebuie să fie potabilă. Apa folosită în

operaţii fără transfer de căldură, îndeosebi la spălări, sau fără tratare cu

dezinfectanţi trebuie să aibă un grad de puritate microbiologică ridicat.

Conţinutul mare de săruri din apă influenţează negativ înmulţirea drojdiei.

31

Apa în industria alimentară. Surse de apă şi alimentarea cu apă

Indicatorii de calitate ai apei pentru obţinerea drojdiei de panificaţie sunt

prezentaţi în tabelul 1.9.

Tabelul 1.9.

Indicatorii de calitate ai apei în industria drojdiei de panificaţie

Indicatori U.M. Valoarea Indicatori U.M. Valoarea

Reziduu fix mg/l 500 Cloruri mg/l 20-30

Substanţe

organice

mg/l 40-50 Sulfaţi mg/l 5-15

Oxigen mg/l 50 Amoniu mg/l absent

Oxizi de calciu

şi magneziu

mg/l 180 Hidrogen

sulfurat

mg/l absent

Necesarul de apă: 30 m3/t melasă

1.2.1.10. Apa pentru industria vinului

Apa în industria vinului se utilizează pentru realizarea operaţiilor cu

transfer de căldură(răcire, pasteurizare, etc,) din procesul tehnologic, pentru

spălarea utilajelor, ambalajelor şi sălilor de fabricaţie şi anexelor pentru

instalaţiile sanitare. Ea trebuie să corespundă cerinţelor de calitate ale apei

potabile.

1.2.1.11. Apa pentru industria laptelui

Apa este folosită în industria laptelui de consum, a produselor lactate şi a

brânzeturilor, în scopuri tehnologice (prepararea soluţiilor de clorură de sodiu

pentru obţinerea brânzeturilor, prepararea siropurilor de zahăr, spălarea untului,

32

Apa în industria alimentară. Surse de apă şi alimentarea cu apă

spălarea brânzeturilor de maturare, încălzire, pasteurizare, sterilizare, răcire,

etc.), igienice (spălarea ambalajelor, utilajelor şi spaţiilor de fabricaţie) şi

sanitare.

Tabelul 1.10.

Indicii de calitate şi necesarul de apă pentru industria de prelucrare a laptelui

Indicii U.M Valoarea Indicii U.M Valoarea

Reziduu fix mg/l 500-600 Nitraţi mg/l <15

Oxid de calciu mg/l 200 Nitriţi mg/l 0

Oxid de

magneziu

mg/l urme Alcalinitate mg/l 4,5-5,5

Fe2O3+Al2O3 mg/l <0.5 Oxigen mg/l 2,5

Cloruri mg/l 30 Amoniu mg/l urme

Sulfaţi mg/l 120 duritate 0germ. <15

Necesarul de apă în industria laptelui: 4-9 m3/m3 lapte

În producerea laptelui pasteurizat, a untului, brânzei şi produselor lactate

se permite numai folosirea apei curate, inodoră şi incoloră, cu duritate maximă

15 0germ. şi cât mai pură din punct de vedere microbiologic. Astfel, apa nu

trebuie să conţină bacterii feruginoase, sulfo-oxidante, sulfo-reducătoare sau

produse ale activităţii acestora, care se depun pe pereţii utilajelor şi pot trece în

produse, determinând deprecierea acestora.

Apa folosită pentru spălarea untului nu trebuie să conţină mai mult de 40

mg/l mangan, deoarece sărurile sale conferă un gust amar untului.

Fierul şi magneziul sunt permise doar în cantităţi nesemnificative (mai

mic de 0,05 mg/l) pentru că sunt responsabile de gustul metalic şi pot cataliza

procesele de râncezire a grăsimilor, înrăutăţind calitatea produsului finit.

33

Apa în industria alimentară. Surse de apă şi alimentarea cu apă

Apa care vine în contact cu produsele obţinute din lapte nu trebuie să

conţină nici spori de mucegai şi nici bacterii fluorescente care produc atât

modificări ale gustului şi mirosului, cât şi apariţia unor pete verzi-gălbui în urma

dezvoltării coloniilor.

1.2.1.12. Apa pentru industria cărnii şi peştelui

Apa folosită în aceste industrii trebuie să fie transparentă, incoloră şi

lipsită de gust şi miros. Duritatea sa nu trebuie să depăşească 28 0germ. , iar

concentraţia calciului, care poate forma o crustă tare la suprafaţa produselor din

carne şi peşte, trebuie să fie cât mai mică.

Întrucât favorizează producerea unei culori maronii a produselor, fierul nu

trebuie să depăşească 0,05 mg/l. În apa folosită pentru spălarea cărnii proaspete,

a peştelui şi a utilajelor pentru prelucrare, conţinutul de săruri nu are un rol

esenţial. Cu toate acestea, materiile în suspensie, incluzând substanţe organice şi

bacteriile care produc degradarea acestora, trebuie îndepărtate complet din apă

înainte de utilizare.

Consumul specific de apă pentru industria cărnii şi peştelui este prezentat

în tabelul 1.11.

Tabelul 1.11.

Consumul de apă pentru industria cărnii şi a peştelui

Domeniul U.M. Consumul total

Abatoare de vite m3/t 10,5-12,7

Abatoare de porci m3/t 14,8-17,5

Preparate din carne m3/t 6,5

Conserve de peşte m3/t 1,2

Făină de peşte m3/100 t 15-20

34

Apa în industria alimentară. Surse de apă şi alimentarea cu apă

1.2.2. Apa folosită pentru răcire, încălzire şi pentru producerea

aburului

Apa folosită ca agent termic de răcire, încălzire, vaporizare, etc. necesară

în anumite faze ale prelucrării produselor alimentare trebuie să respecte, la

rândul său, anumite condiţii de calitate.

1.2.2.1. Apa de răcire

Este folosită în operaţii de răcire sau condensare în schimbătoare de

căldură, condensatoare (condensare vapori), maşini de spălat, reactoare.

Temperatura sa variază în funcţie de sursa de provenienţă, anotimp şi regimul de

temperatură necesar în procesul tehnologic. Se recomandă ca în timpul verii să

fie cât mai scăzută posibil (10…15 0C). Această apă poate fi recirculată cu sau

fără recuperare de căldură.

Apa folosită pentru răcire nu trebuie să conţină particule grosiere (nisip)

sau cantităţi mari de materii în suspensie, pentru ca acestea să nu se depună în

ţevile schimbătoarelor de căldură sau pe pereţii aparatelor de schimb termic. De

asemenea, ea trebuie să aibă duritatea temporară redusă, întrucât la depăşirea

unei temperaturi limită se produce precipitarea carbonaţilor.

În tabelul 1.12. sunt prezentaţi indicatorii de calitate ai apei folosite pentru

răcire.

Tabelul 1.12.

Indicatorii de calitate ai apei de răcire

Indicatori U.M. Alimentare Sistem cu recirculare

pH mg/l 6,5-7,0 6,5-7,0

Conţinut total de săruri mg/l < 3000 < 3000

Cloruri mg/l < 1000 < 1000

35

Apa în industria alimentară. Surse de apă şi alimentarea cu apă

Sulfaţi mg/l - < 400

Acid silicic mg/l - < 200

Alcalinitate grad - < 15

Duritate temporară 0germ. < 5 < 2,9

Duritatea apei tratate cu

fosfat

0germ. < 10,7 < 10,7

1.2.2.2. Apa de încălzire şi pentru producerea aburului

Crusta depusă pe cazanele de abur are conductivitatea termică mai mică

decât oţelul, astfel că diminuează transferul de căldură. De asemenea mărimea

grosimii crustei pe suprafeţele de transfer termic determină mărimea pierderilor

de căldură în instalaţiile de producere a apei calde şi a aburului, ceea ce conduce

la consumuri mai mari de combustibil pentru a asigura producerea acestora la

parametrii necesari (tabelul 1.13.).

Una din principalele cauze ale depunerilor este creşterea concentraţiei

substanţelor dizolvate pe măsură ce apa se vaporizează. Depunerile depind de

Tabelul 1.13.

Creşterea consumului de combustibil cu grosimea crustei depuse

Grosimea crustei,

mm

Creştere consum

combustibil, %

Grosimea crustei,

mm

Creştere consum

combustibil, %

0,5 1,0-1,5 3,0 6,0-7,0

1,0 2,0-3,0 4,0 7,0-8,0

1,5 3,0-4,0 5,0 8,0-9,0

2,0 4,0-5,0 6,0 9,0-10,0

36

Apa în industria alimentară. Surse de apă şi alimentarea cu apă

compoziţia sărurilor din apa de alimentare a cazanelor de apă caldă şi abur:

depuneri carbonatate, depuneri sulfat, depuneri silicice. Toate aceste tipuri de

depuneri diferă între ele prin duritate, porozitate şi caracteristici specifice

transferului termic. Astfel depunerile poroase, îmbibate cu uleiuri sau conţinând

cantităţi mari de silicaţi, conduc mai greu căldura.

Depunerile pe pereţii cazanelor, conducte, etc. produc înrăutăţirea

transferului termic către apă. Supraîncălzirea conductelor conduce la pierderea

durităţii materialului şi adesea la accidente.

Alimentarea cu apă a cazanelor pentru apă caldă şi abur trebuie să asigure

o funcţionare corectă, fără depunere de crustă, nămol şi fără coroziunea

metalului. Pentru cazanele cu o capacitate de peste 2 m3/h trebuie să existe

standarde care să reglementeze caracteristicile apei utilizate. În cazul cazanelor

cu o capacitate mai mică de 2 m3/h şi alimentate cu apă netratată sau cu astfel de

apă amestecată cu condens sau apă dedurizată, trebuie îndepărtată periodic

crusta depusă pe suprafeţele de transfer termic. La fel trebuie să se procedeze şi

în cazul vaporizatoarelor şi schimbătoarelor de căldură folosite în industria

alimentară.

În tabelul 1.14. sunt prezentaţi indicatorii de calitate ai apei de alimentare

a cazanelor pentru obţinerea apei calde şi aburului.

Tabelul 1.14.

Indicii de calitate ai apei de alimentare a cazanelor pentru obţinerea apei

calde şi a aburului

Indicatori de

calitate

U.M. Boilere

fără

recirculare

Boilere cu circulaţie forţată a apei

20 atm 40 atm 60 atm > 80 atm

Condiţii generale - pură şi incoloră

Oxigen mg/l < 0,03

Duritate 0germ urme 0,04 0,02 0,02 urme

37

Apa în industria alimentară. Surse de apă şi alimentarea cu apă

Fier mg/l < 0,02 < 0,05 < 0,03

Cupru mg/l < 0,005 < 0.01 < 0,005

CO2 total mg/l < 1,0 < 20 < 1

pH la 20 0C - 7-9,5 7-9,5 7-9,5

Acid silicic mg/l < 0,02 < 0,3 dacă nu se face desnisipare

Uleiuri mg/l < 0,3 < 10,5 < 0,5

1.2.2.3. Apa pentru stingerea incendiilor

La proiectarea şi construirea fabricilor de prelucrare a produselor

alimentare trebuie avută în vedere şi asigurarea cantităţii de apă necesare pentru

prevenirea sau pentru lupta împotriva incendiilor. De obicei apa folosită în acest

scop provine din sistemul de furnizare a apei deja existent, dar există şi

posibilitatea amplasării în staţiile de pompare a unor pompe speciale, capabile să

funcţioneze la presiuni ridicate.

1.2.3. Îmbunătăţirea caracteristicilor de calitate ale apelor naturale

Pentru a satisface condiţiile cerute de diferitele ramuri ale industriei

alimentare, apele naturale trebuie să fie supuse tratării în vederea îmbunătăţirii

proprietăţilor fizice, chimice şi bacteriologice. Tehnologia de tratare a apei

reproduce în mod controlat diverse fenomene fizice, chimice şi bacteriologice

naturale de epurare şi autoepurare a apei. Alegerea metodelor de tratare se face

ţinând seama de natura, starea fizico-chimică şi cantitatea substanţelor conţinute

în apa brută şi de limitele admise pentru aceste substanţe în apa tratată de către

normele de calitate ale consumatorului.

38

Apa în industria alimentară. Surse de apă şi alimentarea cu apă

Fig.1.2. Schema instalaţiei de tratare a apelor naturale: 1-staţie de pompare I; 2-

desnisipator; 3- rezervor de agent de coagulare; 4- vas de amestecare; 5- cameră de reacţie; 6-

bazin de sedimentare; 7- filtru; 8- conductă pentru clorinare; 9- rezervor de apă tratată; 10-

staţie de pompare II.

În general, succesiunea procedeelor de tratare este cea prezentată în figura

1.2. şi anume: clarificare (desnisipare), adaos de agenţi de coagulare, decantare

prin sedimentare, filtrare, dezinfecţie (clorinare), după care pot urma diferite

procedee de tratare speciale. De mneţionat că nu este obligatorie parcurgerea

tuturor acestor etape, alegerea făcându-se în funcţie de caracteristicile calitative

ale sursei naturale şi de indicatorii pe care trebuie să-i îndeplinească apa tratată.

1.2.3.1. Clarificarea apei

Clarificarea se aplică numai apelor de suprafaţă şi constă în depunerea

particulelor de nisip aflate în suspensie în apă, de unde şi denumirea de

39

Apa în industria alimentară. Surse de apă şi alimentarea cu apă

desnisipare. Se realizează în desnisipatoare care, după direcţia curentului, se

împart în orizontale şi verticale.

Desnisipatoarele orizontale sunt mai des folosite întrucât au o construcţie

mult mai uşor de realizat. Ele au o cameră de acces, una de liniştire a curentului

de apă, o cameră de sedimentare şi una de colectare a apei desnisipate, existând

şi posibilitatea ca primele două camere să fie comune. Sistemele de curăţire a

nisipului depus pot fi manuale, mecanice sau hidraulice. Desnisipatoarele

verticale se folosesc îndeosebi când spaţiul de amplasare este redus. În acestea

curentul de apă străbate bazinul de sedimentare de jos în sus, apa desnisipată

evacuându-se printr-o rigolă periferică.

1.2.3.2. Decantarea apei

Decantarea este operaţia prin care circa 80-95 % din substanţele aflate în

suspensie în apă se reduc prin sedimentare. Sedimentarea se produce în câmp de

forţe gravitaţionale, adaosul de coagulant accelerând operaţia. Pentru a avea loc

procesul de sedimentare, viteza cu care circulă apa trebuie să fie foarte mică, de

numai (1-20)x10-3 m/s.

Decantoarele continue pot fi orizontale, verticale sau radiale, în funcţie de

modul de curgere a apei. Decantoarele orizontale (fig.1.3.) sunt bazine prin care

apa circulă orizontal, prin camere paralele, cu o viteză aproximativ constantă

care permite sedimentarea particulelor. Ele au aceeaşi formă atât în decantarea

simplă cât şi în cazul tratării apei cu coagulant. Un decantor cuprinde o cameră

40

Apa în industria alimentară. Surse de apă şi alimentarea cu apă

Fig.1.3. Decantor orizontal cu raclor cu bandă rulantă: 1- alimentare cu apă brută; 2-

cameră de nămol; 3- palete de curăţire montate pe o bandă rulantă; 4- palete care aduc

corpurile plutitoare până la canalul de evacuare al acestora; 5- canal de evacuare a corpurilor

plutitoare; 6- evacuare apă decantată.

de distribuţie, o cameră de decantare, una de colectare a apei curate şi galerii

pentru evacuarea nămolului depus.

Decantoarele verticale (fig.1.4.) sunt bazine de formă cilindrică şi mai rar

paralelipipedică, acoperite sau nu. Apa intră printr-un tub central, prin care

circulă de sus în jos, apoi ajunge în bazinul de decantare, pe care îl străbate cu o

viteză mai mică decât viteza de sedimentare a particulelor în suspensie.

Decantoarele radiale (fig.1.5.) sunt aparate la care raportul D/H < 6 iar

curentul de apă este radial, de la centru spre periferie, apa fiind colectată într-un

jgheab situat la marginea decantorului. Ele se folosesc în special la instalaţii

mari. Colectarea depunerilor se face continuu la centrul decantorului, cu ajutorul

unui raclor cu dimensiunea egală cu raza sau diametrul aparatului.

41

Apa în industria alimentară. Surse de apă şi alimentarea cu apă

Fig.1.4. Schema decantorului vertical: 1- alimentare cu apă brută; 2- cilindru central de

intrare a apei; 3- spaţiu de decantare; 4- depuneri; 5- golire depuneri; 6- preaplin; 7- evacuare

apă decantată; 8- jgheab de colectare a apei decantate.

Fig.1.5. Schema unui decantor radial: 1- alimentare cu apă brută; 2- deflector de distribuţie

a

42

Apa în industria alimentară. Surse de apă şi alimentarea cu apă

apei; 3- depuneri; 4- evacuare nămol; 5- jgheab periferic pentru colectarea apei decantate; 6-

raclor; 7- evacuare apă decantată.

Scopul coagulării suspensiilor din apă este îmbunătăţirea procesului de

sedimentare prin îndepărtarea materiilor coloidale conţinute în apa brută. Tipul

şi doza de coagulant se aleg funcţie de apa care trebuie tratată. Pentru tratarea

apelor de râu cel mai folosit coagulant este sulfatul de aluminiu (doze între 25 şi

80 mg/l). Coagulantul se poate doza după dizolvare în apă la o concentraţie

ridicată (dozare umedă) sau uscat (dozare în praf). Pentru corectarea pH-ului

apei, astfel încât coagularea să se producă în bune condiţii, se adaugă doze mici

de var, Ca(OH)2 sau sodă Na2CO3.

Instalaţia de coagulare a suspensiilor din apă cuprind instalaţia de

preparare şi dozare a coagulantului, camerele de amestec, camerele de reacţie şi

aparatura de reglare şi control. De obicei instalaţia de preparare este similară

camerelor de amestec, iar camerele de reacţie se cuplează cu decantoarele sau

chiar fac parte integrantă din acestea, deoarece ocupă volume importante

(fig.1.6.).

Fig.1.6. Decantor orizontal

cuplat cu cameră de reacţie:

1- alimentare cu apă brută; 2-

cameră de coagulare; 3- palete

reglabile de liniştire a curentu-

lui de apă la intrarea în bazin;

4- bazin de decantare; 5-

groapă de nămol; 6- rigolă de

evacuare a apelor decantate.

43

Apa în industria alimentară. Surse de apă şi alimentarea cu apă

Decantoarele suspensionale sunt aparate în care depunerile sunt menţinute

în stare de suspensie, cu formarea unui strat filtrant pe care îl traversează apa şi

se limpezeşte. Există mai multe sisteme de decantare suspensională: separatoare

cu fund găurit, separatoare conice, acceleratoare, pulsatoare. O caracteristică a

acestor aparate este aceea că reacţia cu coagulant are loc în acelaşi bazin cu

decantarea. În figura 1.7. este prezentată schema decantorului tip “Pulsator” în

care apa este introdusă şi acumulată într-un cilindru central închis ermetic, prin

sistemul de creare a depresiunii. Când se atinge un anumit nivel se goleşte

cantitatea de apă din partea superioară a cilindrului central, într-un timp foarte

scurt (circa 5 secunde). Intervalele de umplere şi golire succedate la circa 20

secunde permit crearea regimului pulsator care, menţine în mişcare masa de

suspensii, îmbunătăţind procesul de limpezire.

Fig.1.7. Schema decantorului tip

“Pulsator”: 1- alimentare cu apă

brută; 2- cameră de separare suspen-

sională; 3- evacuare nămol; 4-

cameră de concentrare nămol; 5-

evacuare apă decantată; 6- clopot

pentru formarea vidului; 7- pompă

de vid; 8- contacte electrice pentru

deschiderea şi închiderea vanei de

legătură a clopotului; 9- jgheaburi de

colectare a apei limpezi.

1.2.3.3. Filtrarea apei

În apa care părăseşte bazinele de decantare mai rămân încă 8-15 mg/l

materii în suspensie, care trebuie îndepărtate pentru a obţine apă cu caracteristici

44

Apa în industria alimentară. Surse de apă şi alimentarea cu apă

corespunzătoare apei potabile, pentru scopuri tehnologice, etc. Această

îndepărtare se realizează prin filtrare, operaţie care constă în trecerea apei printr-

un strat filtrant, care reţine suspensiile prin fenomenul de sită şi adsorbţie. Cel

mai utilizat material filtrant este nisipul de cuarţ, extras din râuri, spălat şi sortat.

Filtrele constau dintr-un rezervor cilindric vertical cu straturi de material

filtrant şi un sistem de drenaj, care reprezintă suportul pentru materialul filtrant

şi dispozitivul prin care trece apa în sistemul de colectare a apei filtrate. Apa

decantată se alimentează pe la partea superioară, este dispersată pe toată

suprafaţa stratului filtrant pe care îl străbate de sus în jos, părăsind particulele de

materie în suspensie, apoi este trimisă prin sistemul de drenaj în rezervorul de

apă filtrată. Filtrele se pot clasifica după mai multe criterii:

- după viteza de filtrare: filtre lente (v=0,1-0,3 m/h) şi rapide (v=5-8 m/h);

- după presiunea de filtrare a apei: filtre hidrostatice şi sub presiune;

- după numărul straturilor filtrante: filtre cu unul sau două straturi de nisip

cuarţos.

1.2.3.4. Dezinfecţia apei

Procesul de filtrare reduce numărul bacteriilor conţinute de apă, fără însă

a aduce apa în limitele de potabilitate din punct de vedere bacteriologic, în

special la filtrele rapide. De asemeni, apa se poate uneori infecta şi datorită unor

mici neetanşeităţi, inerente în reţeaua de distribuţie a apei. Pentru

preîntâmpinarea acestora şi menţinerea apei la gradul de puritate cerut de

normele igienico-sanitare, se efectuiază dezinfecţia ape. Metodele folosite în

practică sunt:

- fizice (căldură, electricitate, radiaţii);

- chimice (clorinare, ozonizare, tratamente cu permanganat de potasiu);

- biologice (membrana filtrelor lente);

45

Apa în industria alimentară. Surse de apă şi alimentarea cu apă

- oligodinamice (ionii metalelor grele, argint, cupru).

Cea mai utilizată metodă este clorinarea, deoarece prezintă siguranţă

mare, exploatarea este relativ simplă iar preţul de cost scăzut. Dezinfecţia se

poate realiza cu clor gazos, dioxid de clor, clorură de var, hipocloriţi, etc. şi are

la bază acţiunea bactericidă a clorului, manifestată şi prin oxidarea substanţelor

organice cu ajutorul oxigenului în formare. Doza de clor se stabileşte în funcţie

de conţinutul în substanţe organice al apei (tabelul 1.15.).

În figura 1.8. este prezentată o instalaţie de dezinfecţie cu clorură de var

care poate lucra cu o capacitate de până la 125 m3/h.

Tabelul 1.15.

Doza de clor necesară şi parametrii clorinării

Substanţe

organice, mg/l

Doza de

clor, g/m3

Etapa de

clorinare

Parametrii

3 0,40 obişnuită Temperatura de 20….25 0C

5 0,65 Clor remanent < 0,3 mg/l

8 1,00 Timp minim 30 min.

10 1,20 în exces Doza de clor 5-20 mg/l urmată de

declorinare cu Na2SO4 sau SO2

46

Apa în industria alimentară. Surse de apă şi alimentarea cu apă

Fig. 1.8. Instalaţia de dezinfecţie cu clorură de var: A- vas pentru prepararea soluţiei de

clorură de var; B- vase de diluţie la concentraţia necesară; C- vas de dozare; 1- alimentare cu

apă; 2- evacuare soluţie dozată.

Ozonizarea apei constă în introducerea în apă a aerului ozonizat în

concentraţie de 2-3 g/m3. Ozonul se obţine în instalaţii speciale pentru

producerea de descărcări electrice de înaltă tensiune, cu un consum specific de

energie mare, de 25-30 W/g ozon (fig.1.9.). Pentru dezinfecţia unui m3 de apă

sunt necesare 0,5-2 g ozon, procedeul fiind mai puţin răspândit.

47

Apa în industria alimentară. Surse de apă şi alimentarea cu apă

Fig.1.9. Schema unei instalaţii de ozonizare: 1- uscător şi filtru; 2- compresor de aer; 3-

ozonizator; 4- transformator electric; 5- conductă de aer ozonizat; 6- alimentare apă brută; 7-

vas de amestecare cu înălţime de circa 3 m; 8- palete de amestec; 9- evacuare apă

dezinfectată.

1.2.3.5. Tratamente speciale pentru corectarea proprietăţilor apei

Tratamentele speciale aplicate apelor subterane mineralizate sau apelor de

suprafaţă poluate prin deversări industriale, constau în eliminarea gustului,

mirosului şi culorii apei, răcirea apei, deferizarea, demanganizarea, corectarea

durităţii apei, eliminarea gazelor dizolvate, desalinizarea apei, eliminarea

siliciului, fluorizarea apei, reducerea elementelot radioactive, eliminarea

uleiurilor şi fenolilor, îndepărtarea materiilor organice sau a algelor, etc.

Eliminarea gustului, mirosului şi culorii apei. Gustul neplăcut şi

mirosul este dat de produşii algelor care se dezvoltă în apă, descompunerea unor

substanţe organice, prezenţa unor compuşi de zinc, cupru, fier sau mangan.

Eliminarea acestor defecte se face prin aerare, clorinare în exces, urmată de

48

Apa în industria alimentară. Surse de apă şi alimentarea cu apă

declorinare, filtrare cu cărbune activ. Decolorarea apei se realizează prin tratare

cu sulfat de cupru, sulfat de cupru cu var şi permanganat de potasiu cu sulfat de

fier.

Răcirea apei. Se poate realiza în iazuri sau lacuri de răcire, bazine cu

stropire sau turnuri de răcire, având la bază cedarea de căldură în atmosferă de

către apa care se tratează.

Deferizarea şi demanganizarea. Eliminarea fierului şi manganului din

apă de realizează de obicei în aceleaşi instalaţii, întrucât compuşii de fier şi

mangan se găsesc împreună iar procedeele de eliminare sunt similare. Ca

procedee de deferizare şi demanganizare se folosesc aerarea şi limpezirea,

filtrarea dublă, oxidarea chimică, schimbul cationic şi reţinerea biologică (de

către bacteriile feruginoase şi manganoase).

Dedurizarea apei. Este un proces specific tratării apei, pentru evitarea

depunerilor pe pereţii schimbătoarelor de căldură şi se realizează prin mai multe

metode:

- metoda termică: constă în încălzirea apei peste 100 0C, când

bicarbonaţii de calciu şi magneziu se descompun în carbonaţi insolubili, care se

depun; este o metodă scumpă şi se aplică la instalaţii mici şi mijlocii;

- metoda chimică cu reactivi; foloseşte ca reactivi varul, soda (Na2CO3),

soda caustică (NaOH), varul şi soda în combinaţie; aceştia reacţionează cu

compuşii solubili ai calciului şi magneziului din apă, cu formare de precipitate

insolubile;

- metoda cu mase cationice; constă în trecerea apei printr-un filtru rapid

sub presiune, prevăzut cu o masă granulară schimbătoare de ioni, ca material

filtrant (figura 1.10.) care schimbă cationiţii Na+ sau H+ cu Ca+ sau Mg+ din

compuşii care dau duritatea apei; apa se dedurizează aproape complet şi îşi

măreşte alcalinitatea (pentru cationiţii Na+) sau aciditatea (pentru cationiţii H+);

masa schimbătoare de ioni trebuie regenerată după un anumit timp, în primul

49

Apa în industria alimentară. Surse de apă şi alimentarea cu apă

caz cu soluţie de clorură de sodiu, iar în cel de-al doilea caz cu soluţie de acid

sulfuric.

Fig.1.10. Schimbător de ioni cu funcţionare sub presiune: 1- evacuare apă de afânare; 2-

alimentare cu apă pentru dedurizare; 3- robinete colectare probe; 4- alimentare cu soluţie de

regenerare 5- pâlnie pentru evacuarea apei; 6- guri de vizitare; 7- alimentare cu apă pentru

afânare; 8- evacuare apă dedurizată; 9- golire filtru; 10- fund perforat; 11- răşină schimbătoare

de ioni; 12- distribuitor de soluţie pentru regenerare.

Se pot aplica trei sisteme de dedurizare a apei folosind filtre cu mase

cationice: sistemul comun (filtru cu strat superior cu H+ şi strat inferior cu Na+),

sistemul paralel (două filtre paralele, unul cu H+ iar celălat cu Na+) şi sistemul

succesiv (două filtre succesive cu H+ şi Na+).

În figura 1.11. este prezentată schema unei instalaţii de dedurizare a apei,

folosind sistemul cu filtre cationice în paralel.

50

Apa în industria alimentară. Surse de apă şi alimentarea cu apă

Fig.1.11. Schema instalaţiei de dedurizare a apei folosind sistemul paralel: 1- alimentare

cu apă pentru dedurizare; 2- alimentare cu NaCl; 3- schimbător de ioni cationic Na+; 4-

evacuare; 5- degazor de CO2; 6- rezervor de apă dedurizată; 7- ventilator; 8- pompă apă

dedurizată; 9- schimbător de ioni cationic H+; 10- alimentare cu H2SO4; 11- rezervor colectare

ape spălare de la schimbătorul de ioni H+; 12- vas de amestecare; 13- rezervor colectare ape

spălare de la schimbătorul de ioni Na+.

Eliminarea gazelor din apă. Se realizează prin dezacidifiere (eliminarea

CO2), desulfurizare (eliminare hidrogen sulfurat) şi dezoxigenare (eliminarea

oxigenului).

Desalinizarea apei. Se aplică atunci când conţinutul de cloruri sau sulfaţi

depăşeşte limita de 400 mg/l sau pentru anumite utilităţi tehnologice. Este o

operaţie scumpă şi se realizează prin filtrarea succesivă a apei prin mase

schimbătoare de ioni sau prin electrodializă.

Fluorizarea apei. Aceasta presupune eliminarea excesului de fluor din

apă (valoarea optimă fiind de 1 mg/l), prin filtrarea apei pe cărbune activ în

mediu acid, tratarea cu doze mari de sulfat de aluminiu, sau tratarea cu var în

prezenţa unui conţinut suficient de magneziu în apă, respectiv fluorizarea apei

51

Apa în industria alimentară. Surse de apă şi alimentarea cu apă

sărace prin adaus de fluorsilicat de sodiu, acid fluorhidric sau florură de calciu

solubilizată cu soluţie de aluminiu, dozarea fiind riguros controlată.

Dezactivarea apei. Această operaţie este cerută de prezenţa elementelor

radioactive în unele ape de adâncime, ape minerale sau ape de suprafaţă

impurificate de descărcări industriale. Operaţia se poate executa pe cale naturală

pentru unii izotopi radioactivi, prin staţionarea apei în bazine, când

radioactivitatea scade datorită timpului de înjumătăţire. Pentru alte elemente

sunt necesare tratamente de dezactivare prin coagulare şi filtrare sau tratarea

apelor cu fosfaţi, pulberi de metal, argilă, var şi sodă.

1.3. Poluarea apei în industria alimentară

Apele reziduale din industria alimentară constau în ape de transport şi

spălare a materiilor prime, ape tehnologice, ape de condens sau de răcire, ape de

la spălarea şi desinfecţia sălilor de fabricaţie, a utilajelor şi ambalajelor, ape de

la instalaţiile sanitare. Ele conţin cantităţi importante de reziduuri solide,

compuse din resturi de materie primă, produse finite rebutate, resturi

neutilizabile din produs, etc. Datorită varietăţii provenienţei şi compoziţia apei

reziduale se caracterizează printr-o mare fluctuaţie a proprietăţilor fizico-

chimice şi microbiologice.

Principalul efect asupra apelor receptoare constă în impurificarea cu

materie organică degradabilă care, implică reducerea conţinutului oxigenului

dizolvat din apă. Ca urmare îmbogăţirea apei cu materii nutritive introduse sub

formă minerală sau ca rezultat al mineralizării materiilor organice, determină o

formă indirectă de poluare – eutrofizarea. Aceasta se manifestă printr-o

producţie crescută de alge şi de alte plante acvatice, cu influenţă nefastă asupra

celorlalte vieţuitoare din ape şi deteriorarea generală a calităţii apei.

1.3.1. Indicatorii de apreciere a poluării apei

52

Apa în industria alimentară. Surse de apă şi alimentarea cu apă

Poluarea apelor reziduale poate fi de origine minerală, organică sau

microbiologică. Dintre poluanţii minerali cel mai mare efect îl au nisipul,

particulele de pământ, sărurile minerale, acizii şi bazele dizolvate. Poluarea

organică este de natură vegetală sau animală, cea mai frecventă poluare de acest

tip este cea vegetală, dată de resturi de plante, fructe, legume, textile, hârtie,

uleiuri vegetale, al căror element de bază este carbonul. Poluarea organică de

origine animală este dată de resturi de ţesuturi animale, acizi organici,

excremente, al căror principal indicator este azotul. Poluarea microbiologică este

produsă în special de microorganisme vii cum sunt drojdiile, mucegaiuri şi

diferite bacterii, având ca provenienţă fie microflora epifită a materiilor prime,

fie cea rezultată prin materiile de dejecţie ale organismelor vii.

Gradul de poluare al apei reziduale se urmăreşt înainte şi după epurare,

prin determinarea următoarelor caracteristici:

- pH-ul apei;

- suspensiile solide fixe, volatile şi substanţele dizolvate;

- CBO5-ul, consumul biochimic de oxigen la 5 zile, în mg/l, necesar

pentru oxidarea biochimică a materiilor organice la o temperatură de 20 0C şi în

condiţii de întuneric;

- CCO-ul, consumul chimic de oxigen, în mg/l, pentru oxidarea sărurilor

minerale oxidabile şi a substanţelor organice, determinat prin metoda cu

permanganat de potasiu sau cu bicromat de potasiu;

- prezenţa azotului, sub formă de amoniac liber, azot organic, nitraţi şi

nitriţi;

- prezenţa sărurilor, sub formă de sulfiţi, sulfaţi şi cloruri;

- prezenţa metalelor: cupru, crom, nichel, mercur, argint, cobalt, zinc,

sodiu şi potasiu, siliciu, aluminiu, cadmiu;

53

Apa în industria alimentară. Surse de apă şi alimentarea cu apă

- prezenţa substanţelor organice greu biodegradabile: cianuri, toluen,

anilină, benzen, naftalină, furfural, chinoleină, compuşi hidroxiaromatici;

- prezenţa microorganismelor de diverse tipuri, unele comtribuind la

procesul de epurare, iar altele la îmbolnăvirea oamenilor şi animalelor; prezenţa

acestora din urmă impune necesitatea dezinfectării apei la ieşirea din staţia de

epurare.

1.3.2. Caracteristicile apelor reziduale din industria alimentară

Apele reziduale din industria amidonului. Apele rezultate de la

fabricile de amidon din cartofi sau porumb (20-25 m3/t) conţin suspensii de

1000-4000 mg/l, au pH-ul de obicei acid şi CBO5 de 3000-4000 mg/l. Aceste

ape sunt predispuse la fermentare lactică şi favorizează dezvoltarea rapidă a

bacteriilor şi mucegaiurilor, care consumă foarte repede oxigenul din apa

receptorului, permiţând procese de fermentare anaerobă, cu formare de acizi şi

gaze (hidrogen sulfurat). Ele pot forma o spumă persistentă la suprafaţă iar

evacuarea lor într-un curs de apă cu debit relativ redus, fără o epurare pralabilă,

duce la rapida degradare a calităţii apei râului.

În fabricile de amidon de porumb, apele reziduale încărcate cu substanţe

proteice, apele de spălare a amidonului, apele folosite la înmuiere şi umflare

sunt recirculate, iar prin concentrarea reziduurilor se obţine extractul de porumb,

ca produs util.

Apele reziduale din industria zahărului. De la fabricarea zahărului din

sfeclă rezultă mai multe tipuri de ape reziduale, din diferite faze ale procesului

tehnologic. Dintre acestea, cele mai importante din punct de vedere cantitativ şi

calitativ sunt: apele reziduale de la transport şi spălare, apele reziduale de la

difuzie şi presare, apele de condens.

Apele de la transport şi spălare sunt caracterizate printr-un conţinut foarte

54

Apa în industria alimentară. Surse de apă şi alimentarea cu apă

ridicat de materii în suspensie, care constă în principal în pământ aderent (circa

5-10 % din greutatea brută a sfeclei) şi din substanţe organice dizolvate

provenite de la sfeclă şi frunze. Conţinutul biochimic de oxigen variază de la

câteva sute de mg/l la câteva mii, în funcţie de gradul de recirculare.

Apele de la difuzie şi presare sunt extrem de bogate în materii organice

dizolvate şi coloidale, putând ajunge la încărcături de câteva zeci de mii de mg/l,

CBO5, în care poate fi prezent şi zahăr în concentraţii de la 0,15-0,30 %. Apele

reziduale de la difuzie şi presare conţin şi cantităţi foarte mari de nutrienţi.

Astfel, azotul poate ajunge de la zeci la sute de mg/l, iar fosforul total ca cca 250

mg/l.

Apele reziduale de condens sau de la purificare ajung calde în cursurile de

apă receptoare şi nu prezintă în general decât o poluare slabă, cu un aspect ce

corespunde cu cel al unor ape de răcire normale.

Ape reziduale din industria uleiurilor şi grăsimilor. La fabricarea

uleiurilor vegetale rezultă ape reziduale, în special la procesele de rafinare la

care se adaugă apele de condens. Apele reziduale conţin uleiuri, emulsii, materii

organice cu azot, etc. Consumul chimic de oxigen este ridicat, provocând deficit

de oxigen în cursul de apă receptor. Grăsimile animale conţinute de apă

formează la suprafaţa acesteia pelicule care împiedică transferul de oxigen. De

asemenea, în funcţie de pH, există şi posibilitatea de dezvoltare a

microorganismelor.

Ape reziduale din industria conservelor de legume şi fructe. Aceste

ape provin de la spălarea materiilor prime proaspete, din procesul tehnologic

(opărire), de la tratamentul termic de pasteurizare şi răcire (ape de condens), de

la spălarea şi igienizarea spaţiilor de producţie, a utilajelor şi ambalajelor. În

general aceste ape sunt puternic poluate, conţinând cantităţi însemnate de

suspensii formate din pieliţe, coji, resturi de fructe şi legume, pământ, etc. şi

substanţe organice dizolvate din sucuri de fructe şi legume, astfel că pot fi

55

Apa în industria alimentară. Surse de apă şi alimentarea cu apă

deversate după epurare.

Aceste ape au un conţinut variabil de acizi, glucide şi protide şi deci un

consum biochimic de oxigen ridicat. Substanţele organice conţinute sunt uşor

degradabile, dar întrucât conţinutul de azot şi de fosfor este destul de scăzut,

sunt necesare adaosuri de substanţe nutritive pentru a stimula epurarea

biologică.

Ape reziduale din industria malţului, berii şi băuturilor răcoritoare.

Apele reziduale din industria malţului provin în special de la: golirea linurilor de

înmuiere (apele de spălare a orzoaicei sau orzului), spălarea şi curăţirea spaţiilor

de producţie, a spaţiilor anexe şi a utilajelor, răcire şi condensare. Ele au volum

şi compoziţie variabile în funcţie de procedeul de malţificare şi de recirculare a

apelor de înmuiere. Din punct de vedere compoziţional, apele reziduale

proaspete de la mălţării sunt soluţii diluate de glucide, protide solubilizate şi

săruri minerale, îndeosebi fosfaţi, în care se găsesc în suspensie particule de

pământ, praf, fragmente de grăunţe, etc. Aceste ape întră repede în faza de

fermentare acidă, cu producere de acizi: lactic, butiric, formic, urmată de

putrefacţie.

În industria băuturilor răcoritoare nu se produc ape reziduale cu poluare

deosebită, însă consumul şi diversificarea în continuă creştere, explică interesul

pentru o epurare eficientă. Apele reziduale provin îndeosebi de la spălarea

sticlelor şi rezervoarelor de înmagazinare, amestecare şi filtrare. Din acest motiv

ele au un caracter alcalin şi o încărcare organică exprimată prin CBO5 de ordinul

a 2-3 kg/m3 lichid. Îndepărtarea etichetelor de la spălarea sticlelor recirculate

măreşte mult cantitatea de materii în suspensie în apele reziduale.

Ape reziduale din industria vinului. Apele reziduale din industria

vinului sunt formate din apele reziduale de la spălarea utilajelor (preselor),

drojdiei rămase în vasele de fermentare, ambalajelor, sălilor de fabricaţie şi

utilajelor. Evacuarea lor nu este permisă în ape colectoare.

56

Apa în industria alimentară. Surse de apă şi alimentarea cu apă

Ape reziduale din industria spirtului şi drojdiei. Cantitatea şi

caracterul apelor reziduale formate la fabricarea alcolului etilic (spirt) de

fermentaţie depinde în mare măsură de felul materiei prime şi tehnologia

utilizată. Efectul pe care acestea îl produc asupra receptorului prin deversare este

o consumare rapidă a oxigenului, urmată de fermentare anaerobă acidă, cu

producere de mirosuri neplăcute.

Apele reziduale de la fabricarea drojdiei sunt acide (pH-ul =4-5) şi conţin

în stare dizolvată glucide, răşini, gume, acizi organici. Încărcarea organică este

destul de mare, consumând rapid oxigenul din apa receptoare. Pe de altă parte

aceste ape au şi efecte toxice asupra peştilor, din cauza conţinutului de furfurol,

răşini şi substanţe tanate.

Apele reziduale din industria laptelui. În cursul proceselor tehnologice

de prelucrare a laptelui au loc pierderi importante de substanţă uscată în apele

evacuate. Datorită compoziţiei lor (proteine, lipide, lactoză) nu pot fi deversate

fără o purificare prealabilă.

Apele reziduale din această industrie sunt formate din ape industriale, ape

reziduale menajere, ape reziduale convenţional curate (de răcire, de încălzire, de

condensare).

Apele reziduale industriale se compun din apa de spălare şi de curăţire

rezultată din procesul tehnologic (conţine urme de lapte, substanţe chimice de

spălare-dezinfecţie), apa de la spălarea untului (conţine lipide, săruri minerale),

iar în unele cazuri şi zerul obţinut de la fabricarea brânzeturilor.

Apele reziduale din industria cărnii şi peştelui. Apele rezultate de la

sacrificarea animalelor şi păsărilor au un conţinut foarte ridicat în materii

organice în soluţie şi suspensie, temperatură ridicată de 30-40 0C şi cantităţi mari

de azot şi fosfor. Deversarea lor în aceste condiţii favorizează instalarea unei

descompuneri aerobe foarte rapide, care consumă oxigenul, adesea urmată de o

descompunere anaerobă, însoţită de mirosuri foarte neplăcute. De asemenea,

57

Apa în industria alimentară. Surse de apă şi alimentarea cu apă

trebuie menţionat faptul că există posibilitatea transmiterii în apele reziduale a

unor microorganisme patogene de tipul Salmonella sau Mycobacterium

tuberculosis.

Apele reziduale de la prelucrarea peştelui conţin cantităţi mari de solzi,

materie organică uşor degradabilă, precum şi cantităţi mari de cloruri şi acid

acetic de la conservare, producând aceleaşi efecte ca apele reziduale din

industria cărnii.

În afara conţinutului ridicat în materie organică degradabilă şi substanţe

eutrofizante, multe din aceste ape au în componenţă cantităţi mari de grăsimi a

căror deversare în ape receptoare trebuie împiedicată.

C A P I T O L U L II

EPURAREA APELOR REZIDUALE DIN

INDUSTRIA ALIMENTARĂ

Posibilităţile de poluare a apei în industria alimentară sunt multiple, iar

numărul subatanţelor poluante este foarte mare, astfel încât epurarea apelor

reziduale este o problemă de maximă importanţă pentru menţinerea echilibrului

biologic natural şi implicit a sănătăţii populaţiei.

Epurarea apelor reziduale constituie ansamblul de procedee prin care

conţinutul de impurităţi de natură minerală, organică, chimică şi biologică al

acestora este adus la un nivel care, prin deversarea în ape receptoare să nu

pericliteze viaţa acvatică şi să poată fi folosită pentru scopuri industriale, iar în

anumite situaţii chiar ca apă potabilă.

2.1. Procedee de epurare a apelor reziduale

58

Apa în industria alimentară. Surse de apă şi alimentarea cu apă

Procedeele de epurare aplicate iniţial apelor menajere au fost extinse şi la

epurarea apelor industriale. Epurarea apelor se realizează prin două mari

procedee:

- epurarea naturală sau autoepurarea;

- epurarea artificială, care are la bază aceleaşi procese ca în cazul

autoepurării, numai că sunt dirijate de către om şi se desfăşoară cu o

viteză mult mai mare.

Intensitatea proceselor de epurare artificială variază în funcţie de gradul

de poluare, substanţele poluante şi destinaţia apei.

Procedeele de epurare artificială a apelor reziduale, după procesele pe

care le au la bază, se clasifică astfel:

- procedee mecanice: îndepărtarea solidelor grosiere, separare grăsimi,

uleiuri, uniformizare debite şi concentraţie;

- procedee chimice: coagulare chimică, decantare, neutralizare, clorinare,

extracţie, adsorbţie, flotare;

- procedee biologice: epurare biologică naturală (câmpuri de irigare sau

infiltrare, iazuri biologice), epurare biologică dirijată, epurare biologică aerobă,

epurare biologică anaerobă, epurare terţiară şi postepurare.

Toate aceste procedee au ca scop reţinerea şi/sau transformarea

substanţelor nocive în produşi inofensivi, respectiv prelucrarea substanţelor

reţinute sau inofensive (nămoluri, emulsii, spume) şi utilizarea acestora în

scopuri economice.

2.1.1. Autoepurarea apelor reziduale

Autoepurarea este un proces natural complex de reducere a impurificării

unei surse de apă reziduală. Procesele care au loc în timpul autoepurării sunt de

59

Apa în industria alimentară. Surse de apă şi alimentarea cu apă

natură fizică, chimică, biologică, bacteriologică şi depind de următoarele

condiţii:

- constanţa fluxului emisiei de substanţe poluante;

- diferenţa dintre viteza de propagare a substanţelor şi viteza apei;

- condiţiile meteorologice;

- natura substanţelor poluante;

- prezenţa florei şi faunei subacvatice.

Limitele admise pentru fiecare substanţă poluantă din apă, cantitatea de

substanţe pluante plecate de la sursele de poluare şi gradul de diluţie al acestora,

sunt elemente de care se ţine cont la calculul gradului de epurare necesar. Acest

calcul se face pentru fiecare tip de substanţă poluantă.

Calculul gradului de epurare necesat în cazul suspensiilor cuprinde

următoarele etape.

Se calculează cantitatea totală de suspensii C care urmează a se descărca

în sursa de apă, cu relaţia:

(2.1.)

în care: xi reprezintă concentraţia în suspensie a sursei i de impurificare;

qi – debitul de calcul al sursei i de poluare.

Se calculează gradul de diluţie n, cu relaţia:

(2.2.)

în care: a este coeficientul de amestec, care reprezintă partea din debitul sursei

de apă ce se amestecă cu apele uzate (a=0,7….0,95);

Q- debitul sursei de apă în care se descarcă substanţa poluantă;

q- debitul sursei de poluare.

Se stabileşte debitul de calcul al sursei de apă (aQ) corespunzător

debitelor asigurate (95 % din media ultimilor 20 de ani).

60

Apa în industria alimentară. Surse de apă şi alimentarea cu apă

Se stabileşte distanţa L pe care se amestecă apa din sursă cu substanţa

poluantă:

(2.3.)

În relaţia de mai sus este un coeficient ce are forma:

(2.4.)

în care este coeficient de sinuozitate;

- coeficient numeric (1 când vărsarea se face concentrat lângă mal şi 3

când vărsarea se face prin dispersie);

Dt- coeficientul difuziei turbulente.

Acest coeficient al difuziei turbulente de determină cu relaţia:

(2.5.)

în care vm este viteza medie a cursului de apă pe lungimea L;

Hm- adâncimea medie a cursului de apă pe lungimea L.

Se calculează cantitatea totală a suspensiei admisibile Ca în sursa de apă,

cu ajutorul relaţiei:

(2.6.)

în care xa este concentraţia admisibilă corespunzătoare gradului de diluţie.

Se calculează cantitatea totală de suspensii care trebuie reţinută prin

epurare, cu relaţia:

(2.7.)

Pentru mai multe surse de impurificare, cantităţile de suspensii care

trebuie reţinute se calculează cu realaţia:

(2.8.)

61

Apa în industria alimentară. Surse de apă şi alimentarea cu apă

Se calculează gradul de epurare necesar în cazul oxigenului biochimic

necesar (OBN). Astfel pentru o secţiune de control dintr-o sursă de apă,

necesarul de oxigen biochimic se determină cu relaţia:

(2.9.)

în care: Lri este cantitatea OBN necesar sursei de apă în secţiunea i;

Luzi – cantitatea de OBN pentru apele uzate în secţiunea i;

LOBNi – cantitatea de OBN a amestecului în secţiunea i.

Pentru o substanţă oarecare, gradul de epurare se poate determina cu

relaţia:

, (%) (2.10.)

în care xi este concentraţia apelor uzate în substanţa i;

xai- concentraţia admisibilă pentru apele epurate de substanţa i.

2.1.2. Epurarea mecanică a apelor reziduale

Prin epurarea mecanică se elimină corpurile mari, particulele grele care se

depun sau plutesc din apele uzate. În funcţie de gradul de epurare dorit şi de

natura impurităţilor, epurarea mecanică poate fi:

- operaţie unică de epurare;

- o verigă în cadrul unui proces mai complex.

În cazul epurării mecanice, apele uzate sunt considerate amestecuri

eterogene de tipul lichid-lichid sau lichid-solid. Separarea acestor amestecuri se

poate realiza prin următoarele procedee:

- prin reţinerea impurităţilor mari;

- în câmp gravitaţional;

- în câmp centrifugal;

62

Apa în industria alimentară. Surse de apă şi alimentarea cu apă

- prin filtrare în medii poroase sub acţiunea diferenţei de presiune.

2.1.2.1. Epurarea mecanică prin reţinerea impurităţilor mari

Corpurile şi particulele mari din apele uzate pot fi îndepărtate prin

reţinerea acestora pe grătare, site, dezintegratoare, etc.

Grătarele sunt construite din bare profilate aşezate orizontal sau vertical,

la intervale de 20..200 mm, dispuse sub un unghi < 900 faţă de orizontală, în

sensul de curgere a apei, aşezate în serie şi în ordinea descrescătoare a distanţei

dintre bare (fig.2.1.)

Fig.2.1. Schema unui grătar de reţinere a impurităţilor mari, cu curăţire mecanizată:

1- grătar rar; 2- grătar des; 3- transportor lanţ cu greble; 4- jgheab de evacuare impurităţi

mari; 5- jgheab de evacuare impurităţi mici; 6- racord de la canalizare.

Matrialele reţinute pe grătare (cârpe, hârtie, resturi vegetale, cutii, etc.)

sunt evacuate şi transportate pentru depozitare sau pentru incinerare.

63

Apa în industria alimentară. Surse de apă şi alimentarea cu apă

Viteza de curgere a apei reziduale prin grătar trebuie menţinută în

intervalul 0,6-1,0 m/s.

Pierderea de sarcină la trecerea apei uzate prin grătar se poate determina

cu relaţia:

(2.11.)

în care este coeficientul de sarcină locală, şi se determină cu relaţia:

(2.12.)

în care: v este viteza de trecere a apei prin grătar;

- unghiul de înclinare a grătarului;

d- distanţa dintre barele grătarului;

b- lăţimea barelor;

- coeficient de formă a barelor.

Sita cilindrică rotativă (fig.2.2.) este formată din cilindrul 1 din tablă

perforată, amplasat perpendicular pe direcţia de curgere a apei uzate şi care se

roteşte cu o turaţie mică. Cilindrul este imersat în apă pe o adâncime cuprinsă

între o treime şi două treimi din diametrul său.Apa pătrunde în interiorul

cilindrului, impurităţile mari fiind reţinute la exterior şi dirijate spre elevatorul

cu cupe 3, pentru a le transporta în jghebul de evacuare 4.

64

Apa în industria alimentară. Surse de apă şi alimentarea cu apă

Fig.2.2. Schema instalaţiei de epurare mecanică cu sită cilindrică

Apa din interiorul cilindrului este evacuată pe la unul din capetele

cilindrului prin conducta 2. Impurităţile aderente la suprafaţa exterioară

perforată a cilindrului sunt îndepărtate cu ajutorul dispozitivului 5, care poate fi:

duşuri cu apă sau abur, perii, etc. Sita cilindrică realizează grade mici de

purificare mecanică şi are tendinţa de a forma spumă.

Sita conică rotativă (fig.2.3.) este alcătuită dintr-o tobă conică cu unghiul

generatoarei faţă de orizontală între 15-300, diametrul între 500-800 mm,

lungimea între 1500-2200 mm, care se roteşte cu turaţii ce pot ajunge la 1400

rot/min. Pentru debite de alimentare de 10 m3/h puterea necesară antrenării este

de 15 kW. Suprafaţa exteriară este o pânză filtrantă.

65

Apa în industria alimentară. Surse de apă şi alimentarea cu apă

Fig.2.3. Schema instalaţiei de epurare mecanică cu sită conică rotativă:1- racord

alimentare apă uzată; 2- tobă conică; 3- racord evacuare ape epurate; 4- racord evacuare

impurităţi solide; 5- lagăre de sprijin; 6- transmisie cu curele; 7- motor antrenare.

Separarea cu site prin efect Coandă (fig.2.4.) presupune existenţa unei

instalaţii statice, formată din trei panouri cu bare orizontale profilate pentru

producerea efectului Coandă. Fiecare panou are un alt unghi de aşezare faţă de

orizontală, iar distanţa dintre barele orizontale variază în intervalul 0,125-2,5

mm.

Apa uzată este alimentată pe sită cu o viteză de 1,2-1,4 m/s, care se

măreşte datorită înclinării panourilor. Pentru un debit de apă uzată de 50-150

m3/h la 1 m lungime de grătar se asigură o reducere a suspensiilor cu 30-35 %.

66

Apa în industria alimentară. Surse de apă şi alimentarea cu apă

Fig.2.4. Schema instalaţiei de epurare mecanică prin efect Coandă (a):1- racord admisie

apă uzată; 2- carcasa sitei; 3- panou la 650; 4- panou la 550; 5- panou la 450; 6- racord

evacuare nămol; 7- racord evacuare apă epurată; efect Coandă (b): 1-bară profilată pentru

formarea efectului Coandă.

Pentru mărunţirea impurităţilor solide mari din apele uzate sunt folosite

diferite tipuri de dezintegratoare, care realizează o mărunţire până la dimensiuni

de 0,15-3,0 mm. Amplasarea dezintegratoarelor sau folosirea lor se face după

instalaţiile de desnisipare, pentru a le proteja.

2.1.2.2. Epurarea mecanică în câmp gravitaţional

Este cel mai utilizat procedeu pentru separarea fazelor unei suspensii

lichid-solid sau a unei emulsii lichid-lichid. Separarea gravitaţională se

67

Apa în industria alimentară. Surse de apă şi alimentarea cu apă

realizează datorită diferenţei de densitate a fazelor amestecului eterogen şi poate

fi de două feluri:

- sedimentarea sau depunerea particulelor sub acţiunea forţei de greutate;

- flotaţia sau antrenarea particulelor cu ajutorul bulelor aderente de gaz şi

ridicarea la suprafaţa lichidului.

Sedimentarea sau viteza de sedimentare este influenţată de dimensiunile

particulelor, cantitatea fazei solide din amestec, forma particulelor solide,

diferenţa dintre densităţile celor două faze şi de natura particulelor solide.

În urma sedimentării rezultă faza lichidă numită decantat şi faza solidă

îmbibată cu lichid ,numită sediment, precipitat sau nămol.

Pentru calculul acestor instalaţii se pleacă de la faptul că asupra unei

particule din faza solidă, de volum V şi densitate , există acţiunea a două forţe:

forţa gravitaţională Fg care tinde să depună particula pe fundul vasului şi forţa de

rezistenţă a lichidului Fl care tinde să scoată particula din mediul lichid. Relaţiile

de calcul ale celor două forţe sunt:

(2.13.)

(2.14.)

în care: kr este coeficientul de rezistenţă a mediului lichid;

vp- viteza particulei;

A- aria secţiunii transversale a particulei.

Viteza limită de decantare (sedimentare) se determină din egalitatea celor

două forţe:

(2.15.)

Coeficientul de rezistenţă kr este în funcţie de valoarea criteriului

Reynolds pentru particule şi de regimul de curgere: laminar, respectiv turbulent.

68

Apa în industria alimentară. Surse de apă şi alimentarea cu apă

Capacitatea de sedimentare a decantoarelor, exprimată în funcţie de

debitul de lichid limpezit, se determină în funcţie de aria A a secţiunii

rezervorului de decantare şi de înălţimea H a fazei lichide limpezite.

(2.16.)

în care t este durata de staţionare a lichidului în decantor şi este cel puţin egală

cu durata de decantare.

În cazul amestecurilor lichid-lichid separarea în câmp gravitaţional se

realizează tot datorită diferenţei dintre densităţile celor două lichide. Utilajele

folosite în acest scop se numesc vase florentine, care sunt de fapt decantoare de

formă cilindrică, aşezate vertical, cu funcţionare continuă. Înălţimea vaselor

florentine trebuie să asigure un timp suficient pentru depunerea fazei lichide cu

densitate mai mare sau pentru ca particulele fazei cu densitate mai mică să poată

ieşi la suprafaţă.

Desnisipatoarele sunt bazine care au rolul de a reţine particulele grele,

operaţia fiind executată înaintea decantării, din mai multe cauze: elimină uzura

abrazivă a utilajelor din aval, reduce pericolul de înfundare a instalaţiilor din

aval, reduce cantităţile de nămol la decantare.

Desnisipatoarele se realizează în două variante: orizontale şi verticale.

Desnisipatoarele orizontale (fig.2.5.) sunt constituite din două sau mai

multe bazine înguste şi mai puţin adânci, care au la intrare un agitator pentru

reţinerea impurităţilor plutitoare din apă.

Panta rigolei este de 0,5-2 %, apa circulă cu o viteză medie de 0,3 m/s,

timpul de staţionare fiind de 30-60 secunde.

Desnisipatoarele verticale (fig.2.6.) sunt construcţii cilindrice şi ocupă un

spaţiu mai redus decât cele orizontale. Apa uzată este alimentată printr-un racord

în tubul central, coboară şi apoi urcă prin spaţiul inelar cu o viteză redusă de

0,02-0,05 m/s.

69

Apa în industria alimentară. Surse de apă şi alimentarea cu apă

Fig.2.5. Schema desnisipatorului orizontal: 1- grătare; 2- cameră de liniştire şi de

distribuţie a apei; 3- cameră de depunere a nisipului; 4- rigolă.

Fig.2.6. Schema desnisipatorului vertical: 1- racord alimentare cu apă uzată; 2- spaţiu

central de alimentare; 3- rigolă pentru nisip; 4- racord de evacuare a nisipului; 5- deversor

pentru apa desnisipată; 6- racord de evacuare a apei desnisipate.

70

Apa în industria alimentară. Surse de apă şi alimentarea cu apă

Decantoarele sunt construcţii pentru reţinerea particulelor solide şi sunt

utilizate în toate instalaţiile de epurare. După modul de funcţionare decantoarele

sunt cu funcţionare continuă şi cu funcţionare periodică.

Decantoarele cu funcţionare periodică (fig.2.7.) au o construcţie simplă

fiind formate dintr-un rezervor 1 de formă cilindrică sau paralelipipedică, prevă-

zut cu racordul de alimentare cu apă uzată 2. Apa epurată este evacuată prin

racordul 3 la sifonul 5, care poate fi amplasat la diferite înălţimi cu ajutorul

scripetelui 6. Precipitatul este evacuat periodic prin racordul 4.

Decantoarele cu funcţionare continuă realizează alimentarea apei uzate şi

evacuarea apei purificate şi a nămolului în mod continuu. Ele pot fi construite în

mai multe variante: orizontale, verticale, cilindrice cu agitatoare, etc.)

Decantorul orizontal (fig.2.8.a.) este construit sub forma unui bazin 1 cu

baza înclinată, pentru a asigura alunecarea precipitatuuli spre gura de evacuare

8. Alimentarea cu apă uzată se face prin racordul 4, într-un spaţiu 2 prevăzut cu

preaplin, care realizează distribuţia uniformă a apei uzate în camera de sedimen-

71

Apa în industria alimentară. Surse de apă şi alimentarea cu apă

tare. Apa epurată obţinută deasupra precipitatului se scurge în vasul 3, de unde

după o ultimă decantare este evacuată prin racordul 5. Pentru curăţirea bazinului

de precipitat este folosit un răzuitor 7, care este permanent deplasat cu ajutorul

unui pod rulant 6. Acest tip de decantor poate funcţiona şi periodic, când

precipitatul este evacuat la intervale de timp.

Fig.2.8. Scheme de decantoare cu funcţionare continuă

72

Apa în industria alimentară. Surse de apă şi alimentarea cu apă

Decantorul vertical (fig.2.8.b.) este format din rezervorul 1 cu fund conic,

prevăzut la partea superioară cu rigola 2 în care se colectează apa epurată, de

unde este evacuată prin racordul 5. Apa uzată este alimentată prin conducta

centrală 3, care are la partea de jos o pâlnie, în scopul reducerii vitezei

amestecului. Precipitatul este evacuat prin racordul 4.

Decantorul cilindric cu agitator (fig.2.8.c.) este format din rezervorul 1, de

mică înălţime, cu fundul uşor înclinat. Pe axul central 2 sunt montate braţele 3

prevăzute cu racleţi pentru răzuirea precipitatului depus pe fundul rezervorului.

Alimentarea se realizează prin conducta 8 şi distribuitorul central 4, care

realizează distribuţia uniformă a apei uzate. Particulele solide se depun pe

fundul vasului de unde le preia racletele şi le evacuează prin racordul 6. Apa

epurată este colectată în rigola 7 şi evacuată prin racordul 5.

Flotaţia reprezintă procesul de antrenare a particulelor aflate în suspensie

într-un mediu lichid, la suprafaţa acestuia, cu ajutorul bulelor de aer aderente.

Flotaţia decurge în funcţie de felul particulelor:

- pentru particulele mari şi grele sunt necesare bule mari de gaz;

- pentru particule mici şi uşoare sunt necesare bule mici de gaz;

- pentru flotaţia coloizilor este obligatoriu ca în prealabil să se execute

operaţia de floculare (afânarea coloizilor prin introducerea de aer).

Flotaţia prin barbotare (fig.2.9.) se utilizează la separarea grăsimilor din

apele uzate (menajere, abatoare). În zona aerată puternic particulele de grăsimi

73

Apa în industria alimentară. Surse de apă şi alimentarea cu apă

încorporate în alte particule

sunt puse în libertate.

Fig.2.9. Schema separatorului de grăsimi prin flotaţie cu barbotare: 1- racord

alimentare apă; 2- placă poroasă; 3-racord evacuare apă epurată; 4- racord admisie aer; 5-

perete deflector; 6- echipament de colectare a grăsimii.

Flotaţia mecanică se utilizează la separarea particulelor minerale şi a

celor care precipită greu, cu dimensiuni sub 0,2 mm. Principiul de lucru al unui

asemenea separator constă în amestecarea aerului atmosferic cu apa uzată, cu

ajutorul unui rotor mecanic axial prin axul căruia este aspirat aerul atmosferic.

În figura 2.10. este prezentată schema unui asemenea separator.

74

Apa în industria alimentară. Surse de apă şi alimentarea cu apă

Fig.2.10. Schema unui separator de grăsimi prin flotaţie mecanică: 1- rotor; 2- cameră

de flotaţie; 3- racord alimentare apă uzată; 4- motor electric; 5- arbore agitator; 6- canale de

admisie a aerului atmosferic; 7- pereţi deflectori pentru atenuarea turbulenţei; 8- orificii

practicate în stator pentru circulaţia aerului şi apei; 9- stator; 10- apă epurată; 11- racord

pentru evacuarea aerului; 12- împingător spumă; 13- rezervor colector spumă; 14- racord de

evacuare a spumei.

Debitul de aer aspirat poate fi calculat cu realaţia:

(2.17.)

în care: q este debitul specific de aer pe unitatea de suprafaţă activă a, (q=40-50

cm3 aer/m2h);

a- suprafaţa activă, a=(3-6)D2, în m2;

D- diametrul rotorului, D=0,25-0,75 m.

Flotaţia sub vid constă în saturarea apei uzate cu aer într-o incintă închisă,

după care este trecută într-un spaţiu în care presiunea este mai mică decât cea

75

Apa în industria alimentară. Surse de apă şi alimentarea cu apă

atmosferică. Astfel se formează un procent mare de bule care asigură flotarea

particulelor aflate în suspensie.

Nămolul de fund şi grăsimile de la suprafaţă sunt raclate continuu şi

împinse spre căminele de colectare. Timpul de aeraţie este de 30-60 secunde la

un consum de aer de 0,2-0,4 m3/m3 apă.

Flotaţia prin presurizare se realizează cu o cantitate de apă epurată

recirculată cu o pompă şi introdusă la o presiune mai mare (3-6 bari) în camera

de presurizare, unde este adus aer de la un compresor. Apa presurizată printr-un

robinet de detentă eliberează cantitatea de aer dezvoltată sub formă de bule fine

în camera de amestec cu apa uzată.

În capsula de presurizare apa reciclată are un timp de retenţie de 3-10

min., iar consumul specific de aer este de 20-100 l/m3 apă.

2.1.2.3. Epurarea mecanică în câmp centrifugal

Suapensiile din apă sunt separate în câmp centrifugal sub acţiunea forţei

centrifuge, care este mult suterioară forţei gravitaţionale şi celei de filtrare. În

cazul apelor uzate epurarea în câmp centrifugal se poate realiza în două moduri:

- în câmp centrifugal creat de elementele în mişcare de rotaţie ale

centrifugei şi sunt utilizate în cazul nămolurilor;

- în câmp centrifugal creat prin trecerea apei uzate prin doferite piese

profilate, care îi imprimă o mişcare de rotaţie elicoidală descendentă.

Centrifugele cu transportor elicoidal au funcţionare continuă, iar tamburul

este de formă cilindrică cau conică, neperforat (centrifugă de sedimentare). În

figura 2.11. este prezentată schema unei centrifuge orizontale cu tambur

cilindro-conic şi transportor elicoidal pentru descărcarea sedimentului.

76

Apa în industria alimentară. Surse de apă şi alimentarea cu apă

Fig.2.11. Schema centrifugei orizontale cu transportor elicoidal: 1- racord de alimentare

a apei uzate; 2- conductă de alimentare concentrică cu tamburul; 3- tamburul centrifugei; 4-

transportorul elicoidal; 5- grup de antrenare tambur şi transportor elicoidal; 6- racord pentru

descărcare sediment; 7- racord de evacuare apă epurată.

În general la tamburii cilidro-conici se recomandă ca raportul între

lungimea tamburului şi diametrul acestuia să fie L/D=2-3 , iar unghiul de

înclinare a părţii conice a tamburului să fie mic.

În cazul particulelor solide grele, uşor sedimentabile se folosesc

centrifuge verticale, la care sedimentul este îndepărtat prin raclare cu un cuţit.

Cuţitul are înălţimea tamburului şi intră în acţiune atunci când sedimentul atinge

o anumită grosime (fig.2.12.)

Comanda avansului radial al cuţitului, oprirea alimentării cu apă uzată şi

deschiderea capacului inferior al centrifugei pentru eliminarea sedimentului sunt

comandate automat.

77

Apa în industria alimentară. Surse de apă şi alimentarea cu apă

Fig.2.12. Schema unei centrifuge verticale cu cuţit raclor: 1-tambur perforat; 2- conductă

de alimentare cu apă uzată; 3- cuţit raclor; 4- sediment; 5- apă epurată; 6- racord evacuare apă

epurată; 7- evacuare sediment; 8- carcasa centrifugei.

78

Apa în industria alimentară. Surse de apă şi alimentarea cu apă

Fig.2.13. Schema centrifugei cu talere. Fig.2.14. Schema centrifugei cu talere

cu descărcarea sedimentului la

periferie.

Centrifugele cu talere sau discuri sunt cel mai des utilizate la separarea

nămolului activ (fig.2.13.). Alimentarea apei uzate se face prin conducta 1

amplasată în centru tamburului cu talere 2. Apa uzată se ridică prin talerele 2 (la

distanţe de 0,34-3,20 mm între ele şi cu unghiul la vârf de 70-1000), trecând prin

orificiile 3 practicate în talere (orificii cu diametre diferite, 6-12 mm). Talerele

pot fi în număr de 100 buc.

Apa curată este orientată către axul central al centrifugei, fiind ridicată şi

evacuatăprin orificiul inelar 4, iar sedimentul care a fost orientat către periferia

tamburului este ridicat şi evacuat prin orificiile 5. Evacuarea sedimentului se

poate face şi pe la partea inferioară a periferiei tamburului (fig.2.14.).

Viteza de sedimentare în câmp centrifugal nu este constantă din cauza

variaţiei câmpului centrifugal. Pentru ca o particulă de solid de diametrul d să

79

Apa în industria alimentară. Surse de apă şi alimentarea cu apă

poată străbate un strat lichid de grosime R2-R1 , trebuie să I se imprime o viteză

medie care se poate determina cu relaţia:

(2.19.)

Diametrul minim al particulei care se depune în câmp centrifugal este:

(2.20.)

Durata t de centrifugare (pentru turaţia de regim) se alege corespunzător

în funcţie de: natura amestecului, debitul de alimentare, gradul de separare dorit,

etc.

Hidrociclonul realizează separarea particulelor solide dintr-un mediu de

dispersie lichid. Apele uzate care se epurează în hidrociclon nu pot fi tratate cu

substanţe de flocurare, datorită vitezelor şi acceleraţiilor mari care împiedică

procesul de flocurare.

Hidrocicloanele sunt numite şi centrifuge fără elemente în mişcare.

Un hidrociclon (fig.2.15.) este compus dintr-un recipient 1 de formă

cilindrică, terminat cu un trunchi de con 2. La partea superioară cilindrul este

prevăzut cu capacul 4 şi racordul 3 pentru alimentarea tangenţială a apei uzate.

80

Apa în industria alimentară. Surse de apă şi alimentarea cu apă

În interior, în partea centrală a

recipientului se află tubul 5, astfel

aşezat încât ajunge cu un capăt

aproare de baza părţii cilindrice,

iar celălalt capăt este scos în afara

recipientului. Tubul este acoperit

cu o hotă de protecţie împotriva

impurităţilor. La partea inferioară

a trunchiului de con se află

montată o ecluză 6, pentru

evacuarea particulelor solide care

se depun.

Fig.2.15. Schema tehnologică a unui hidrociclon.

2.1.2.4. Epurarea mecanică prin filtrare

Filtrarea apelor uzate se bazează pe capacitatea de reţinere a suspensiilor

de către un mediu poros, când este străbătut de aceasta. Operaţia de filtrare este

ultima verigă dintr-un proces tehnologic de epurare a apelor uzate, putând fi

aplicată şi la apele tratate cu substanţe coloidale, dacă se folosesc medii de

filtrare corespunzătoare.

81

Apa în industria alimentară. Surse de apă şi alimentarea cu apă

Ecuaţia vitezei de filtrare printr-un material filtrant este dată de relaţia:

(2.21.)

în care: dp este diametrul porului;

- vâscozitatea lichidului;

Hf- grosimea stratului filtrant;

Filtrele care funcţionează la presiunea hidrostatică sunt de tipul orizontale

şi verticale.

Filtrele orizontale sunt deschise, cu funcţionare periodică (discontinuă),

constituite din recipiente cilindrice cu diametru mare, la baza cărora se află o

sită, un ciur sau un grilaj, care constituie suportul de aşezare a materialului

filtrant pe care se depune precipitatul (fig.2.16.).

Fig.2.16. Schema unui filtru deschis care funcţionează la presiune hidrostatică: a- fără

agitator; b- cu agitator: 1- suport (sită, grilaj); 2- material filtrant; 3- precipitat; 4- rame de

sprijin; 5- ax agitator; 6- palete agitator.

82

Apa în industria alimentară. Surse de apă şi alimentarea cu apă

Filtrele care funcţionează sub vid au o eficienţă mai mare a filtrării,

reducând durata de filtrare prin realizarea artificială (prin pompe de vid) a unei

diferenţe de presiune mare.

Filtrul tambur cu vid (fig.2.17.) cu suprafaţa exterioară filtrantă are

funcţionarea continuă, automată şi este cel mai utilizat la epurarea apelor uzate.

Este format dintr-un cilindru orizontal 1 perforat, pe care se află o pânză de

filtrare 2. În interiorul cilindrului se montează un cilindru 3 din tablă care are

legătură cu cilindrul 1 prin pereţii radiali 4, care împarte filtrul în patru

componente sau celule 5. Cilindrul central are acelaşi număr de componente ca

şi filtrul, fiind peforat.

Fig.2.17. Schema unei instalaţii de filtrare cu vacuum cu depunerea precipitatului la exteriorul tamburului.

În compartimentul I are loc colectarea filtratului datorită depresiunii

create cu ajutorul conductei 6 legată la instalaţia de vid, formată din separatorul

de apă 7, regulatorul 8, pompa de vid 9 şi rezervorul de aer 10.

83

Apa în industria alimentară. Surse de apă şi alimentarea cu apă

În compartimentul II este colectat filtratul (apa epurată) care rezultă după

spălarea precipitatului, fiind legat la instalaţia de vid prin conducta 6.

În compartimentul III se introduce aer sub presiune prin conducta 11 de la

compresorul de aer 12, pentru desprinderea precipitatului de pe materialul

filtrant.

În compartimentul IV se introduce aer sub presiune prin conducta 13

pentru desfundarea porilor materialului fltrant.

Cuţitul 14 realizează desprinderea precipitatului care este colectat pe

banda transportoare 15.

Apa uzată este alimentată continuu în cuva 16, în care se află un agitator

17.

Fig.2.18. Schema unui filtru celular rotativ cu detaşarea precipitatului pe role.

Pentru evacuarea rapidă a precipitatului şi recuperarea rapidă a pânzei de filtrare se pot folosi filtre celulare rotative cu detaşarea precipitatului pe role (fig.2.18.).

Pânza 1 este înfăşurată pe rola de detaşare 2, rola de spălare 3şi pe rola de desfundare a porilor 4, după care intră în cuva cu apă uzată pentru filtrare.

Filtrale care funcţionează sub presiune sau filtrele presă sunt des folosite

la presarea nămolului deoarece rezultă un precipitat cu umiditate redusă (50-65

84

Apa în industria alimentară. Surse de apă şi alimentarea cu apă

%). La aceste filtre creşterea diferenţei de presiune necesară în operaţia de

filtrare se realizează cu ajutorul presiunii de pompare a amestecului în spaţiul

de alimentare sau prin reducerea volumului camerei de alimentare, forţând faza

lichidă din amestec să treacă prin suprafaţa filtrantă. Materialul filtrant este

aşezat pe suporţi din tablă perforată sau împletituri din sârmă.

Fig.2.19. Schema filtrului presă cu cameră.

Filtrul presă cu cameră (fig.2.19.) este format din elementele filtrante

identice, constituite din plăcile 2 (în număr mare 30-100), de formă circulară sau

dreptunghiulară, prevăzute cu un orificiu central prin care se alimentează

amestecul ce trebuie filtrat. Prin aşezarea succesivă a plăcilor şi strângerea lor se

85

Apa în industria alimentară. Surse de apă şi alimentarea cu apă

formează un canal central 6 prin care se realizează alimentarea şi canalele

colectoare 7 pentru evacuarea filtratului. Pânza de filtrare 3 este prevăzută cu

orificiu central şi este aşezată între plăci. Plăcile sunt strânse între un cap mobil1

şi unul fix 4.

Precipitatul rămâne pe pânza filtrantă şi este eliminat prin demontarea

filtrului şi scuturarea pânzei materialului filtrant.

Fig.2.20. Schema unui filtru presă cu bandă tip Degremont.

O funcţionare continuă o au filtrele presă cu bandă care execută filtrarea

prin presarea amestecului între două benzi transportoare. Un asemenea filtru

(fig.2.20.) este format dintr-un alimentator cu amestecător şi dispozitiv de

deversare 1, care alimentează banda transportoare perforată 12, prin intermediul

deflectorului 2. Repartiţia uniformă a amestecului (nămolului) pe banda 12 se

face de greblele nivelatoare 3, iar presarea nămolului se face cu ajutorul

cilindrului de stoarcere 4. Lichidul este colectat în cuva înclinată 13 de unde este

evacuat prin pompare.

Nămolul stors rămas pe bandă este presat cu o altă bandă 14 care înfăşoră

tamburul motor 5, peste banda cu nămol pe o porţiune de 70-800. Banda 14 este

presată pe banda cu nămol 12 cu ajutorul rolelor de presiune 6. Cele două benzi

sunt dirijate de cilindrii de întoarcere 7 către dispozitivul de raclare a nămolului

86

Apa în industria alimentară. Surse de apă şi alimentarea cu apă

8, care desprinde nămolul de pe banda de presare 14.

Un alt dispozitiv de raclare 15 realizează desprinderea nămolului de pe

banda perforată 12, dirijându-l în cuva colectoare 11.

Benzile sunt centrate prin dispozitivele 9 şi spălate cu ajutorul duzelor 10.

Întinderea benzilor se face hidraulic prin dispozitivele 16.

2.1.3. Epurarea biologică

Prin epurarea biologică se înţelege procesul de prelucrare a apelor uzate în

urma căruia are loc transformarea impurităţilor organice, ca rezultat al

metabolismului bacterian, în produşi de degradare inofensivi şi biomasă.

Procesul de epurare biologică a apelor uzate se rezumă la un transfer de

materiale dinspre apă spre celulele vii şi dinspre acestea spre apă.

Epurarea biologică cuprinde două procese:

- un proces biologic aerob în care sunt implicate microorganisme care

necesită oxigen dizolvat pentru desfăşurarea proceselor metabolice;

- un proces biologic anaerob în care sunt implicate microorganisme care

folosesc oxigenul din materia organică sau din compuşii minerali (din nitriţi sau

sulfaţi cu formare de amoniac, respectiv hidrogen sulfurat).

2.1.3.1. Epurarea biologică aerobă

Acest procedeu constă în oxidarea substanţelor organice ca rezultat al

activităţii microorganismelor aerobe, rezultând dioxid de carbon şi apă şi

importante cantităţi de energie (fig.2.21.).

Procesele de epurare biologică aerobă a apelor uzate, care sunt

biodegradabile, se pot clasifica după modul de depunere a biomasei în două

categorii:

87

Apa în industria alimentară. Surse de apă şi alimentarea cu apă

- procese în care microorganismele sunt suspendate în apă sub formă de

flocoane, numite procese de epurare biologică cu nămol activ;

- procese în care microorganismele sunt fixate pe un suport solid, formând

biofiltre.

Fig.2.21. Schema degradării aerobe a substanţelor organice.

Epurarea biologică cu nămol activ se realizează în instalaţii care cuprind

(fig.2.22.) utilaje de epurare mecanică primară, utilaje pentru epurarea biologică

şi utilaje pentru epurarea mecanică secundară.

Prin aerarea apei uzate se formează flocoane brune, care au o structură

complicată, caracterizată printr-o masă gelatinoasă, secretată de microorganisme

(bacterii şi substanţe inerte). Floconul este unitatea de bază a nămolului activ.

88

Apa în industria alimentară. Surse de apă şi alimentarea cu apă

Oxigenul necesar procesului biologic provine din aerul atmosferic şi este

introdus în apa uzată prin metode mecanice, pneumatice şi mixte (fig.2.23.).

Fig.2.22. Schema unei instalaţii de epurare biologică cu nămol activ: 1- decantor pentru

epurare primară; 2- bazin de aerare (reactor); 3- conducte pentru aer; 4- decantor pentru

epurare secundară; 5- conductă pentru recircularea nămolului; 6- pompă.

89

Apa în industria alimentară. Surse de apă şi alimentarea cu apă

Fig.2.23. Metode de aerare: a- mecanică cu rotor; b- mecanică cu rotor cu ax orizontal; c-

pneumatică cu sifon; d- pneumatică cu placă poroasă; e- mixtă.

Epurarea biologică prin biofiltre este caracteristică prin faptul că biomasa

este depusă pe un suport solid, format din materiale filtrante cu suprafaţă

specifică mare (pietriş, cocs, zgură, materiale plastice sau ceramice, etc.). Apa

uzată este alimentată pe la partea superioară a filtrului biologic, fiind distribuită

uniform de o paletă rotitoare peste materialul granular de umplutură, străbate

acest strat peste care s-a dezvoltat o peliculă biologică, fiind colectată şi

evacuată pe la partea inferioară a filtrului.

În figura 2.24. este prezentată schema unui biofiltru, iar în figura 2.25.

schema unei instalaţii de epurare cu biofiltre.

Fig.2.24. Schema unui filtru biologic: 1- conductă pentru alimentare cu apă uzată; 2- paletă

rotitoare de distribuţie; 3- material granular solid; 4- peliculă biologică; 5- conductă pentru

90

Apa în industria alimentară. Surse de apă şi alimentarea cu apă

ventilaţie cu aer; 6- drenaje; 7- fund cu orificii pentru evacuarea apei; 8- fund înclinat pentru

scurgerea apei; 9- evacuarea apei epurate; 10- racord preaplin; 11- pereţi din beton.

Fig.2.25. Schema unei instalaţii de filtrare cu biofiltre: 1- alimentare apă uzată; 2- decantor

primar; 3- evacuare apă epurată; 4- evacuare nămol primar; 5,6- biofiltre; 7- evacuare apă

epurată biologic; 8- reciclare apă; 9- pompă; 10- decantor secundar; 11- nămol secundar; 12-

evacuare apă epurată; 13- reciclare nămol secundar; 14- pompă.

2.1.3.2. Epurarea biologică anaerobă

91

Apa în industria alimentară. Surse de apă şi alimentarea cu apă

Reacţiile din mediul anaerob produc mai puţină energie,

ceea ce duce la sinteza unor cantităţi mai reduse de material

celular, deci la o creştere mai mică a suspensiei bacteriene.

Fermentaţia are loc în absenţa aerului, în bazine etanşe, la

temperaturi ce variază între 20-600C.

Variantele de realizare a procesului anaerob sunt:- cu masă biologică în suspensie; apa uzată este recirculată prin masa de microorganisme anaerobe care se dezvoltă pe un suport granular poros (cărbune activ sau argilă calcinată) şi este menţinută în stare de expansiune la partea inferioară a bazinului de fermentare, sub acţiunea bulelor de gaz formate şi a vitezei ascensionale a apei;

- cu masă biologică sub formă de peliculă pe un suport solid; această variantă este asemănătoare cu cea aerobă, în acest caz folosindu- se filtre anae-

robe complet închise, iar materialul filtrant complet înnecat.

2.1.4. Epurarea chimică

Pe lângă tehnicile prezentate până în prezent, la epurarea apelor uzate sunt folosite şi cele chimice bazate pe:

- oxidare chimică în faza lichidă (cu ozon şi cu clor);

- schimb ionic;

- incinerare;

- oxidarea termică, cu aer, în faza lichidă;

- cataliză;

- fotocataliză.

Prelucrarea chimică a apelor uzate se realizează prin procedee de

neutraliazre, oxidare, oxidare şi reducere, coagulare şi floculare, schimb ionic

sau prin folosirea catalizatorilor de accelerare a reacţiilor chimice.

2.1.4.1. Neutralizarea apelor uzate

Aceasta are drept scop corectarea pH-ului apei uzate, aducându-l la o valoare cât mai apropiată de cea neutră. Valoarea neutră a pH-ului apei uzate favorizează dezvoltarea florei şi faunei acvatice şi reduce coroziunea materialelor metalice cu care apa vine în contact.

Neutralizarea se poate face prin următoarele metode:

92

Apa în industria alimentară. Surse de apă şi alimentarea cu apă

- prin neutralizarea reciprocă a apelor uzate acide şi alcaline, prin amestecare, atunci când acestea rezultă din instalaţii apropiate ca distanţă;

- folosirea unor deşeuri industriale: nămolurile de la fabricile de sodă sau de la producerea acetilenei din carbid, gazele de ardere bogate în dioxid de carbon, acizi reziduali de la sulfurare, etc.;

- folosirea unor substanţe cu caracter puternic acid sau bazic.

Fig.2.26. Schema unei instalaţii de neutralizare: 1- alimentator pentru apă acidă sau alcalină; 2- recipiente; 3- şicane; 4- dispozitive de amestecare; 5- conductă pentru alimentare cu apă; 6- conductă pentru alimentare cu neutralizant; 7- dozator; 8- regulator; 9- analizor; 10- evacuare apă aproximativ neutră.

Schema de principiu a unei instalaţii de neutralizare este prezentată în figura 2.26.

O importanţă mare într-o instalaţie de neutralizare o reprezintă dozarea automată a reactivilor care se adaugă, recipientul şi dispozitivul de amestecare.

2.1.4.2. Epurarea apelor uzate prin reacţii de oxidare

În cazul în care substanţele organice din apele uzate sunt rezistente la procesul de epurare biologică (detergenţi, coloranţi, aldehide, fenoli), se poate folosi oxidarea chimică a acestor substanţe rezultând produşi finali de oxidare sau obţinerea unor specii intermediare care nu sunt dăunătoare.

Cei mai importanţi oxidanţi sunt prezentaţi în cele ce urmează.

Apa oxigenată, folosită în prezenţa unui catalizator (săruri de fier divalent), duce la obţinerea de oxigen, apă şi hidroxid feric ce acţionează ca un coagulant, uşurând sedimentarea particulelor de impurităţi. Apa oxigenată se poate obţine direct din apa uzată prin folosirea procedeului descărcării Corona.

Ozonul, folosit la procedeul de oxidare a apelor uzate prezintă unele avantaje: costuri reduse, distruge direct proteinele şi aminocizii, acţionează asupra substanţelor biorezistente.

Clorul şi compuşii cu clor au un grad de epurare mai mare, iar produşii rezultaţi pot fi toxici. Aceşti oxidanţi sunt utilizaţi pentru indepărtarea hidrogenului sulfurat, a nitraţilor, a amoniacului, cianurilor, etc.

2.1.4.3. Epurarea apelor uzate prin precipitare, coagulare şi floculare

Precipitarea este un proces specific ionilor, care în urma unor reacţii chimice formează săruri care se depun în câmp gravimetric.

93

Apa în industria alimentară. Surse de apă şi alimentarea cu apă

Coagularea este fenomenul de aglomerare a particulelor fine coloidale sub acţiunea unor substanţe chimice, numite coagulanţi, rezultând flocoane fine.

Flocularea este o etapă ce urmează coagulării şi constă în aglomerarea flocoanelor fine, rezultând flocoane mari.

Agenţii de coagulare care realizează destabilizarea sistemelor coloidale, sunt sărurile acizilor tari şi ale bazelor slabe: alaunul de aluminiu şi sodiu sau potasiu, aluminatul de sodiu, sărurile de fier.

Agenţii de floculare sunt argilele minerale (bentonitele), acizii silicici, amidonul, dextranul, carboximetil celuloza, colagenul, polietilendiaminele, clorhidraţii de polivinilamoniu, etc.

O instalaţie de coagulare-floculare cuprinde următoarele elemente: separatoare cu grătare, bazin de egalizarea debitului, bazin de preparare a soluţiei de tratare, pompe dozatoare, bazin de amestec, bazin de reacţie, decan-

toare, instalaţii de deshidratare a nămolului.

Fig.2.27. Schema unui bazin de reacţie la care alimentarea cu apă uzată se face după o mişcare elicoidală descendentă: 1- racord alimentare apă uzată; 2- partea cilindrică a bazinului; 3- decantorul; 4- cilindru de alimentare turbulentă; 5- grătar liniştire; 6- racord evacuare apă epurată; 7- racord evacuare flocoane depuse; 8- dispozitiv de imprimare a mişcării elicoidale.

Substanţele coagulante se pot găsi în bazinele de amestec sau pot fi

injectate în conducta de transport a apei uzate. De la bazinele de amestec apa

este transportată în bazinele de reacţie (fig.2.27.), unde se formează flocoane

94

Apa în industria alimentară. Surse de apă şi alimentarea cu apă

mari şi care prin depunere la partea inferioară a bazinelor de formă conică, joacă

rolul de decantoare.

2.1.4.4. Epurarea apelor uzate prin schimb ionic

Schimbul ionic constă în înlocuirea ionilor prezenţi în apă prin ioni aflaţi

în structura unor substanţe ce poartă denumirea de schimbători de ioni.

Schimbătorii de ioni se folosesc la prelucrarea apei prin dedurizare, eliminarea

carbonaţilor, deionizare, eliminarea unor substanţe organice.

Fig.2.28. Schema unei instalaţii de dedurizare cu Na- cationiţi: 1- rezervor de afânare; 2-

filtru cu Na- cationiţi; 3- rezervor pentru pregătirea soluţiei de clorură de sodiu; 4- pâlnie

pentru introducerea soluţiei de clorură de sodiu; 5- reductorul vitezei de afânare; 6- Na-

cationiţi; 7- strat de pietriş; 8- clorură de sodiu; 9- strat filtrant; 10- robinet evacuare soluţiei

de clorură de sodiu; 11- robinet evacuare.

95

Apa în industria alimentară. Surse de apă şi alimentarea cu apă

Schimbătorii de ioni se clasifică astfel:

1. după natura lor:

- anorganici: naturali numiţi zeoliţi (silicaţi de aluminiu) sau

sintetici numiţi permutiţi (cristale de dioxid de siliciu, silicat de

aluminiu hidrat, carbonat de sodiu);

- organici (răşini sintetice);

2. după încărcarea electrică a ionilor care sunt reţinuţi:

- cationiţi (puternic sau slab acizi);

- anioniţi (puternic sau slab bazici);

3. după natura cationului care intră în reacţia de schimb:

- Na – cationiţi;

- H- cationiţi.

2.1.4.5. Epurarea catalitică a apelor uzate

Epurarea catalitică se bazează pe conversia chimică a poluanţilor organici

sau anorganici în prezenţa unor catalizatori, care au rolul de acceleratori ai

reacţiei chimice.

În funcţie de tipul reacţiei, metodele catalitice se împart în:

- metode de oxidare catalitică;

- metode de hidrogenare catalitică.

După natura substanţelor poluante se disting metode pentru transformarea

substanţelor organice şi metode pentru transformarea substanţelor anorganice,

iar după tipul fazelor avem: metode catalitice eterogene şi metode catalitice

omogene.

Oxidarea catalitică se aplică când procedeele clasice (oxidare biologică

sau chimică) nu dau randament şi constă în oxidarea compuşilor organici din

96

Apa în industria alimentară. Surse de apă şi alimentarea cu apă

apele uzate în prezenţa unui catalizator. Schema unei asemenea instalaţii este

prezentată în figura 2.29.

Catalizatorii folosiţi trebuie să fie activi şi să prezinte o stabilitate faţă de

mediul agresiv în care lucrează (apele uzate pot fi acide sau alcaline, fierbinţi).

Fig.2.29. Schema instalaţiei de oxidare catalitică a poluanţilor organici din apa uzată:

1- pompă pentru alimentare cu apă uzată; 2- schimbător de căldură; 3- preîncălzitor; 4-

reactor; 5- separator; Au- apă uzată; Ap- apă purificată.

Catalizatorii pot fi constituiţi din:

- metale depuse pe suport, în special metale nobile Pt, Pd, Rh, Rn, Ir şi

care au utilizare la apele poluate cu fenoli, acid acetic, acid formic, acid malic,

alcooli;

- oxizi metalici, CuO-ZnO-Al2O3, CuO-ZnO, folosiţi la apele poluate cu

fenoli, clorfenoli, alcool butilic, nitrofenol.

2.1.4.5. Epurarea fotocatalitică

97

Apa în industria alimentară. Surse de apă şi alimentarea cu apă

Această metodă este eficientă în majoritatea claselor de compuşi organici

şi o parte din cei anorganici. Este folosită în cazul substanţelor poluante greu

degradabile prin metodele prezentate până acum: derivaţii halogenaţi, fenolii,

pesticidele, hidrocarburile, substanţele tensioactive, alcoolii, aminele, polimerii,

etc.

Fotocatalizatorii cei mai folosiţi din cadrul materialelor semiconductoare

sunt: dioxidul de titan (TiO2) şi oxidul de zinc (ZnO). Dioxidul de titan este

folosit sub forma unor membrane fixate pe pereţii fotocatalizatorului sau sub

forma de sticlă poroasă.

Cel mai răspândit sistem (fig.2.30.) este format dintr-o lampă UV (=300-

400 mm) 5, care este înfăşurată într-un manşon din fibră de sticlă 4, ce conţine

dioxid de titan. Acest ansamblu este introdus într-um tub de oţel inoxidabil 3,

care are la capăt racordul 1 de alimentare a apei uzate Au şi la celălalt capăt

racordul 2 de evacuare a apei purificate Ap.

Fig.2.20. Schema unui fotoreactor.

98

Apa în industria alimentară. Surse de apă şi alimentarea cu apă

În interiorul fotoreactorului apa circulă între lampă şi tubul exterior din

oţel inoxidabil, străbătând stratul de fibră de sticlă TiO2. Fotocataliza eterogenă

are următoarele avantaje:

- acţionează asupra unei game mari de poluanţi de concentraţii diferite;

- nu foloseşte reactanţi suplimentari;

- durate mici de degradare la majoritatea poluanţilor;

- catalizatorii folosiţi sunt ieftini şi netoxici;

- nu necesită condiţii speciale de lucru (temperatură şi presiune).

99