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
Top Related