depoluare curs 05
Post on 08-Jul-2015
98 Views
Preview:
TRANSCRIPT
DEPOLUAREA EFLUENTILOR DIN INDUSTRIA ALIMENTARA SI BIOTEHNOLOGIIProf.dr.ing. Lucian Gavril 2010 - 2011
APA IN INDUSTRIE- caracteristicile apei, - surse i resurse de ap, - obinerea apei potabile i industriale, - cerine pentru apa utilizat n industrie
AP PRETUTINDENI Apa acopera 71% din suprafata Pamantului Corpul uman contine peste 60% apa
VIATA = APA
Lucian Gavrila APA IN INDUSTRIE
3
PROPRIETILE ANORMALE ALE APEI Interval larg intre punctul de inghet si cel de fierbere: 100 K In absenta legaturilor de hidrogen, transformarile de faza ar trebui sa aiba loc la: solidificarea: fierberea: 173.15 K (-100 C) 193.15 K (-80 C)
Densitatea apei scade (volumul se mareste) cand aceasta ingheata.Lucian Gavrila APA IN INDUSTRIE 4
1002.00 Densitatea [kg/m ]3
Densitatea apei
1000.00 998.00 996.00 994.00 0 5 10 15 20 Temperatura [ oC] 25 305
Lucian Gavrila APA IN INDUSTRIE
APA PUR STRUCTUR I PROPRIETI Densitatea apei are o valoare maxim la 277 K (4 C) La 273 K (0 C) apa se solidific, mrindu-i volumul cu cca 9%, fiind mai uoar dect apa lichid (fapt atribuit structurii afnate a gheii), plutind deasupra acesteia. Drept consecin, sub 277 K (4 C), apa rcit nghea, se ridic la suprafa sub forma unui strat protector, fcnd posibil astfel viaa acvatic.Lucian Gavrila APA IN INDUSTRIE 6
PROPRIETI TERMICE100 80 60 40 20 0 Capacitate termica Conductivitate termica Caldura latenta de evaporare7
Apa Metanol Etanol Benzen
Lucian Gavrila APA IN INDUSTRIE
PROPRIETI TERMICE Datorita valorilor ridicate ale capacitatii termice (cp) si ale caldurii latente de vaporizare (Hev):
Utilizarea pe scar larg a apei ca agent de transfer de cldur este tot un rezultat al proprietilor anormale ale acesteia.Lucian Gavrila APA IN INDUSTRIE
marile ntinderi de ap de pe suprafaa Pmntului au rolul de veritabile DEPOZITE DE CALDURA
8
APA SOLVENTUL UNIVERSAL Datorita valorii ridicate a constantei dielectrice (depasita doar de cea a formamidei), apa este un agent de ionizare si solvent excelent pentru: compusi ionici si neionici, substante polare si nepolare, gaze, lichide si solide.
Datorita proprietatilor de solvatare, apa pura reprezinta mai degraba un concept teoretic.Lucian Gavrila APA IN INDUSTRIE 9
DISPUNEM DE SUFICIENTA APA ?Ape dulci, 2.53 Lacuri sarate, ape subterane inutilizabile, 0.97
Hidrosfera, nveliul de Hidrosfera, nveliul de ap al Pmntului conine ap al Pmntului conine circa 1,4.1099 km33, apele circa 1,4.10 km , apele acoperind circa 71% din acoperind circa 71% din suprafaa globului suprafaa globului
Mari si oceane, 96.5
Lucian Gavrila APA IN INDUSTRIE
10
DISPUNEM DE SUFICIENTA APA ?Repartizarea resurselor de ap dulce ale PmntuluiForma n care se afl apaGheari i zpezi permanente Gheaa din zona de permafrost Ape subterane Umiditatea solului Apa din lacuri Apa din mlatini Apa din ruri Apa biologic Apa atmosferic
Suprafa ocupat [km2]16 227 500 21 000 000 134 800 000 82 000 000 1 236 000 2 682 600 148 800 000 510 000 000 510 000 000
Volum de ap km324 064 100 300 000 10 530 000 16 500 91 000 11 470 2 120 1 120 12 900
%68,698 0,856 30,060 0,047 0,260 0,033 0,006 0,003 0,037
TOTAL AP DULCE
35 029 210 100,000Lucian Gavrila APA IN INDUSTRIE 11
CIRCUITUL APEI IN NATURAAP ATMOSFERIC (nori, cea, etc..)AP DULCEprecipitaiiScu r ger id
precipitaii ACTIVITI UMANE evaporare transpiraiei
DU e su LCE pr a faRuri, fluvi
A P
infiltraie
Vieuitoare LAC
AP SALINLAC MRI I OCEANE
Ap freatic
AP
DU L CE
I SAL
IN12
Lucian Gavrila APA IN INDUSTRIE
APA IN NATURA Apele dizolv sruri, apa natural fiind o soluie de sruri anorganice, substane organice i gaze, de diferite concentraii. n funcie de concentraia srurilor, se pot distinge patru categorii de ape: ape dulci, sub 0,5 g/L saruri sursa tradiional de ap potabil; ape mixohaline (salmastre), ntre 0,5 i 30 g/L sruri; ape euhaline (marine), ntre 30 i 40 g/L sruri; ape hiperhaline (suprasaturate), peste 40 g/L sruri.
Lucian Gavrila APA IN INDUSTRIE
13
Pentru nevoile industriei resursele de ap disponibile la ora actual sunt: apele de adncime, apele de suprafa, apele stttoare/curgtoare (lacuri, iazuri, ruri, fluvii), apa de mare.
SURSE DE AP
Apa nglobat n calotele polare, gheari i zpezile perene, precum i apa subteran aflat la adncimi foarte mari sunt surse deocamdat neexploatabile din punct de vedere economic.Lucian Gavrila APA IN INDUSTRIE 14
Principalele diferente dintre apele subterane si apele de suprafatCaracteristica Temperatura Turbiditatea Culoarea Mineralizarea Fe2+ i Mn2+ dizolvat CO2 agresiv O2 dizolvat H2S NH4+ Azotai Silice Micropoluani minerali sau organici Organisme vii Solveni clorurai Natur eutrofic Apa de suprafa Variabil dup anotimp Variabil, uneori ridicat Datorat n special suspensiilor (argile, alge) Variabil funcie de sol, ploi, eflueni, etc. De regul abseni, exceptnd fundul lacurilor i iazurilor eutrofizate De regul absent Deseori aproape de concentraia de saturaie; absent n apele foarte poluate De regul absent Prezent doar in ape foarte poluate Prezeni la un nivel n general sczut De regul n cantiti moderate Prezeni n apele rilor dezvoltate, dar capabili s dispar dup ndeprtarea sursei Bacterii, virusuri, zooplancton i fitoplancton Rareori prezeni Apa subteran Relativ constant Sczut sau absent Datorat tuturor substanelor dizolvate Majoritar constant, uzual mai mare dect a apelor de suprafa din aceeai regiune De regul prezeni Prezent deseori n cantiti ridicate De regul absent Deseori prezent Deseori prezent, fr a fi un indice al polurii bacteriene Prezeni uneori n cantiti ridicate Prezent uneori n cantiti ridicate De regul abseni; poluarea accidental poate dura perioade ndelungate Frecvent se ntlnesc ferobacterii Deseori prezeni 15
Adesea, cresctoare cu temperatura Nu Lucian Gavrila APA IN INDUSTRIE
CARACTERIZAREA APELOR NATURALE Calitatea apelor naturale este determinat de coninutul de substane dizolvate sau aflate n suspensie, precum i de organismele vii prezente.
Lucian Gavrila APA IN INDUSTRIE
16
Principalele substane i organisme prezente n apele naturale Provenien Suspensii Coloizi Gaze Substane neionice Substane ionice Cationi Anioni HCO3ClSO42NO3CO32HSiO3H2BO3HPO42H2PO42OHFHCO3SO4217
Din solul mineral i din roci
nmol, nisip, alte substane anorganice
argil SiO2 Fe2O3 MnO2
CO2
Ca2+ Mg2+ Na+ K+ Fe2+ Mn2+ Zn2+
Din atmosfer
N2 O2 CO2 SO2Lucian Gavrila APA IN INDUSTRIE
H+
Principalele substane i organisme prezente n apele naturale Substane neionice materii vegetale colorate, resturi organice Substane ionice Cationi Anioni ClHCO3NO2NO3OHHSR-COO-
Provenien
Suspensii
Coloizi
Gaze CO2 NH3 O2 N2 H2S CH4 H2
Din descompunere organic
sol organic, resturi organice
materii vegetale, resturi organice
Na+ NH4+ H+
Organisme vii
peti, alge, diatomee, organisme minuscule
virui, bacterii, alge, diatomee
Lucian Gavrila APA IN INDUSTRIE
18
CARACTERIZAREA APELOR NATURALE Suspensiile totale = cantitatea total de componente solide, insolubile, prezente ntr-un volum determinat de ap, care pot fi separate prin diferite metode fizice (sedimentare, filtrare, centrifugare). Se exprim n mg.L-1 (g.m-3).
Lucian Gavrila APA IN INDUSTRIE
19
CARACTERIZAREA APELOR NATURALE Suspensiile gravimetrice = totalitatea solidelor insolubile care pot sedimenta natural ntr-o anumit perioad de timp. Procentul pe care l reprezint suspensiile gravimetrice n totalul solidelor n suspensie este indicatorul care permite dimensionarea denisipatoarelor.
Lucian Gavrila APA IN INDUSTRIE
20
CARACTERIZAREA APELOR NATURALE Suspensiile coloidale = totalitatea particulelor dispersate a cror mrime variaz ntre 1 i 100 nm, care, datorit proprietilor electrice de suprafa, nu sedimenteaz natural, ndeprtarea lor necesitnd tratamente suplimentare de destabilizare (coagulare, floculare). O mrime legat de prezena suspensiilor coloidale este turbiditatea apei.Lucian Gavrila APA IN INDUSTRIE 21
CARACTERIZAREA APELOR NATURALE Gazele dizolvate Dintre gazele solubile n ap, prezint importan pentru procesele de tratare i condiionare a apelor industriale: oxigenul, dioxidul de carbon, amoniacul, hidrogenul sulfurat. Alte gaze, cum ar fi: oxizii de sulf (SO2 i SO3), oxizii azotului (NO i NO2 n special), HCl, HCN sunt specifice anumitor activiti industriale (energetic, siderurgie, metalurgie, Lucian Gavrila 22 industrie chimic), APA IN INDUSTRIE
CARACTERIZAREA APELOR NATURALE Oxigenul Oxigenul din ap: din atmosfer, O2 se dizolva la supraf. apei, ca rezultat al fotosintezei unor org. acvatice.
Consum biochimic de oxigen (CBO) = cantitatea de oxigen consumat la ntuneric, la 293 K (20 C), ntr-o perioad dat (5 zile) pentru a realiza, prin mijloace biologice, oxidarea materiei organice biodegradabile existente n ap.Lucian Gavrila APA IN INDUSTRIE 23
CARACTERIZAREA APELOR NATURALE Dioxidul de carbon Prezena CO2 n apele naturale:
Din procesele de oxidare care au loc n ap (respiraia organismelor, fermentarea resturilor organice), Datorita echilibrului stabilit ntre ap i rocile cu coninut de carbonai (mai ales n cazul apelor subterane).
Dizolvarea CO2 n ap conduce la apariia mai multor specii, moleculare sau ionice:Lucian Gavrila APA IN INDUSTRIE 24
CARACTERIZAREA APELOR NATURALECO2 liber
CO 2{} g CO 2{}l
CO 2 + H 2 O H 2 CO 3
CO2 semiliber (semilegat) CO2 legat
H 2CO3 H + HCO+
3
HCO H + CO 3 +Lucian Gavrila APA IN INDUSTRIE
2 325
CARACTERIZAREA APELOR NATURALE1.00 0.90 0.80 0.70 0.60 0.50 0.40 0.30 0.20 0.10 0.00 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
Fracie din CO2 Total
CO2 Liber CO2 Semilegat CO2 Legat
Valoare pHLucian Gavrila APA IN INDUSTRIE 26
CARACTERIZAREA APELOR NATURALE Amoniacul n ap azotul poate aprea sub form de: azot molecular (N2), azot legat n diverse combinaii organice, amoniac (NH3) sau ioni amoniu (NH4+), azotii (nitrii) (NO2-), azotai (nitrai) (NO3-).
Amoniacul constituie o faz intermediar n ciclul complex al azotului:Lucian Gavrila APA IN INDUSTRIE 27
Reziduuri Descompunere
COMPUI ORGANICI CU AZOT
Catabolism aerobic Descompunere
AZOT ORGANIC PROTEINE ANIMALEMoarte Anabolism (sinteza proteinelor) Descompunere Fixare de ctre alge i bacterii
Catabolism aerobic
AZOT AMONIACAL
AZOT ATMOSFERICAmonificare bacterian
Reducere Oxidare Bacterii nitrficatoare
AZOT ORGANIC PROTEINE VEGETALE
Descrcri electrice i fotosintez Denitrificare bacterian
AZOTII (NITRII)Reducere Oxidare Bacterii nitrficatoare
Sinteza bacterian a aminoacizilor
AZOTAI (NITRAI)
Lucian Gavrila APA IN INDUSTRIE
28
CARACTERIZAREA APELOR NATURALE Nitrificarea, const din dou procese succesive: formarea azotiilor, sub aciunea bacteriilor formatoare de azotii, cum sunt
Nitrosomonas, Nitrosocystis, Nitrosospira, Nitrosoglea, etc.
formarea azotailor, sub aciunea bacteriilor de tip Nitrobacter, Nitrocystis, Bactoderma, Microderma, etc.
bacteriile sunt autotrofe i strict aerobeLucian Gavrila APA IN INDUSTRIE 29
CARACTERIZAREA APELOR NATURALE Hidrogenul sulfurat Sub aciunea bacteriilor, H2S se poate oxida pn la acid sulfuric, agent coroziv pentru majoritatea conductelor i echipamentelor metalice: 2H 2S + O 2 2H 2 O + 2S
2S + 3O 2 + 2H 2 O 2H 2SO 4 Alte bacterii, care secret sulforeductaze, pot cataliza reacia global de reducere a H2SO4 pn la H2S:
H 2SO 4 + 4H 2 H 2S + 4H 2 OLucian Gavrila APA IN INDUSTRIE
30
Reziduuri Descompunere
COMPUI ORGANICI CU SULF
Digestie anaerob Descompunere
SULF N ORGANISME ANIMALEDescompunere
Oxidare Reducere bacterian
H2S HS- S2(Hidrogen sulfurat, sulfuri)
Digestie
SULF ELEMENTAR (S0)
Oxidare Reducere (SRB)
SULF N ORGANISME VEGETALEAsimilare
Ardere Oxidare
Reducere (Bacterii depuntoare de sulf)
Oxidare parial
SULFII (S4+)
Oxidare
SULFAI (S6+)31
Lucian Gavrila APA IN INDUSTRIE
CARACTERIZAREA APELOR NATURALE n funcie de pH, hidrogenul sulfurat poate exista n ap sub forma urmtoarelor specii moleculare sau ionice: gaz dizolvat fizic, la pH < 5; gaz dizolvat fizic i anioni HS-, la 5 < pH < 9; anioni HS- i anioni S2-, la pH > 9.
Lucian Gavrila APA IN INDUSTRIE
32
Srurile minerale dizolvateClasa 1 Componeni primari uzual peste 5 mg.L-1 calciu carbonai acizi magneziu sodiu sulfai total solide dizolvate peste 0,1 mg.L-1 potasiu stroniu silice substane cloruri organice Componeni secundari uzual amoniu fier azotai fluoruri borai
Clasa 2
Lucian Gavrila APA IN INDUSTRIE
33
Srurile minerale dizolvateClasa 3 Componeni teriari uzual peste 0,01 mg.L-1 aluminiu cupru plumb zinc arsen fosfai bariu litiu bromuri mangan Componeni cuaternari uzual sub 0,01 cadmiu mercur crom nichel cobalt stibiu
Clasa 4
(n urme) mg.L-1 staniu titan
Lucian Gavrila APA IN INDUSTRIE
34
Srurile minerale dizolvateClasa 5Cicluri biologiceCiclul carbonului: Corganic/CH4/CO/CO2/(CH2O)n/Cesuturi vii Ciclul oxigenului: O2/CO2 Ciclul azotului: Norganic/NH3/NO2-/NO3-/N0/aminoacizi Ciclul sulfului: Sorganic/HS-/SO32-/SO42-/S0 Oxidarea materialelor - din mediul natural: O2, S - tratarea reziduurilor: Cl2, CrO42Reducerea materialelor - din mediul natural: Fe2+, Mn2+, HS-, substane organice - tratarea reziduurilor: Fe2+, SO2, SO32-, substane organiceLucian Gavrila APA IN INDUSTRIE 35
Componeni tranzitoriiAciditate alcalinitate: H+/OH-
Reacii redox
Radionuclizii
CARACTERIZAREA APELOR NATURALE Apa fiind un electrolit neutru, suma coninutului de cationi trebuie s fie egal cu suma coninutului de anioni. Astfel, cnd concentraiile tuturor ionilor sunt exprimate n mg/L, trebuie satisfcut egalitatea: 2 Na + K + Ca 2+ Mg 2+ Cl HCO3 SO 2 SiO3 4 + + + = + + + 23,0 39,1 20,05 12,16 35,5 61,03 48,03 38,03
Lucian Gavrila APA IN INDUSTRIE
36
CARACTERIZAREA APELOR NATURALE Coninutul general de sruri din ap: reziduul uscat = coninutul de substane dizolvate dintr-o cantitate de ap evaporat la 278 293 K / 105 120 C, reziduul calcinat = coninutul de substane dizolvate dintr-o cantitate de ap calcinat la 1073 K / 800 C.
Lucian Gavrila APA IN INDUSTRIE
37
CARACTERIZAREA APELOR NATURALE Substanele organice Coninutul de SO din ap = un important indicator de calitate, SO servind drept suport nutritiv pentru organismele vii. O mare cantitate de bacterii sau plancton este asociat cu o concentraie mare a SO. SO naturale din ap: substanele humice, acizii hidrofili, acizii carboxilici, peptidele i aminoacizii, hidraii de carbon (glucidele sau zaharurile), hidrocarburile.Lucian Gavrila APA IN INDUSTRIE
38
CARBON N COMPUI ORGANICIReziduuri i moarte Digestie anaerob (Catabolism)
METABOLISM ANIMAL
Descompunere
Digestie aerob Ardere incomplet
METAN CH4Oxidare
Digestie Respiraie
METABOLISM VEGETAL
CARBON ELEMENTAR (C0)
Ardere incomplet
MONOXID DE CARBON CO (C2+)Oxidare
Ardere complet
CARBOHIDRAI (CH2O)n
Fotosintez direct prin plante clorofiliene
DIOXID DE CARBON CO2 (C4+)Mediu alcalin Neutralizare
Fotosintez indirect
DOMENIUL IONIC HCO3- CO 32-
Mediu acid
Lucian Gavrila APA IN INDUSTRIE
39
Substanele organice poluante Compuii organici nebiodegradabili au fost mprii n 9 clase de compui:
CARACTERIZAREA APELOR NATURALE
Compui halogenai ai hidrocarburilor saturate i nesaturate Compui aromatici monociclici Compui fenolici Compui policiclici Eteri Esteri ai acidului ftalic Compui cu azot Pesticide Compui policlorurai ai fenil benzenuluiLucian Gavrila APA IN INDUSTRIE 40
CARACTERIZAREA APELOR NATURALE Toi aceti compui provin din industriile de proces: sintez organic, textile, lemn, celuloz i hrtie, petrochimie, metalurgie, minerit.Lucian Gavrila APA IN INDUSTRIE 41
Indicatori generali pentru coninutul de SO din ap
CBO (BOD) Consum Biochimic de Oxigen (Biochemical Oxygen Demand) msoar capabilitatea bacteriilor comune de a digera materia organic, de regul dup o incubaie de 5 zile la 293 K (20 C), prin determinarea scderii consumului de oxigen. Indicatorul msoar coninutul de materie organic biodegradabil. Se exprim ca O2Lucian Gavrila APA IN INDUSTRIE 42
Indicatori generali pentru coninutul de SO din ap
CCO (COD) Consum Chimic de Oxigen (Chemical Oxygen Demand) Msoar capabilitatea unor oxidani puternici: K2Cr2O7 (CCO-Cr) sau KMnO4 (CCO-Mn) de a oxida substanele organice. Msoar materia organic biodegradabil i nebiodegradabil. Se exprim ca O2.Lucian Gavrila APA IN INDUSTRIE 43
Indicatori generali pentru coninutul de SO din ap
CIO (IDOD) Consum Imediat de Oxigen (Immediate Dissolved Oxygen Demand) Msoar prezena unor reductori puternici n deeuri care ar avea un efect imediat n reducerea coninutului de O2 din receptor. Se msoar prin reducerea coninutului de oxigen la 15 minute dup diluarea probei cu o ap saturat n O2. Se exprim ca O2.Lucian Gavrila APA IN INDUSTRIE
44
Indicatori generali pentru coninutul de SO din ap
CEA (CAE) Carbon Extract Alcoolic (Carbon-Alcohol Extract) Substanele organice adsorbite pe un cartu cu crbune activat sunt extrase cu etanol, dup extracia prealabil cu cloroform pe acelai cartu.
Lucian Gavrila APA IN INDUSTRIE
45
Indicatori generali pentru coninutul de SO din ap
CEC (CCE) Carbon Extract Cloroformic (CarbonChloroform Extract) - Substanele organice adsorbite pe un cartu cu crbune activat sunt extrase cu cloroform. Extrasul este cntrit sau analizat n continuare.
Lucian Gavrila APA IN INDUSTRIE
46
Indicatori generali pentru coninutul de SO din ap
COT (TOC) Carbon Organic Total (Total Organic Carbon) Msoar cantitatea de CO2 rezultatprin arderea substanelor organice existente ntr-o prob de ap supus pulverizrii ntr-o camer de combustie. n prealabil, CO2 echivalent alcalinitii apei trebuie ndeprtat, sau ulterior trebuie sczut aceast valoare din valoarea CO2 total. Se exprim drept C.Lucian Gavrila APA IN INDUSTRIE 47
Indicatori generali pentru coninutul de SO din ap
CULOARE (COLOUR) Culoare (Colour) Reprezint o msur grosier a taninurilor, ligninei i a altor substane humice din apele de suprafa sau din anumite ape reziduale, cum ar fi cele de la fabricarea celulozei sulfat. Se exprim n uniti de culoare, n concordan cu etaloanele de Pt.
Lucian Gavrila APA IN INDUSTRIE
48
Indicatori generali pentru coninutul de SO din ap
ES (SE) Extractabile cu Solveni (Solvent Extractables) Msoar cantitatea de substane organice direct extractabile din ap, folosind ca solvent hexanul (uneori se folosete cloroformul sau tetraclorura de carbon).
Lucian Gavrila APA IN INDUSTRIE
49
Indicatori generali pentru coninutul de SO din ap
PC (LOI) Pierderi la Calcinare (Loss On Ignition)
La determinarea acestui indicator, proba de ap este n prealabil evaporat la sec i cntrit. Reziduul solid este calcinat apoi la rou i recntrit. Diferen dintre cele dou cntriri reprezint PC. Calcinarea produce arderea substanelor organice, dar afecteaz i compoziia mineral, prin transformarea carbonailor n oxizi, astfel nct PC nu reprezint integral pierderi de substan organic.Lucian Gavrila APA IN INDUSTRIE 50
Duritatea i alcalinitatea apei Duritatea reprezint coninutul de sruri de calciu i magneziu din ap Pentru exprimarea duritii apei se utilizeaz gradul de duritate, care poate fi: francez, german, englez, americanLucian Gavrila APA IN INDUSTRIE 51
Uniti de msur pentru exprimarea duritii apei Denumire Grad de duritate francez Grad de duritate german Grad de duritate englez Grad de duritate american Milival la litru (mg echiv.L-1) Simbol F D UK US mval.L-1 Valoare 1 F = 10 mg.L-1 CaCO3 1 D = 10 mg.L-1 CaO 1 UK = 14,38 mg.L-1 CaCO3 1 US = 1 mg.L-1 CaCO3 1 mval.L-1 = 12,16 mg.L-1 Mg2+52
Lucian Gavrila APA IN INDUSTRIE
Duritatea i alcalinitatea apei n Romnia, exprimarea duritii este reglementat de standardul STAS 3026-76, conform cruia 1 grad duritate = 10 mg.L-1 CaO (identic cu gradul german).Unitatea 1 F 1 D 1 UK 1 US 1 STAS 3026-76 1mval.L-1 Mg 1 F 1,000 1,784 1,423 0,100 1,784 5,005 1 D 0,560 1,000 0,798 0,056 1,000 2,804 1 UK 0,701 1,252 1,000 0,070 1,252 3,511 1 US 10,000 17,847 14,253 1,000 17,847 50,045 1 STAS 3026-76 0,560 1,000 0,798 0,056 1,000 2,804 1mval.L-1 Mg 0,199 0,356 0,284 0,019 0,356 1,00053
Lucian Gavrila APA IN INDUSTRIE
Duritatea i alcalinitatea apei Duritatea total (DT) reprezint suma tuturor srurilor de calciu i de magneziu prezente n ap:
DT = DCa + DMg DCa = duritatea de calciu, DMg = duritatea de magneziu
Lucian Gavrila APA IN INDUSTRIE
54
Duritatea i alcalinitatea apei Duritatea temporar (DTP) = suma carbonailor acizi de calciu i de magneziu prezeni n ap. Se numete temporar, ntruct poate fi ndeprtat prin fierberea apei:
Ca(HCO3 ) 2{}l {CaCO 3 }s + H 2 O{}l + CO 2{}g2Mg(HCO 3 ) 2{}l {MgCO 3 Mg(OH) 2 }s + H 2 O{}l + 3CO 2{}gLucian Gavrila APA IN INDUSTRIE 55
Duritatea i alcalinitatea apei Duritatea permanent (DP) este dat de coninutul celorlalte sruri de calciu i magneziu (cloruri, sulfai, etc.) i nu este influenat de fierberea apei. ntre duritatea total, cea temporar i cea permanent exist relaia:
DT = DTP + DPLucian Gavrila APA IN INDUSTRIE 56
Clasificare apelor n funcie de valoarea duritii totale Tipul de ap Ap foarte moale Ap moale Ap mijlocie Ap dur Ap foarte dur Valoarea duritii totale [D] 30 [mg.L-1 CaCO3] < 90 90 - 180 180 - 360 360 - 540 > 540
Lucian Gavrila APA IN INDUSTRIE
57
Duritatea i alcalinitatea apei Duritatea mare a apei industriale este principala surs de formare a crustelor n echipamentele de transfer de cldur: schimbtoare de cldur, evaporatoare, condensatoare, boilere, economizoare etc. Eliminarea duritii apei se poate realiza prin: tratare extern (dedurizare cu var, dedurizare cu var i sod - la rece sau la cald, schimb ionic) tratare intern (tratarea apelor de cazan cu fosfai sau ageni de chelatizare, tratarea apelor de rcire cu polimeri antiincrustani)Lucian Gavrila APA IN INDUSTRIE 58
Duritatea i alcalinitatea apei Alcalinitatea apei poate fi dat de prezena diferiilor compui. De regul, pentru simplificare, se consider c alcalinitatea este conferit apei de ctre ionii de: carbonat acid, HCO3 carbonat, CO32 hidroxid, OH-
Lucian Gavrila APA IN INDUSTRIE
59
Duritatea i alcalinitatea apei Alcalinitatea p = alcalinitatea pus n eviden prin titrarea n prezen de fenolftalein, respectiv cea existent n domeniul de pH = 8,3 14. Alcalinitatea m = alcalinitatea pus n eviden prin titrarea n prezen de metiloranj, respectiv cea existent n domeniul de pH = 4,3 - 14.Lucian Gavrila APA IN INDUSTRIE
Este conferit de toi ionii CO32-, din ionii HCO3- i ionii OH-.
Este conferit de toi ionii CO32-, HCO3- i ionii OH-.60
CARACTERIZAREA APELOR NATURALE1.00 0.90 0.80 0.70 0.60 0.50 0.40 0.30 0.20 0.10 0.00 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14Alc. m Alc. p
Fracie din CO2 Total
CO2 Liber CO2 Semilegat CO2 Legat
Valoare pHLucian Gavrila APA IN INDUSTRIE 61
Duritatea i alcalinitatea apei Alcalinitate m = alcalinitate total.Sruri n ap [mval.L-1] Carbonai acizi, HCO3Carbonai, CO32Hidroxizi, OHRelaia dintre alcalinitile m i p p=0 m 0 0 p < m/2 m 2p 2p 0 p = m/2 p > m/2 0 m 0 0 2(m p) 2p m p=m 0 0 m62
Lucian Gavrila APA IN INDUSTRIE
Echilibrul carbonic al apei Princ. comp. mineral dizolvat n apele naturale dulci = Ca(HCO3)2. ntre Ca(HCO3)2, CO2 i CaCO3 se stabilete un echilibru guvernat de legi complexe, echilibru redat global prin ecuaia:
CaCO 3{}s + H 2 O + CO 2 Ca(HCO3 ) 2{}l apa este agresiv apa este incrustantLucian Gavrila APA IN INDUSTRIE 63
Echilibrul carbonic al apei Echilibrul dintre carbonatul de calciu i carbonatul acid de calciu din ap este influenat de un numr mare de factori. Pentru evaluarea cantitativ a caracterului agresiv sau incrustant al apei s-au efectuat studii complexe referitoare la influena salinitii i temperaturii asupra echilibrului carbonic al apei.
Lucian Gavrila APA IN INDUSTRIE
64
Echilibrul carbonic al apei Noiunea de pH de saturaie Neutralitatea electric a apei poate fi scris sub forma echilibrului ionic:+ 2+ 3 23
(30)
H + 2Ca + P = OH + HCO + 2CO + NP = 2Mg + Na + K + L2+ + +
N = Cl + NO + 2SO + L3 24Lucian Gavrila APA IN INDUSTRIE
(31)
65
Echilibrul carbonic al apei Produsul ionic al apei se scrie sub forma: * * KW = [H + ] [OH- ], cu pKW = pKW (32)
Disocierea acidului carbonic este redat de [H + ] [HCO3 ] ecuaiile: K * = , cu pK1* = pK1 (33) 1[H 2 CO 3 ]2[H + ] [CO3 ] * K2 = , cu [HCO3 ] * pK 2 = pK 2 2
(34)
Produsul de solubilitate al carbonatului de calciu se scrie sub forma:
P = [Ca ] [CO ], cu* S 2+ 23
pK = pK S 4* S
(35)66
Lucian Gavrila APA IN INDUSTRIE
Echilibrul carbonic al apei Ionii Ca2+ , H+, OH-, HCO3-, CO32- i acidul carbonic sunt factori fundamentali ai echilibrului carbonic al apei. Ceilali ioni, simbolizai prin sumele N (anioni) i P (cationi), influeneaz n special tria ionic a soluiei i sunt factori secundari n echilibrul carbonic al apei.
Lucian Gavrila APA IN INDUSTRIE
67
Echilibrul carbonic al apei Termenul este funcie de tria ionic a soluiei, , n conformitate cu ecuaia:
=
1+ 1,4
(36)
n care tria ionic, exprimat n mol/L, este definit de relaia:
= 0,5 Ci z
2 i
(37)
n care Ci i zi sunt respectiv concentraia molal [mol.kg-1] i valena diverilor ioni existeni n soluie.Lucian Gavrila APA IN INDUSTRIE 68
Echilibrul carbonic al apei Din ecuaiile (32) (35) se obine valoarea concentraiei ionilor de hidrogen la saturaie:
K 2+ [H ] = [HCO3 ] [Ca ] P+
* 2 * S
(38)
respectiv a pH-ului de saturaie:
pH S = pK pP log[Ca ] log[HCO ]* 2 * S 2+ 3Lucian Gavrila APA IN INDUSTRIE
(39)69
Echilibrul carbonic al apei Cnd pH-ul apei este egal cu pH-ul de saturaie, nu are loc nici depunerea de cruste de CaCO3, nici dizolvarea crustelor de CaCO3. Concentraia CO2 din ap corespunztoare valorii pHS poart denumirea de concentraie de echilibru a CO2. La pH < pHS apa este agresiva La pH > pHS apa este incrustanta Excesul de CO2 peste concentraia CO2 de echilibru, este cunoscut sub denumirea de CO2 agresivLucian Gavrila APA IN INDUSTRIE 70
Echilibrul carbonic al apeiCO2 TOTAL CO2 TOTAL CO2 liber CO2 liber CO2 CO2 agresiv agresiv CO2 CO2 de echilibru de echilibru CO2 combinat CO2 combinat CO2 semilegat CO2 semilegat [HCO3-]-] [HCO3
CO2 legat CO2 legat [CO32-2-] [CO ]3
Lucian Gavrila APA IN INDUSTRIE
71
Indicele de saturaie Langelier Pornind de la ecuaia (39), ecuaie care definete valoarea pH-ului de saturaie, Langelier elaboreaz o metod grafic de calcul, care permite determinarea valorii pHS ca o funcie de alcalinitatea i duritatea de calciu a apei (ambele exprimate n mg/L CaCO3) i de temperatur.
Lucian Gavrila APA IN INDUSTRIE
72
Alcalinitate,Te m pe ra tu ra ,7 293 28
20 50 100 200 300 5008 33
5) (6
500 400 300 200 100 0 Duritatea de calciu, mg.L-1 CaCO3
6
Lucian Gavrila APA IN INDUSTRIE
31 1
4) (20) (1
7 8 9 Valoarea pH-ului de saturaie, pHS73
(3 8)
32 5
(5 2)
K
mg.L-1 CaCO3
( C )
Indicele de saturaie Langelier Cunoscnd i valoarea actual a pH-ului apei, se poate calcula valoarea indicelui de saturaie al apei, denumit ulterior Indice de Saturaie Langelier (LSI):
LSI = pH - pH S
(40)
Dac pH < pHS, LSI < 0 - apa coroziva Dac pH > pHS, LSI > 0 apa incrustanta Dac pH = pHS, LSI = 0 apa la echilibruLucian Gavrila APA IN INDUSTRIE 74
Indicele de saturaie Langelier Introducerea programelor de calcul tabelar de tip Spreadsheet (Excel), permite utilizarea unor ecuaii algebrice pentru calculul pHS:
pH S = 12,053 0,018921 T + + 0,1 log + log m log DCa
(42)
T = temperatura apei (C), = conductivitatea apei (S.cm-1), m = alcalinitatea apei (mg.L-1 CaCO3), DCa = duritatea de calciu a apei (mg.L-1 CaCO3).Lucian Gavrila APA IN INDUSTRIE 75
Indicele de saturaie Langelier Indicele de saturaie Langelier este de natur calitativ; el permite mai degrab stabilirea direciei n care se manifest caracterul apei: spre agresivitate (coroziune) sau spre formare de cruste. Dou ape diferite, una avnd alcalinitate sczut (fiind deci coroziv), iar alta avnd alcalinitate ridicat (fiind deci incrustant) pot avea aceeai valoare LSI. Indicele LSI este util pentru caracterizarea comportrii apei n volume mari, unde vitezele de circulaie sunt sczute: limpezitoare, decantoare, filtre, bazine, rezervoare.Lucian Gavrila APA IN INDUSTRIE 76
Indicele de stabilitate Ryznar Pt. caracterizarea comportrii apei n spaii n care vitezele de circulaie sunt relativ ridicate: conducte de transport, schimbtoare de cldur,
indice empiric introdus de J.W. Ryznar pe baza studiilor privind depunerea de cruste i coroziunea ntr-un numr mare de sisteme municipale de transport i distribuie a apeiLucian Gavrila APA IN INDUSTRIE 77
Indicele de stabilitate Ryznar Indicele RSI este derivat in indicele LSI, putnd fi calculat cu relaia:
RSI = 2 pH S pH
(43)
Indicele RSI > 0, funcie de valoarea sa stabilindu-se caracterul incrustant sau coroziv al apei
Lucian Gavrila APA IN INDUSTRIE
78
Indicele de stabilitate RyznarCaracterul apei n funcie de valoarea RSI Valoarea RSI 4,0 5,0 5,0 6,0 6,0 7,0 7,0 7,5 7,5 8,5 Caracterul apei puternic incrustant slab incrustant neincrustant si necoroziv slab corosiv foarte coroziv
Lucian Gavrila APA IN INDUSTRIE
79
Indicele de stabilitate Ryznar Ca regul general: indicele LSI este util pentru caracterizarea volumelor mari de ap, indicele RSI este util pentru stabilirea caracterului apelor aflate n curgere n spaii nchise (conducte de transport, evi ale schimbtoarelor de cldur, etc.), vitezele de curgere fiind mai mari de 0,6 m.s-1, sau suficient de mari pentru prevenirea particulelor solide aflate n suspensie.Lucian Gavrila APA IN INDUSTRIE 80
Cruste3
Plngeri neglijabile
Coroziune
Grad de incrustare
crusta foarte dura
4crusta dura la 338 K (65oC) crusta dura la 288 K (15oC) crusta dura in caloriferele cu apa fierbinte crusta dura in incalzitoare crusta in incalzitoare crusta in incalzitoare crusta in serpentine incalzitoare ceva crusta la 288 K (15oC) crusta in incalzitoare in absenta polifosfatilor cruste reduse, coroziune la tem p. ridicate, polifosfati prezenti nu s-au raportat dificultati plangeri neglijabile lipsa cruste sau coroziune practic nu au existat semnalari de "apa rosie" usoara coroziune la 338 K (65oC) crusta practic nici o plangere coroziune coroziune la 338 K (65oC) coroziune in incalzitoare cu apa fierbinte coroziune in traseele de apa rece coroziune severa - apa rosie usoara coroziune in traseele de apa rece 32 raportari de apa rosie intr-un an coroziune in apa rece coroziune in apa rece num eroase plangeri de apa rosie apa rosie coroziune avansata la 333 K (60oC) 234 raportari de apa rosie intr-un an foarte coroziv la 338 K (65oC) coroziune severa - apa rosie coroziv la 288 K (15oC) coroziv in zonele cu apa rece foarte coroziv la 288 K (15oC) coroziune in intreg sistemul coroziune foarte severa in intreaga instalatie
5
6
Valoare RSI
7
8
9
10
11
12
13
Lucian Gavrila APA IN INDUSTRIE
81
Apele naturale - sursa de ap pentru toate utilizrile: consum uman, activiti industriale, agricultur, zootehnie.
CALITATEA APELOR NATURALE
n Romnia, calitatea apelor de suprafa cursuri de ap naturale sau amenajate, lacuri naturale i de acumulare - este reglementat prin STAS 4706-88.Lucian Gavrila APA IN INDUSTRIE 82
Apele de suprafa sunt clasificate n 3 categorii de calitate: Apele de cat I = coresp. calitativ pt.: alimentarea potabil centralizat, fabricarea unor produse alimentare, tranduri, salmonicultur, alimentarea unitilor de cretere a animalelor alimentarea centralizat cu ap anumitor culturi agricole irigate.Lucian Gavrila APA IN INDUSTRIE 83
CALITATEA APELOR NATURALE
Apele de cat a II-a = coresp. calitativ pt.: piscicultur (exclusiv salmonicultura), alimentarea cu ap a unor procese tehnologice industriale, scopuri urbanistice.
CALITATEA APELOR NATURALE
Apele de cat a III-a = utilizabile doar pt.: alimentarea cu ap a unor industrii, alimentarea cu ap a sistemelor de irigaii.
Lucian Gavrila APA IN INDUSTRIE
84
Caracteristici chimice generale ale apelor de suprafa
Indicatorul Amoniu (NH4+), mg.L-1, max Amoniac (NH3), mg.L-1, max Azotai (NO3-), mg.L-1, max Azotii (NO2-), mg.L-1, max Calciu (Ca2+), mg.L-1, max Cloruri (Cl-), mg.L-1, max Clor rezidual liber (Cl2), mg.L-1, max Dioxid de carbon liber, mg.L-1, max Fenoli antrenabili cu vapori de ap (C6H5OH), mg.L-1, max Fier total (Fe2+), mg.L-1, max Fosfor (P), mg.L-1, max
Valori admise pe categorii de calitate I 1 0,1 10 1 150 250 0,005 50 0,001 0.3 0,1Lucian Gavrila APA IN INDUSTRIE
II 3 0,3 30 3 200 300 0,005 50 0,02 1 0,1
III 10 0,5 NN* NN* 300 300 0,005 50 0,05 1 0,185
Caracteristici chimice generale ale apelor de suprafa (continuare)
Indicatorul H2S i sulfuri (S2-), mg.L-1, max Magneziu (Mg2+), mg.L-1, max Mangan (Mn2+), mg.L-1, max O2 dizolvat n ap, mg.L-1, min Produse petroliere, mg.L-1, max Rez. filtrabil uscat la 105C, mg.L-1, max Sodiu (Na+), mg.L-1, max Sulfai (SO42-), mg.L-1, max Substane organice, mg.L-1 O2, max - consum biochimic de oxigen (CBO5) - consum chimic de oxigen (CCO) - metoda cu KMnO4 (CCO-Mn) - metoda cu K2Cr2O7 (CCO-Cr)
Valori admise pe categorii de calitate I lips 50 0,1 6 0,1 750 100 200 5 10 10 II lips 100 0,3 5 0,1 1000 200 400 7 15 20 III 0,1 200 0,8 4 0,1 1200 200 400 12 25 30
Lucian Gavrila APA IN INDUSTRIE
86
IndicatorulArgint, mg.L-1 Arsen, mg.L-1 Bariu, mg.L-1 Cadmiu, mg.L-1 Cianuri, mg.L-1 Cobalt, mg.L-1 Crom trivalent, mg.L-1 Crom hexavalent, mg.L-1 Cupru, mg.L-1 Detergeni anionici, mg.L-1 Fluor, mg.L-1 Hidrocarburi aromatice policiclice, mg.L-1
Valori admise pe categoriile de calitate I, II i III0,01 0,01 1,0 0,003 0,01 1,0 0,5 0,05 0,05 0,5 0,5* 0,000287
Lucian Gavrila APA IN INDUSTRIE
IndicatorulMercur, mg.L-1 Molibden, mg.L-1 Nichel, mg.L-1 Erbicide, mg.L-1 - triazine - triazinone - toluidine Insecticide, mg.L-1 - organoclorurate - organofosforice - organometalice Nitroderivai, mg.L-1 (dinitro-o-crezol, dinitro-sec-butilfenol) Plumb, mg.L-1 Seleniu, mg.L-1 Zinc, mg.L-1
Valori admise pe cat.de calitate I, II i III0,001 0,05 0,1 0,001 0,001 0,001 0,0001 lips lips lips 0,05 0,01
Lucian Gavrila APA IN INDUSTRIE
0,03
88
Caracteristici organoleptice, fizice i microbiologice ale apelor de suprafa
Indicatorul Culoare Miros Concentraia ionilor H+, uniti de pH Bacterii coliforme totale, nr. probabil/L
Valori admise pe categorii de calitate I II III fr culoare fr miros 6,5 8,5 105 nu se normeaz89
Lucian Gavrila APA IN INDUSTRIE
Indicatori pentru procesul de eutrofizare a lacurilor Valori admise pentru lacuri naturale i de acumulare oligotrofe mezotrofe Grad de saturaie in oxigen, % Substane nutritive: - azot total (N), mg.L-1 - fosfor total (P), mg.L-1 Biomas fitoplanctonic, mg.L-1 substan umed min 70 max 0,30 max 0,03 40 - 70 max 1,0 max 0,1 eutrofe max 40 min 1,50 min 0,15
Indicatorul
< 10
10 - 20
min 5090
Lucian Gavrila APA IN INDUSTRIE
CONSUMUL DE APA PROASPATAMunicipal 5%
Industria 25%
Consumatori principali: Energetica Metalurgia Rafinarea petrolului Industria chimica si petrochimica Industria de celuloza si hartie Industriile alimentareLucian Gavrila APA IN INDUSTRIE
Agricultura 70%
91
NECESARUL DE AP DE CONSUM Pt. but i prep. hranei: ~2 L/(om x zi) Acest consum este sczut comparativ cu consumul pentru alte necesiti. Ap de consum = apa (potabil i industrial) necesar consumatorilor: casnici, municipali, industriali, agricoliLucian Gavrila APA IN INDUSTRIE 92
Tabelul 1. Consumatori de apCategoria de consumatori Utilizarea apei pentru necesiti gospodreti necesiti publice Exemple but, splat, preparare hran, evacuare deeuri birouri, coli, spitale, restaurante, sli de spectacole, stropirea spaiilor verzi, splarea arterelor de circulaie preparare carne, legume, lapte, panificaie, ntreinere autovehicule adpat animale, splat grajduri, stropit culturi consum pentru utilaje i producie rezerv de ap93
CENTRE POPULATE
necesiti industriale necesiti agricole antiere de construcii stingerea incendiilor
Lucian Gavrila APA IN INDUSTRIE
Tabelul 1. Consumatori de apCategoria de consumatori Utilizarea apei pentru necesiti igienico-sanitare necesiti tehnologice UNITI INDUSTRIALE necesiti energetice necesiti de transport stingerea incendiilor Exemple but, cantine, bi, duuri nglobare n produse, splare produse i/sau ambalaje producerea aburului, energiei electrice, rcirea utilajelor hidrotransportul materiilor prime i/sau produselor finite rezerv de ap
Lucian Gavrila APA IN INDUSTRIE
94
Tabelul 1. Consumatori de apCategoria de consumatori UNITI ENERGETICE Utilizarea apei pentru hidrocentrale termocentrale centrale nucleare necesiti agricole UNITI AGROZOOTE HNICE necesiti zootehnice stingerea incendiilor Exemple producerea direct a energiei producere de abur, rcire producere de abur, rcire irigarea culturilor adpatul animalelor, curenie rezerv de ap
Lucian Gavrila APA IN INDUSTRIE
95
Necesarul si cerinta de apa Necesarul de ap (NA) = cantitatea de ap care trebuie furnizat unui consumator n toate punctele de utilizare, astfel nct s se poat desfura procesele n care este folosit apa. Cerina de ap (CA) = cantitatea de ap care trebuie preluat din surs pentru a acoperi n mod raional necesarul de ap.
Lucian Gavrila APA IN INDUSTRIE
96
Necesarul si cerinta de apa ntre cerin i necesar exist relaia:
C A = N A + C AD R
(1)
CAD = pierderile i nevoile proprii de ap ale sistemului de alimentare cu ap, R = cantitatea de ap recirculat
Lucian Gavrila APA IN INDUSTRIE
97
Necesarul si cerinta de apa Necesarul i cerina de ap pentru uniti industriale: Se determin n conformitate cu STAS 1343/2-89, acest necesar incluznd: apa pentru procesele de producie (apa cu caracter tehnologic), apa pentru procesele igienico-sanitare i social administrative, apa pentru combaterea incendiilor.Lucian Gavrila APA IN INDUSTRIE 98
Necesarul si cerinta de apa Apa cu caracter tehnologic se utilizeaz pentru: fabricarea produselor, rcirea echipamentelor i utilajelor de producie, rcirea rezervoarelor de produse lichide i/sau gazoase, producerea aburului i/sau apei calde, splarea i transportul hidraulic al: materiilor prime, produselor secundare, produselor finite, deeurilor i reziduurilor,Lucian Gavrila APA IN INDUSTRIE 99
prelucrarea materiilor prime.
Necesarul si cerinta de apa Apa pentru procese igienico-sanitare i social administrative se utilizeaz pentru: but, asigurarea funcionrii instalaiilor sanitare, ntreinerea cldirilor i spaiilor de producie i administrative (splarea pardoselilor, pereilor, etc.), asigurarea funcionrii cantinelor, punctelor medicale, spltoriilor, garajelor, stropitul i splatul spaiilor de circulaie, stropitul spaiilor verzi.Lucian Gavrila APA IN INDUSTRIE
100
Necesarul si cerinta de apa Apa pentru combaterea incendiilor este asigurat n general de conductele care transport apa potabil. Debitele de ap prevzute pentru combaterea incendiilor se asigur prin dou categorii de guri de ap: Incendiul = situaie accidental: prin hidranii interiori i gurile automate interioare, prin hidranii exteriori.
Apa necesar pt. combaterea tuturor incendiilor teoretice simultane trebuie s se gseasc intr-un rezervor, Captarea, staia de tratare, staiile de pompare i aduciune, trebuie s asigure completarea rezervei de incendiu n 24, 36, 48 sau 72 ore dup stingerea incendiului.Lucian Gavrila APA IN INDUSTRIE 101
Necesarul si cerinta de apa Necesarul de ap cu caracter tehnologic se stabilete pe baza proceselor tehnologice adoptate, n raport i cu resursele de ap din zon. Necesarul de ap pentru producerea aburului i/sau apei calde, sau necesarul de ap de rcire poate fi determinat cu suficient acuratee, Apa necesar n procesul tehnologic propriu-zis este destul de dificil de estimat.Lucian Gavrila APA IN INDUSTRIE 102
Tabelul 4. Consumul de ap de rcire n diferite ramuri industriale Produsul Amoniac Uree Azotat de amoniu Metanol Cocs metalurgic Ap de rcire [m3t-1 produs] 250 350 65 100 80 100 100 250 30 - 40 Produsul Font Oel de convertizor Oel turnat Oel laminat Oel trefilat Ap de rcire [m3t-1 produs] 20 30 2 10 10 25 30 50 5 - 10103
Lucian Gavrila APA IN INDUSTRIE
Tabelul 5. Consumuri de ap tehnologic n industria alimentarProdusulAmidon din cartofi Amidon din porumb Amidon din gru Zahr din sfecl Ulei vegetal Pine Compoturi Gem, dulcea Legume conservate Sucuri de fructe
U Mt t t t t t t t t t
Consum specific [m3UM-1]20 10 11,5 8 - 30 6 10 0,85 0,9 20 - 40 12,5 25,7 8 - 80 2,5 2,8
ProdusulBere Buturi carbonatate Alcool Drojdie de panificaie Lapte Abatoare de vite Abatoare de porci Preparate din carne Conserve de pete Fin de pete
U MhL hL t t m3 t t t t t
Consum specific [m3UM-1]4,5 - 6 3 3 3,6* 30** 4-9 10,5 12,7 14,8 17,5 6,5 1,2 15 - 20
Lucian Gavrila APA IN INDUSTRIE
* - la tona de cereale sau melas; ** - la tona de melas
104
Tabelul 7. Consumuri specifice de ap n alte industrii prelucrtoareProdusul Acid sulfuric 100% Acid acetic 100% Alcool etilic Alumin (Bayer) Alumin (Pechiney) Aluminiu Benzin de aviaie Bumbac Ciment t m3 t t t m3 t t UM t Ap [m3UM-1] 40 417 - 1000 50 150 30 6,5 1340 25 3,1 Produsul Crbune Energie electric Explozivi Fier i oel Ln Oxigen PFL Tbcire piei UM t kWh t t t m3 t t t Ap [m3UM-1] 6,3 - 15 0,3 0,64 835 16,7 - 334 20 - 200 0,24 3 - 38 75 - 87 12 - 100
33,4 66,8 NaOH, sol. 11%
Lucian Gavrila APA IN INDUSTRIE
105
Necesarul si cerinta de apa Consumul de ap pentru necesitile tehnologice variaz mult de la o ramur la alta i de la un produs la altul. Tendina este de a reduce continuu necesarul de ap, n vederea unei mai bune gospodriri a resurselor de ap. Unul din criteriile perfecionrii proceselor tehnologice de baz poate fi i criteriul necesarului de ap.Lucian Gavrila APA IN INDUSTRIE 106
Volumul efluenilor evacuai din fabricile de celuloz sulfat albit
m3.t-1 celuloz 120 120100 100 80 80 60 60 40 40 20 20 0 0 1975 1985 1990
instalaii noi, albire fr clor circuit nchis la albire
1975 1985 1990 1993 1997 2000 2010Lucian Gavrila APA IN INDUSTRIE 107
1993
1997
1999
2010
Necesarul si cerinta de apa Cerina de ap pentru unitile industriale se stabilete pe baza necesarului de ap, la care se adaug:
apa tehnologic, proprie sistemului de alimentare cu ap i de canalizare (preparare soluii de reactivi, splri ale staiei de tratare i canalizrilor, funcionarea staiilor de epurare, etc.), apa pentru acoperirea pierderilor admisibile n incinte (max. 5%), apa necesar pentru refacerea rezervei de incendiu.Lucian Gavrila APA IN INDUSTRIE 108
Necesarul i cerina de ap pentru uniti energetice Centralele hidroelectrice (CHE) folosesc energia potenial a apei existente din lacurile de acumulare pe care o transform n energie cinetic i apoi n energie electric. nlimea de cdere a apei: 10 - 30 m - centralele cu cdere mic: Porile de Fier, 30 300 m - centralele cu cdere medie: Bicaz, Vidraru peste 1000 m - centrale cu cdere mare: Grande Dixence, Elveia (1084 m), Reisek, Austria (1750 m)
Lucian Gavrila APA IN INDUSTRIE
109
Necesarul i cerina de ap pentru uniti energetice Potenialul hidroenergetic global = 2261 GW (9800 TWh/an), din care se utilizeaz doar aproximativ 330 GW (adic mai puin de 20%) Potenialul hidroenergetic al Romniei (inclusiv partea romneasc a Dunrii) = cca. 14900 MW, din care 5300 MW (36%) = puterea instalat n CHE pn in 1989Lucian Gavrila APA IN INDUSTRIE 110
Potenial hidroenergetic [% din total mondial]Europa 7% Australia Oceania 2% Ex - URSS 11% Africa 21%
Asia 27%
America de Sud 17%
America de Nord 15%
Lucian Gavrila APA IN INDUSTRIE
111
Potenial exploatat [% din total zon]Africa 1% Ex - URSS 9% America de Nord 25%
America de Sud 4% Europa 43% Australia Oceania 12% Asia 6%
Lucian Gavrila APA IN INDUSTRIE
112
Centralele termoelectrice clasice (CTE) folosesc energia cinetic a aburului pentru producerea de energie electric n generatoare antrenate de turbine. Aburul este produs din ap a crei vaporizare se realizeaz prin arderea n focarul generatorului de abur a unui combustibil solid (crbune), lichid (hidrocarburi lichide) sau gazos (metan). Aburul evacuat din turbin este rcit ntr-un condensator de suprafa dup care este reintrodus n circuitul cazanului.Lucian Gavrila APA IN INDUSTRIE 113
Necesarul i cerina de ap pentru uniti energetice
Schema de principiu a unei CTE 1 generator (cazan) de abur; 2 turbin de abur; 3 - generator electric; 4 condensator
abur
2
3
1 4combustibil gaze de ardere condensat purja cazanului ap de adaosLucian Gavrila APA IN INDUSTRIE 114
ap de rcire
Necesarul i cerina de ap pentru uniti energetice n CTE se utilizeaz ap pentru: producerea aburului, n circuitele de rcire, pentru evacuarea hidraulic a zgurii i a cenuii - n cazul centralelor pe combustibil solid
Lucian Gavrila APA IN INDUSTRIE
115
Necesarul i cerina de ap pentru uniti energetice Debitul de purj admis depinde de tipul centralei: 7% din aburul debitat pentru centralele termice (CT), 5% n centralele electrice de termoficare (CET) 1% n cazul centralelor termoelectrice (CTE)
Pentru producerea unei tone de abur se consum circa 1,1 1,2 m3 de ap.Lucian Gavrila APA IN INDUSTRIE 116
Consumurile de ap de rcire sunt funcie de puterea grupului, debitele de abur extrase la prize i existena sau lipsa supranclzirii intermediareValori orientative pentru consumul specific de ap de rcire Centrale termoelectrice Fr supranclzire intermediar 160 190 m3MWh-1 Cu supranclzire intermediar 130 140 m3MWh-1Lucian Gavrila APA IN INDUSTRIE
Necesarul i cerina de ap pentru uniti energetice
Centrale nuclearoelectrice 200 500 m3MWh-1117
Valori orientative ale consumurilor de ap n CTE Consumatorul de ap Condensatoare Rcire generatoarelor i a uleiului: - grupuri mari - grupuri mici Rcirea lagrelor instalaiilor Rcirea compresoarelor i echipamentelor auxiliare Evacuarea hidraulic a zgurii i a cenuii 37 6 15 12 0,6 1 4-8 Debit relativ [%] 100
Lucian Gavrila APA IN INDUSTRIE
118
Necesarul i cerina de ap pentru uniti energetice Debitele mari de ap de rcire: creterea valorii investiiilor pentru circuitul de rcire. Reducerea necesarului de ap de rcire: trecerea de la rcirea n circuit deschis la: rcirea n circuit deschis cu recirculare rcirea n circuit nchis
O alt soluieo reprezint utilizarea aerului drept Lucian Gavrilade rcire. agent APA IN INDUSTRIE
119
Necesarul i cerina de ap pentru uniti energetice Centralele nuclearoelectrice (CNE) utilizeaz pentru producerea aburului, n locul energiei rezultate la arderea unui combustibil clasic (ca n cazul CTE), energia degajat la fisiunea controlat a unui combustibil nuclear (uraniu, uraniu mbogit, plutoniu).
Lucian Gavrila APA IN INDUSTRIE
120
abur
2 3
Schema de principiu a unei CNE de tip PHWR 1 reactor nuclear; 2 generator de abur; 3 pomp pentru moderator; 4 turbin de abur; 5 generator electric; 6 - condensator
4
5
6 1ap grea condensat
ap de rcire
circuitul primarLucian Gavrila APA IN INDUSTRIE
circuitul secundar
121
Necesarul i cerina de ap pentru uniti energetice n circuitul primar, cldura generat de fisiunea nuclear este preluat de apa grea sub presiune (11,5 13 MPa), care se nclzete pn la 583 K, meninndu-se n stare lichid. Apa grea este trecut n generatoarele de abur, unde se rcete la 540 K, cednd cldura apei demineralizate din circuitul secundar aflate la 460 K . Apa din circuitul secundar se evapor producndu-se abur saturat la 531 K i 4,55 MPa. Aburul este trecut ntr-o turbin de destindere cu 4 corpuri care lucreaz la 1500 rot/min. Din turbin, aburul destins pn la 0,004 MPa trece n condensator, este condensat, iar apoi se prenclzete la 460 K si este retrimis n generatorul de abur. Generatorul electric pus n funciune de turbin produce 706,5 MW la 24 kV, cu un factor de sarcin de 0,85 la o frecven de 50 HzLucian Gavrila APA IN INDUSTRIE 122
Necesarul i cerina de ap pentru uniti energetice Principalii consumatori de ap de rcire din CNE: condensatoarele turbinelor i cele ale turbopompelor, rcitoarele de ulei ale turboagregatelor, rcitoarele generatoarelor electrice, circuitele de rciri tehnologice, instalaiile de rcire i condiionare a aerului din sistemul de ventilaie al ncperilor CNE, rcitoarele sistemului de control i de comand (barele de control), rcitoarele bazinelor de comand i transfer ale combustibilului nuclear uzat, rcitoarele mainilor de ncrcare descrcare a combustibilului,Lucian Gavrila APA IN INDUSTRIE 123
Necesarul i cerina de ap pentru uniti energetice Principalii consumatori de ap de rcire din CNE: rcirea proteciei termice a reactorului, rcirea vasului de presiune i a anvelopei, rcirea apei de purjare a reactorului i a generatoarelor de abur, rcirea moderatorului, rcitoarele sistemului de rcire la oprirea reactorului, rcitoarele rezervoarelor pentru condensarea aburului eapat din compensatoarele de volum, rcitoarele instalaiilor pentru tratarea deeurilor Lucian Gavrila APA IN INDUSTRIE 124 radioactive.
Necesarul i cerina de ap pentru uniti energetice n plus, mai sunt necesare cantiti de ap pentru: adaos n circuitele centralei, diluarea deeurilor radioactive lichide, transportul hidraulic al deeurilor radioactive solide, splarea echipamentelor i a ncperilor n scopul dezactivrii lor, sistemul de ap pentru incendii, etc.Lucian Gavrila APA IN INDUSTRIE 125
Investiia specific a circuitelor de rcire pentru CTE i CNE
Tipul de sistem de rcireSistem deschis, cu ap de ru Sistem deschis, cu iaz Sistem deschis cu recirculare, turnuri cu tiraj forat Sistem deschis cu recirculare, turnuri cu tiraj natural Rcire indirect cu aer, turnuri uscate cu tiraj natural
CTE1,0 2,0 3,0 2,5 4,0 3,0 4,5 8 - 10
CNE1,5 2,5 3,0 4,5 4,0 5,5 4,5 6,5 12 16
Lucian Gavrila APA IN INDUSTRIE
126
Necesarul i cerina de ap pentru uniti agrozootehnice
Agricultura - mare consumator de ap: activitatea agrozootehnic, irigaii
Lucian Gavrila APA IN INDUSTRIE
127
Necesarul i cerina de ap pentru uniti agrozootehnice Pentru unitile agrozootehnice necesarul de ap include apa necesar pentru: creterea i ngrarea animalelor (tab. 13); udatul i stropitul n sere, solarii, grdini, livezi, vii (tab. 14); nevoile de ntreinere a mainilor agricole (tab. 15); nevoile igienico-sanitare ale personalului la locul de munca; nevoile igienico-sanitare ale personalului n locuine; funcionarea cantinelor i a punctelor medicale; stropitul i splatul spaiilor verzi i de circulaie; dezinfecie; combaterea incendiilor; alte nevoi.Lucian Gavrila APA IN INDUSTRIE 128
Tabelul 13. Necesarul specific de ap pentru creterea i ngrarea animalelor
Categorii de animale Porcine Taurine Ovine Psri
Necesar specific de ap [L(animalzi)-1] Evacuare Evacuare hidraulic a mecanic a dejeciilor dejeciilor 32 - 125 70 - 130 0,4 0,8Lucian Gavrila APA IN INDUSTRIE
20 - 100 50 100 5 10 0,25 1,5129
Tabelul 14. Necesarul specific de ap pentru udare i stropire n sere, solarii, grdini i livezi Necesar specific de ap UM L(m2udare)-1 L(m2udare)-1 m3(haudare)-1 m3(haudare)-1 valoare 1,0 2,0 0,5 1,0 1,5 2,0130
Folosina apei Udarea i stropitul n sere i solarii Udarea i stropitul grdinilor Stropitul viilor i livezilor Stropitul viilor i livezilor n plantaii intensive
Lucian Gavrila APA IN INDUSTRIE
Tabelul 15. Necesarul specific de ap pentru splarea mainilor i pentru ateliere Folosina apeiSplarea unui tractor Splarea unui autocamion Splarea unui autoturism Necesarul pentru un atelier mecanic cu un strung Necesarul pentru un atelier de fierrie cu o forj Necesarul pentru un atelier de sudur
Necesar specific de ap UMm3h-1 m3h-1 m3h-1 m3zi-1 m3zi-1 m3zi-1
valoare0,12 0,15 0,14 0,20 0,10 0,035 0,010 0,050131
Lucian Gavrila APA IN INDUSTRIE
Necesarul i cerina de ap pentru uniti agrozootehnice Necesarul de ap se calculeaz innd cont de coeficienii de neuniformitate, coeficienii de simultaneitate, precum i de numrul animalelor i/sau suprafaa spaiilor de udat sau stropit. Cerina de ap se determin innd cont de necesarul stabilit anterior, la care se adaug apa tehnologic proprie sistemului de alimentare cu ap i apa pentru acoperirea pierderilor admisibile (max. 5%).Lucian Gavrila APA IN INDUSTRIE 132
Necesarul i cerina de ap pentru uniti agrozootehnice Necesarul de ap pentru irigaii se stabilete innd cont de balana apei din sol, putndu-se calcula cu relaia:
D = E p 10 P F Ri + R f [m /(luna hectar)]3
(7)
Lucian Gavrila APA IN INDUSTRIE
133
Necesarul i cerina de ap pentru uniti agrozootehnice D = necesarul de ap specific sau deficitul de ap din sol [m3(lunha)-1]; Ep = evapotranspiraia potenial [m3(lunha)1]; P = precipitaiile utile (care pot fi reinute n sol) [mmlun-1]; F = aportul din pnza freatic [m3(lunha)-1]; Ri = rezerva de ap din sol, la nceputul lunii [mha-1], Rf = rezerva de ap din sol, la sfritul lunii [mha-1]. Lucian Gavrila APA IN INDUSTRIE 134
top related