atestat- tratarea namolurilor in statiile de epurare

Upload: lauraand21

Post on 09-Jul-2015

4.019 views

Category:

Documents


13 download

TRANSCRIPT

TEMA: TRATAREA NMOLURILOR DIN STATIILE DE EPURARE

1

CUPRINS: CAP I Aspecte generale CAP II - Formarea i caracteristicile nmolurilor CAP III Principalele caracteristici ale namolurilor3.1.

Caracteristicile fizico-chimice ale nmolurilor Caracteristici biologice i bacteriologice

3.2.

CAP IV. Procedee de prelucrare a nmolului 4.1. 4.2. Ingroarea nmolului Fermentarea nmolului 4.2.1. Instalatii pentru fermetarea namolurilor 4.3.4.4. 4.5.

Condiionarea nmolului Deshidratarea nmolului Uscarea namolului Incinerarea nmolului Valorificarea si evacuarea finala a namolurilor Aspect legislative privind valorificarea namolurilor in agricultura

4.6. 4.7. 4.8.

CAP V- Managementul nmolurilor generate in staia de epurare Cluj- caz particular 5.1.5.2.

Scurt istoric Descrierea procesului tehnologic in statia de epurare Valorificarea namolurilor rezultate din statia de epurare

5.3.

2

ARGUMENT Calitatea apelor este cel mai mult afectat de deversarea de ctre om de ape uzate. Prin urmare, principala msur practic de protecie a calitii apelor de suprafa este s epurm apele uzate. In urma procesului de epurare rezulta namoluri ce trebuiesca tratate pentru a putea fi integrate in natura fara a afecta mediul inconjurator. Modul de tratare a acestor namoluri face obiectul prezentului atestat. Primul pas spre epurare este colectarea apelor uzate, care se face prin sisteme de canalizare. ele sunt mai simple la poluani industriali, dar foarte vaste i complicate n cazul canalizrii localitilor, deoarece trebuie s preia ape uzate fecaloid-menajere de la un foarte mare numr de surse - toate chiuvetele, WC-urile, cadele de du sau baie etc. Se mai adaug canalele ce preiau apele pluviale. Apele acestea trebuie apoi conduse la staia de epurare, de unde apoi de regul sunt restituite n emisar, de obicei un ru. Lucrarea este structurata pe 5 capitole. Capitolul I prezinta un scurt istoric al aparitiei statiilor de epurare. Capitolul II prezinta aspect generale vis--vis de procesul de epurarea apelor uzate si o clasificare a procedeelor de tratare a namolurilor in statiile de epurare. Capitolul III este rezervat caracteristicilor namolurilor. Evacuarea n receptorii naturali sau a recirculrii, conduce la reinerea si formarea unor cantitati importante de nmoluri ce nglobeaz att impuritatile coninute n apele brute, ct si cele formate n procesele de epurare. Namolurile au diferite caracteristici atat fizico-chimice cat si biologico-bactereologice. In acest capitol se urmareste caracterizarea celor mai importante proprietati ale namolurilor. Capitolul IV procedee de tratare a namolurilor dezbate procesele de prelucrare a nmolurilor n functie de proveniena i caracteristicile lor, dar i n funcie de modul final de evacuare. De asemenea prezinta o clasificare a proceselor de prelucrare dup diferite criterii. In acest capitol se trateaza principalele procedee prin care trece namolul pana la integrarea in natura: ingrosarea, fermentarea, conditionarea, deshidratarea, uscarea, incinerarea, valorificarea si evacuarea. De asemenea in finalul capitolului sunt prezentate diverse aspecte legislative privind valorificarea namolului in agricultura. Capitolul V prezinta un studiu de caz a statiei de epurare din Cluj, in care sunt descrise procesele tehnologice in statia de epurare si valorificarea namolurilor rezultate.

3

CAP I. Istoric i evoluie Primele staii de epurare au aprut n Anglia n secolul XIX. Iniial s-au realizat canalizri, care au rezolvat problema epidemiilor hidrice, dar au fcut din Tamisa un ru mort ce degaja miros pestilenial, nct n geamurile parlamentului au trebuit atrnate crpe mbibate cu clorur de calciu. Abia atunci s-a trecut la realizarea de staii de epurare. Tot n Anglia s-au pus bazele monitoringului. Parametrul "consum biochimic de oxigen" CBO5 a fost introdus n 1898 i a fost conceput n concordan cu realitile englezeti - temperatur de 200C, timp de reziden n ru 5 zile, tip de poluare predominant fiind cea fecaloid-menajer... n SUA, n 1984 existau 15438 de staii de epurare care deserveau o populaie de 172205000 locuitori, adic 73,1% . Procentul de epurare a apelor din punct de vedere al ncrcrii organice msurate prin CBO5 a fost de 84% iar din punct de vedere al suspensiilor de 86,3%. Pentru anul 2005 se prevede atingerea unui nivel de 16980 de staii de epurare care s deserveasc 243723000 locuitori, adic 86,6%. Procentul de epurare a apelor din punct de vedere al ncrcrii organice msurate prin CBO5 e planificat s ating 89,9% iar din punct de vedere al suspensiilor de 88,9%. n SUA tot mai puine ape uzate dup epurare se descarc din nou n emisar. Se infiltreaz n sol sau se utilizeaz pentru irigaii, n industrie, pentru recreere (lacuri), pentru piscicultur, i chiar ca surs de ap potabil, dup descrcare n lacuri sau injectare n sol sau chiar direct, dar cu supunere la preparare avansat. De exemplu n SUA se utilizeaz ape uzate la prepararea de ap potabil n orae ca Palo Alto, Denver, El Paso i chiar Washington DC Aceasta e destul de scump, dar totui mai ieftin dect desalinizarea apei marine de exemplu, de aceea tehnologia se rspndete n ri arabe i africane.

4

CAP II. Aspecte generale Procesul de epurarea apelor uzate, conduce la retinerea si formarea unor cantitti importante de nmoluri ce inglobeaz substante poluante si substante inerte. Procedeele de tratare a nmolurilor sunt foarte diverse si ca urmare nu se pot stabili retete si tehnologii universal valabile, ci pentru fiecare statie de epurare trebuie studiate caracteristicilor nmolurilor supuse prelucrrii. La baza tuturor procedeelor de tratare a nmolurilor stau dou procese tehnologice distincte si anume stabilizarea nmolurilor prin fermentare si deshidratarea nmolurilor. Intre aceste dou procedee principale pot s apar diverse variante sau combinatii de procedee a cror aplicare se face diferentiat in functie de conditiile locale, cantitatea si calitatea nmolurilor, existenta unor terenuri pentru amplasarea instalatiilor si platformelor de uscare si depozitare, sau destinatia nmolurilor etc. Clasificarea procedeelor de tratarea nmolurilor se poate face dup mai multe criterii si anume: criteriul reducerii umidittii; criteriul diminurii componentei organice; criteriul costurilor de prelucrare. In tabelul 1 se prezint o clasificare dup primul criteriu, cel al reducerii umidittii care permite imbinarea diferitelor procedee in schemele tehnologice ale statiilor de epurare.

Procedeele mentionate in prima grupa se consider ca fiind de fapt o etap de pretratare a nmolurilor in vederea reducerii intr-o limita mai redus a umidittii, dar pot aprea modificri a structurii nmolului. In a doua grup sunt cuprinse procedee de deshidratare natural: mecanic, cu o reducere semnificativ umidittii nmolurilor. Procedeele din aceast grup, de regul se combin cu cele din prima grupa de procedee. In a treia grup de procedee sunt incluse procedeele care conduc la reducerea avansat a umiditTii nmolului (pan la o umiditate de 25%) unele dintre ele constituind chiar solutii finale de prelucrare. Din ultima grup fac parte procedeele de prelucrare final care trebuie sa asigure fie reintegrarea nmolului in mediul inconjurtor fr al polua, fie valorificarea potentialului de fertilitate in agricultur. In urma analizei tabelului de mai sus putem concluziona c procedeele de prelucrare conduc la obtinerea urmtoarelor tipuri de nmoluri sau reziduuri:5

nmol stabilizat (aerob sau anaerob); nmol deshidratat (natural sau artificial); nmol igienizat (prin pasteurizare, tratare fizico-chimic sau compostare); nmol fixat, rezultat prin solidificare in scopul imobilizrii compusilor toxici; cenus, rezultat din incinerarea nmolurilor. In mod normal in prezent, nmolurile proaspete din statiile de epurare urbane, sunt prelucrate in prealabil prin fermentare anaerob (obtinandu-se biogaz), dup care urmeaz procesele de deshidratare natural sau artificial si in final valorificarea lui in agricultur, ca fertilizator, dar numai dac corespunde din punct de vedere bacteriologic. Prin fermentare anaerob are loc si o mineralizare a substantelor organice, care devin inofensive far de mediu si se obtine biogaz de fermentatie. In cazul statiilor de epurare de mici dimensiuni, pentru reducerea costurilor investitionale, se recomand utilizarea fermentrii aerobe.

6

CAP III. Formarea i caracteristicile nmolurilor Epurarea apelor uzate, n vederea evacurii n receptorii naturali sau a recirculrii, conduce la reinerea si formarea unor cantitati importante de nmoluri ce nglobeaz att impuritatile coninute n apele brute, ct si cele formate n procesele de epurare. Schemele tehnologice aplicate pentru epurarea apelor uzate industriale si oraseneti, din care rezult nmoluri se pot grupa n dou mari categorii: cele privind epurarea mecano-chimic si cele privind epurarea mecano- biologic. n fig. 1 si 2 se prezint principalele surse de nmol n cadrul schemelor de epurare menionate.

Fig. 1 Surse de nmol din staia de epurare mecano-biologic Din punct de vedere fizic, nmolurile provenite din epurarea apelor uzate se consider sisteme coloidale complexe, cu compozitii eterogene, coninnd particule coloidale ( d < 1 n ), particule dispersate (d'= 1 - 100 p ), agregate, material n suspensie etc., avand un aspect gelatinos i coninnd foarte mult ap. Din punct de vedere tehnologic, nmolurile se consider ca faz final a epurrii apelor, n care sunt nglobate produse ale activitatii metabolice, materii prime, produi intermediari i produse finite ale activitatii industrial.

Fig. 2 Surse de nmol din staia de epurare mecano - chimic Principalele tipuri de nmol ce se formeaz n procesele de epurare a apelor uzate sunt: nmol primar, rezultat din treapta de epurare mecanic; nmol secundar, rezultat din treapta de epurare biologic;7

-nmol rnixt, rezultat din amestecul de nmol primar i dup decantarea secundar, obinut prin introducerea nmolului activ n exces n treapta mecanic de epurare; -nmol de precipitare, rezultat din epurarea fizico-chimic a apei prin adaos de ageni de neutralizare, precipitare, coagulare - floculare. Dup stadiul lor de prelucrare n cadrul gospodriei de nmol, se pot clasifica: nmol stabilizat (aerob sau anaerob); nmol deshidratat (natural sau artificial); nmol igienizat (prin pasteurizare, tratare chimic sau compostare); nmol fixat, rezultat prin solidificare n scopul imobilizrii compuilor toxici; cenua. rezultat din incinerarea nmolului; Clasificarea nmolurilor dup compoziia conduce la luarea n considerare a dou mari categorii: nmoluri cu compoziie predominant organica ce conin peste 50% substane volatile n substana uscat i care, de regul, provin din epurarea mecanobiologic; nmoluri cu compozitie predominant anorganic! ce conin peste 50% din substana uscat i care de regul, provin din epurarea fizico-chimic.

3.1. Caracteristicile fizice ale nmolurilor Principalele caracteristici fizice care prezint interes in procesele de prelucrare a nmolurilor sunt urmtoarele: 1. Culoarea si mirosul care furnizeaz primele informatii asupra strii nmolului. Nmolurile proaspete din decantoarele primare sunt de culoare cenusie deschis si au un miros aproape imperceptibil. Ele contin resturi menajere si intr usor in fermentatie si produc gaze cu mirosuri neplcute (hidrogen sulfurat). Nmolurile biologice din decantoarele secundare retinute dup procesul de trecere a apei uzate prin filtrele biologice au o culoare maronie, iar la cele de dup bazinul de tratare biologic cu aerare (nmolul activat), culoarea acestora variaz de la galben - brun, brun - cenusiu pan la brun inchis, in functie de speciile bacteriene predominante. Mirosul nmolului activat proaspt, bine aerat, este un miros slab, de humus; nmolul activat incepe s miroasa a substant organic in descompunere numai in cazul in care concentratia de oxigen din ap este insuficient pentru a mentine conditii aerobe de procesare, sau forma bazinelor permite acumularea nmolului activat in locuri lipsite de o bun oxigenare (de ex. in colturile bazinului de aerare, marginea decantorul secundar etc). Nmolurile care au fermentat complet au o culoare neagr (datorit sulfurii de fier) si miros de gudron. 2. Umiditatea sau continutul de ap variaz in limite foarte largi, in, functie de natura nmolului (mineral sau organic), de treapta de epurare din care provine (primar, secundar, de precipitare etc). Umiditatea nmolului se exprim in procente si se determin in laborator prin uscare in etuv la temperatura de 1050 C, sau cu ajutorul analizorului de umiditate (UMIDOTEST). Umiditatea nmolurilor provine din urmtoarele feluri de ap: liber (existent intre particulele solide), legat coloidal prin tensiuni superficiale de particulele coloidale din nmol, legat capilar si higroscopic. Reducerea volumului de nmol pe seama eliminrii apei si a schimbrii structurii nmolului, constituie elementul de baz in tratarea nmolurilor. Variatia de volum, ca urmare a schimbrii umidittii, se poate determin cu relatia:

In care U1, U2 sunt umidittile nmolului inainte si dup uscare, in %. 3. Greutatea specific a nmolului depinde in mare msur de greutatea specific a materiilor solide pe care le contine, de umiditatea lor si de provenienta nmolului din cadrul statiei de epurare, in sensul c nmolul primar brut are o greutate specific de 1,004- 1,010 t/m 3, nmolul activat in exces are valori mai mici, in jur de 1,00 t/m 3 si dup ingrosare, 1,003 t/m3.8

Pentru calcule mai putin precise dac umiditatea medie a nmolurilor depseste 90% se poate considera greutatea specific a nmolurilor egal cu cea a apei. 4. Filtrabilitatea este o proprietate important a unui nmol si reprezint proprietatea acestuia de a ceda apa prin filtrare si se exprim, cantitativ, prin rezistenta specific la filtrare (r, in cm/g) si coeficientul de compresibilitate (s). Pentru determinarea rezistentei specifice la filtrare se utilizeaz ecuatiile lui Poiseuille si Darcy pentru curgerea fluidelor prin medii poroase capilare, dar cu modificrile propuse de Kozeny si Caraman pentru nmoluri. 5. Puterea caloric a nmolului variaz in functie de continutul in substant organic (substante volatile). Se poate determina experimental sau aproximativ cu ajutorul relatiei empirice: PCn = Sv 44.4 in care: PCn - puterea caloric net; Sv - continutul in substante volatile. Experimental, puterea caloric se determin cu ajutorul bombei calorimetrice. Nmolurile primare caracterizate de o concentratie ridicat in substante organice au o putere caloric mai mare fat de nmolurile fermentate, asa cum rezult si din tabelul urmator. Puterea calorific a diverselor nmoluri

3.2 Caracteristici chimice ale namolurilor 1. Valoarea pH-ului variaz pe parcursul desfsurarea procesului de fermentare metanic a nmolului, dar trebuie s fie cuprins intre 7 - 7,5 ; adic un proces slab alcalin. 2. Substante solide totale. Nmolurile contin, in medie, peste 90% ap, restul fiind substante solide care, din punct de vedere chimic, pot fi substante minerale si substante organice (volatile). Determinarea compusilor de natur organic (volatil) din reziduului fix, obtinut dup uscarea unei probe de nmol la 1050 C, se face prin calcinarea acesteia la temperatura de 5500 C. Un nmol primar contine 95 - 97% ap si 3- 5% substant solid, din care circa 70% reprezint partea volatil (V). Dac acest nmol este apoi fermentat, partea organic se reduce cu 40 - 50%, iar partea mineral (M) creste cu 60 - 65%. Indicatorul mineral si volatil in substant uscata constituie un criteriu de clasificare a nmolurilor, astfel: nmolul organic prezint M/V < 1; iar cel anorganic prezint M/V > 1. Acest criteriu constituie baza de selectie a procedeelor de prelucrare, intrucat un nmol organic este putrescibil si se are in vedere mai intai stabilizarea sa, mai ales pe cale biologic (fermentare aeroba sau anaerob), pe cand un nmol anorganic se prelucreaz prin procedee fizico-chimice (solidificare, extractie de componente utile etc). 3. Fermentabilitatea Aceast proprietate a nmolurilor se determin prin analiza fermentrii unui nmol proaspt in amestec cu nmol bine fermentat, respectiv, dou prti nmol9

proaspt si o parte nmol fermentat. Acest amestec de nmol este urmrit timp de circa 30 zile. Pe parcursul experimentului, se determin cantitatea si compozitia gazului produs, cantitatea de acizi volatili si pH-ul. Substantele organice din nmolurile proaspete se apreciaz ca fiind cuprinse intre 60 80% din cantitatea total de substant uscat, fapt ce conduce la aparitia unor dificultti in ceea ce priveste uscarea nmolurilor. Din punct de vedere chimic in nmoluri predomin hidrocarbonatii, grsimile si proteinele. Studiile experimentale privind fermentabilitatea nmolurilor, au pus in evident urmtoarele cantitti de gaze care se produc functie de compusii chimici: hidrati - 0,790 Nm3/kg cu o compozitie 50% CH4 si 50% CO2; grsimi - 1,250 Nm3/kg cu o compozitie 68% CH4 si 32% CO2; proteine - 0,700 Nm3/kg cu o compozitie 71% CH4 si 29% CO2. Productia de gaz se refer la kg substant organic, fiind maxim la materiile organice cu o compozitie ridicat de grsimi de natur organic. In cazul nmolului proaspt provenit din apele uzate urbane, cantitatea de gaz ce se poate produce este cuprins intre 0,85 - 1,0 Nm3 /kg materii solide organice degradate. Dac se consider materia organic din nmolul proaspt, atunci productia poate fi estimat la 0,4 -0,7 Nm3gaz/kg materie organic introdus in bazin spre fermentare. Cantittile de acizi organici volatili trebuie s fie de circa 500 mg/dm3. Dac se depseste valoarea 2.000 mg/dm3, apare riscul ca fermentarea metanic s se opreasc, astfel c fermentarea acid va fi dominant si deci vor aprea gaze ru mirositoare si un nmol extrem de periculos pentru calitatea mediului. 4. Metale grele si nutrienti. Continutul de nutrienti (N, P, K) prezint o important deosebit atunci cand se are in vedere valorificarea nmolului ca ingrsmant agricol sau ca agent de conditionare a solului. De asemenea, utilizarea in agricultur a nmolului este conditionat de prezenta si de cantitatea de metalele grele (cupru, cianuri, arsen, plumb etc), care au un grad ridicat de toxicitate si se acumuleaz in sol. Dac nmolul urban contine cantitti reduse de metale grele, in general sub limitele admisibile, nmolul rezultat din epurarea in comun a apelor menajere cu cele industriale, in functie de profilul industriei, poate duce la cresterea concentratiei de metale grele in nmol si ca urmare se impune analiza chimic periodic a nmolurilor. 3.3. Caracteristici biologice i bacteriologice Nmolurile proaspete (primare si secundare) prezint caracteristici biologice si bacteriologice asemntoare cu cele ale apei supuse epurrii, cu meniunea c diminuarea lor n faz apoas se traduce cu o concentrare n faza solidl Diferitele procedee de prelucrare a nmolului, conduc si la diminuarea potenialului microbiologic al nmolului si n mod deosebit al potenialului patogen. n cadrul unor procedee de prelucrare se creeaz condiii de dezvoltare a microorganismelor capabile s transforme unele substane prezente din nmol n substane utile sau neutre n raport cu mediul nconjurtor. Astfel, n bazinul de fermentare anaerob se dezvolt microorganisme capabile de mineralizarea materiilor organice care realizeaz si o reducere relativ a potentialului patogen. n procesul de compostare, prin procese biochimice complete se produce o humificare a materiei organice, iar datorit temperaturii se produce si o dezinfectie a nmolului. Nmolurile rezultate din epurarea unor ape uzate industriale cu potenial patogen ridicat (ferme de animale, tbcrii, abatoare etc) trebuie prelucrate n mod corespunztor. Unele categorii de ape uzate ce nu prezint un mediu prielnic de viata pentru microorganisme (pH acid, prezena unor metale toxice etc) conduc la formarea de nmoluri fr potenial patogen.

10

CAP IV. Procedee de prelucrare a nmolului Procesele de prelucrare a nmolurilor sunt multiple i variate, n functie de proveniena i caracteristicile lor, dar i n funcie de modul final de evacuare. Clasificarea proceselor de prelucrare se poate face dup diferite criterii, cum ar fi reducerea umiditatii, mineralizarea componentei organice etc. 4.1. Ingroarea nmolului Aceast metod constituie cea mai simpl si larg rspandit metod de concentrare a nmolului, avand drept rezultat reducerea volumului si ameliorarea rezistenTei specifice la filtrare. Gradul de ingrosare depinde de mai multe variabile, dintre care mai importante sunt: tipul de nmol (primar, activat, fermentat etc), concentratia initial a solidelor, temperatura utilizarea agentilor chimici, durata de ingrosare etc. Prin ingrosare, volumul nmolului, pe seama apei eliminate, se reduce de circa 20 ori fat de volumul initial, in schimb ingrosarea este eficient pan la o concentratie de solide de 8 -10%. Ingrosarea se poate realiza prin decantoare ingrostoare gravitaTionale, flotare sau centrifugare etc. Ingrosarea gravitational se realizeaz in decantoare verticale (pentru statii mici) sau decantoare radiale. Gradul de ingrosare depinde de durata procesului si de inltimea coloanei de ap (adancimea bazinului) din decantor. Pentru a evita aparitia unor procese de fermentatie a nmolului proaspt a cror gaze afecteaz calitatea procesului de ingrosare, adancimea apei la perete nu trebuie s depseasc 2,0. Panta radierului este mai mare fat de cea a decantoarelor obisnuite, iar podul raclor este echipat cu o serie de bare metalice care se deplaseaz lent, cu o vitez de 1,0 rot/h, dirijand nmolul spre conul de colectare central, de unde apoi se extrage. In figura 7 este prezentat un ingrostor de nmol. In vederea dimensionrii ingrostoarelor de nmol se are in vedere dou aspecte, fie dimensionarea se bazeaz pe experienta deja acumulat, fie se fac teste experimentale de laborator asupra nmolurilor care urmeaz a se ingrosa.

Parametrul de baz al dimensionrii pe baz de experient este incrcarea cu substante solide. Prelungirea procesului de ingrosare este neeconomic si ca urmare se limiteaz procesul de ingrosare in instalatie. In tabelul 7 sunt date experimentale privind incrcarea cu substante solide si limita de ingrosare recomandat pentru diferite tipuri de nmoluri.

11

Dimensionarea in acest caz implic simpla alegere corespunztoare a nivelului de incrcare a nmolului ce urmeaz a fi ingrosat utilizand urmtoarea relatie de calcul a suprafetei orizontalei ingrostorului: in care: Qs - cantitatea de materii solide uscate din nmolul supus procesului de ingrosate, in kgMTS/h; Is - incrcarea de suprafat cu solide a ingrostorului, in kgMTS/m2h . In cazul de dimensionrii pe baz de experimente de laborator, se construieste graficul curbei desedimentare a nmolului din amestecul ap nmol, care permite determinarea suprafetei unitare aingrostorului. In timpul functionrii unui astfel de decantor ingrostor de nmol se pot delimita trei zone distincte: zona de suprafat ingrostorului format din lichid, decantat care contine o concentratie sczut de nmol si care se elimin ; zona de alimentare format din nmol cu o concentratie; constant aproape uniform in volum; in aceast zon concentratia nu este identic cu cea a nmolului de alimentare; zona de compactare (tasare) format din nmol a crui concentratie creste pe msura inaintrii spre radierul decantorului unde atinge concentratia de evacuare (de nmol ingrosat). In functie de natura nmolului, timpul mediu de retinere al materiilor solide in ingrostor, este de 0,5- 2,0 zile, iar volumul nmolului se poate reduce la 20% din volumul initial. Ingrosarea prin flotare se aplic pentru suspensii care au tendinta de flotare si sunt rezistente la compactare prin actiunea gravitational. Se aplic procedeul de flotare cu aer insuflat sub presiune, care prin destindere la presiunea apropiat de cea atmosferic, elimin bule fine de aer care se ataseaz flocoanele. Ingrosarea prin centrifugare se recomand pentru nmolul activat in exces, atunci cand nu se dispune de spatiu pentru executarea de decantoare - ingrostoare. Principiul de functionare, precum si repartitia fortelor intr-o astfel de instalatii de ingrosare prin centrifugare este prezentat in figura

In practic se foloseste o centrifug cu transportor elicoidal sau care retine circa 90% din materiile solide,12

nmolul activat in exces fiind in prealabil tratat cu floculanti. Sub influenta floculantilor nmolul este ridicat la suprafata lichidului si impins spre axa de rotatie de unde este evacuat. Apa in schimb rmane pe peretii tamburului si este evacuat in partea opusa nmolului. Tinand seama de viteza mare de rotatie a echipamentului (de 6.000 rot/min), consumul de floculanti este mai mare datorit fragilittii si ruperii flocoanelor, deci costurile de exploatare sunt mai mari decat in cazul altor procedee. In consecint nu se recomand acest tip de instalatie decat in cazurile deosebite, respectiv de spatiu. O astfel de instalatie de ingrosare prin centrifugare a nmolului este prezentat in figura.

Alimentarea cu nmol se face axial prin partea dreapt, evacuarea nmolului se face prin partea stang (desecat), iar evacuarea apei prin partea dreapt. O alt metod de ingrosare a nmolului este cea ce utilizeaz filtrul pres cu band. In figura urmatoare este prezentat schematic modul de functionare a unei astfel de instalatii.

O constructie mai simpl este cea a filtrului pres ce utilizeaz panz filtrant. Elementele de baz sunt camerele filtrante suprapunse prin care trece panza de filtru. Filtru dispune de canale de drenaj a apei. In figura urmatoare este prezentata o astfel de instalatie.

13

O instalatie mult mai modern este cea ce utilizeaz vacuum pentru dezhidratarea nmolului urmatoarea figura

n tabelul urmator se prezint date comparative asupra diferitelor procedee de ngroare a nmolului. Date comparative ntre diferite procedee de ngroare a nmolului Tehnologia Coninut de Consum de Caracteristici substan energie, uscat kWh/m3 obinut (%) nmol ngroare 4-6 0,1 - 0,3 Simpl: costuri sczute de exploatare; gravitaional necesit spaiu mare, costuri de construcii ridicate; nu este afectat de solidele prezente n nmol ngroare 5 0,7 - 2,5 Convenabil pentru nmoluri biologice (fr prin substane abrazive); spaiu redus i cost de14

centrifugare ngroare flotare prin 4 - 6 0,3 - 0,6

construcie sczut Spaiu redus; costuri de construcie mici; tehnologie sofisticat; costuri de exploatare ridicate

4.2. Fermentarea nmolului Fermentarea nmolului, n vederea unei prelucrri ulterioare sau a depozitrii se poate realiza prin procedee anaerobe sau aerobe - primele fiind cel mai des folosite. n procesul de fermentare, materialul organic este mineralizat, iar structura coloidal a nmolului se modific. Nmolul fermentat poate fi mai uor deshidratat, cu cheltuieli mai mici dect n cazul nmolului brut. Fermentarea anaerob a nmolului Prin fermentare anaerob se intelege procesul de degradare biologic a substantelor organice din nmoluri, prin activitatea unor populatii bacteriene, care in anumite conditii de mediu (pH, temperatur, etc) descompun materiilor organice din nmol prin procese de oxido reducere biochimic in molecule simple de CH4, CO, CO2 si H2, care formeaz asa numitul gaz de fermentatie sau biogaz si care are o putere caloric medie de circa 5.000 kcal/Nm3. Procesele biochimice si microbiochimice ce stau la baza degradrii materiilor organice sunt extrem de complexe si inc insuficient cunoscute, aceast situatie datorandu-se necunoasterii complete a modului de degradare (mineralizare) a compusilor organici complecsi si insolubili. Acest proces este numit de unii, process de conditionare a nmolului, avand in vedere si modificarile structurale. In acelasi timp, prin fermentare sunt distruse partial si unele bacterii patogene, restul bacteriilor nu se pot distruge decat prin pasteurizare. Cinetica fermentrii anaerobe se desfsoar sub influenta a dou grupe principale de bacterii care triesc in simbioz in acelasi mediu fizic si chimic respectiv bacterii anaerobe si aerobe, care transform, prin hidroliz, substantele organice complexe (hidratii de carbon, proteine, grsimi) in substante organice mai simple (acizi organici inferiori, alcooli etc.) cu ajutorul enzimelor extracelulare. In continuare aceste substante sunt sursa de hran pentru moleculele mai simple, care cu ajutorul enzimelor intracelulare sunt transformate in compusi simpli si inofensivi mediului: metan, dioxid de carbon etc. Rezult c fermentarea anaerob este un proces complex care se desfsoar in dou faze: faza de lichefiere; faza de gazeificare. In prima parte a stadiului nemetanogen (hidroliza), ceculele mai mari ale biopolimerilor, ce formeaz substanta organic din nmol, sunt transformate (lichefiate) in unitti mai mici, permeabile membranelor celulelor microorganismelor. In a doua parte a acestui stadiu de fermentare (acidogenez), moleculele mici solubile obtinute in faza de hidroliza sunt transformate prin mecanisme variate dependente de structura compusului si de microorganismul implicat, in acizi grasi volatili - AGV (acetic, lactic, propionic etc), compusi neutri (etanol), gaze (CO2 si H2S, amoniac) si ap. Microorganismele care concur la faza acidogenez au un timp de generare foarte scurt in comparatie cu cele specifice fazei metanogene. In subfaza de acetogenez are loc, sub actiunea bacteriilor acetogene, transformarea AGV in acid acetic, hidrogen molecular si dioxid de carbon. Hidrogenul ce apare in procesul de metanogenez nu este detectabil decat foarte rar, deoarece el este rapid si preferential oxidat de bacteriile metanogene cu reducere a gazului CO 2 la CH4 si ap. Dac H2 nu este oxidat pe aceast cale, atunci se va acumula un amestec de produsi intermediari care pot inhiba descompunerea si utilizarea substratului prin modificarea pH-ului.15

In cazul fermentrii aerobe, microorganismele care catabolizeaz aceste transformri, vor consuma in intregime energia continut in substanta organic si o vor transforma in cldur, precum si in energia necesar inmultirii microorganismelor. Energia termic nu poate fi utilizat tehnic decat in cazuri cu totul particulare si aceasta duce la cresterea entropiei lichidului prelucrat. De asemenea, biomasa in exces va trebui prelucrat si reintrodus in circuitul natural. La inceput procesului, viteza de fermentare si de producere a biogazului este mic dar apoi creste, pentru ca la sfarsitul procesului s descreasc din nou, atunci cand productia de gaz se apropie de valoarea limit. Durata minim care trebuie avut in vedere este de 12 zile. Forma acestei curbe este asemntoare cu cea a dezvoltrii bacteriilor care particip la proces. In cazul experimentrilor efectuate in conditii dinamice (cu alimentare continu) se poate evita timpul de pornire (de amorsare a procesului) prin folosirea de nmol inoculat cu bacterii metanogene sau prin amestecul nmolului proaspt cu cel fermentat, adic prin recircularea nmolului din instalatia de producere a biogazului.

Factorii care influeneaz procesul de fermentare se pot grupa n dou categorii: caracteristicile fizico-chimice ale nmolului supus fermentrii: concentraia substantelor solide, raportul mineral / volatil, raportul dintre componenta organic i elemente nutritive, prezena unor substane toxice sau inhibitoare etc; concepia i condiiile de exploatare ale instalatiilor de fermentare: temperatura, sistemul de alimentare i evacuare, sistemul' de nclzire, de recirculare, de omogenizare, timpul de fermentare, ncrcarea organic etc. n afara acestor factori legati de calitatea materialului i parametrii instalaiilor, mai sunt o serie de factori' la nivelul celulei, legai de echipamentul enzimatic, mult mai dificil de sesizat i dirijat, necesitnd metode de investigare deosebit de complexe. Se vor analiza cativa dintre factorii de influenta asupra procesului, ce pot fi dirijai n sensul dorit. Concentraia substanelor solide din nmol trebuie s fie astfel aleas nct s asigure apa fiziologic necesar bacteriilor. Se recomand concentraii de 5-10% materii solide. Concentraii mai ridicate ale materialului, peste 12% creeaz dificultati la pompare i omogenizare. Componenta organic a fazei solide prezint, de asemenea, important n procesul de mineralizare i n producia gazului. Se apreciaz c o reducere minim de 50% a componentei organice asigur o stabilitate relativ a nmolului. Compoziia gazului nu este influentat de gradul de descompunere al materiei organice, ci de componentele organice.' Principalele grupe de substane organice prezente n componenta volatil, cu implicaie asupra16

cantitatii i compoziiei gazului de fermentare sunt: hidratii de carbon, proteinele i grsimile. n tabelul urmator. se prezint producia specifi'c i compoziia gazului la cele trei grupe de substane organice. Producia i compoziia gazului pe principalele grupe de substane organice din nmol Grupa Hidrai carbon Grsimi Proteine Producia de gaz, cnrVg substanta de 790 1250 704 Compoziia gazului % 50 CH4+50 C02 68 CH4+32 C02 71 CH4+29 C02

Cercetri efectuate arat c fermentarea anaerob se poate aplica pentru majoritatea substanelor organice, excepie fcnd lignina i uleiurile minerale. Componenta minerala , n special srurile de azot i fosfor prezint important n fermentarea anaerob. Sunt stabilite anumite rapoarte optime ntre carbon organic, azot i fosfor, o producie bun de gaz obtinndu-se la raportul Corg / Norg = 13 - 14. O sene de cationi ( Ca2+, Mg2+, Na+,' K+, NrT) produc inhibarea fermentani anaerobe la concentraii peste 10 g/1. Srurile de sodiu sunt relativ toxice fata de bacteriile metanice, astfel c n cazul de neutralizare a nmolului supus fermentrii este indicat s se evite hidroxidul de sodiu. Influena substanelor toxice ca: nichel, crom (tri- i hexavalent), zinc, cupru, plumb etc.au efect de inhibare i dereglare a procesului de fermentare anaerob. Limitele de inhibare i dereglare a procesului sunt uneori controversate, influena toxic a metalelor fiind strns corelat cu prezena sulfurilor care produc, cu ionii metalici, complexe netoxice pentru bacterii. n tabelul urmator se indic limitele de concentraii pentru unele substane cu efecte toxice n procesul de fermentare. Limitele de concentraie pentru unele substane cu influenta asupra procesului de fermentare Substana Concentraia mg/1 Substana Concentraia mg/1 Sulfuri 200 Calciu 2000- 6000 Metale grele 1 Magneziu 1200-3500 solubile Sodiu 5000-8000 Amoniu 1700-4000 Potasiu 4000-10000 Amoniu liber 150 O alt categorie de substane cu caracter inhibitor sau toxic sunt i unele substane organice, n concentraie mare, cum ar fi alcool metilic, etilic, propilic, izoamilic, benzen, toluen, peste 1 g/1; alcooli superiori peste 0,1 - 0,2 g/1; substane tensioactive peste 20 mg/1 ,nmol. De asemenea pesticidele, n special cele organo-clorurate, produc dereglri n procesul de fermentare. Influena pH-ului . Fermentarea anaerob se desfasoar n condiii optime la pH = 6,8 - 7,6, interval n care producia i compoziia gazului sunt normale. Modificarea pHului apare la modificarea calitatii nmolului de alimentare sau la exploatarea incorect a instalaiei. Influena temperaturii. n general, fermentarea anaerob se poate realiza ntr-un interval larg de temperatur, ntre 4 i 60C, cu aclimatizarea microorganismelor n anumite zone de temperatur. Viteza de mineralizare este influenat de temperatur, n sensul creterii duratei de mineralizare cu scderea temperaturii. Din punct de vedere termic, procesele de fermentare anaerob se pot clasifica n trei17

categorii: - fermentare criofil (fr ncalzire) la temperatura mediului ambiant; - fermentare mezofil (32-35C); - fermentare termofil (*55C). n practic este larg aplicat fermentarea mezofil. Fermentarea termofil, dei prezint unele avantaje, ca reducerea duratei de fermentare i deci a volumului instalatiilor, este totui rar utilizat, ntruct implic consumuri suplimentare de energie caloric (mai ales n perioada de iarn) i formeaz cruste i spume n bazine. Microorganismele care particip la procesul de fermentare i, ndeosebi, cele metanice, sunt foarte sensibile la variaii de temperatur chiar de 2-3 C, intervalul de temperatur i meninerea ei ntr-un regim constant reprezentnd factori importani ai procesului. nclzirea rezervoarelor de fermentare la temperaturile proiectate se face, n principal, cu schimbtoare de cldur exterioare, care asigur i o omogenizare a nmolului, precum i o prenclzire a nmolului brut. Amestecul - recircularea - inoculare are ca scop principal amestecul nmolului fermentat de la baza rezervorului de fermentare cu eel de la suprafata, prin aceasta obinndu-se o mai rapid degradare a substanei organice, respectiv o mai rapid terminare a fermentani. Cercetri recente asupra mecanismelor de degradare i conversie a materiei organice din nmol au pus n evidenta ci de stimulare a procesului de fermentare prin factori exogeni. Astfel, adaosuri de medii nutritive pentru bacterii, adaosuri de vitamine i ali factori de cretere au condus la sporirea produciei de gaz de fermentare cu 10-15%. 4.2.1. Instalatii pentru fermentarea nmolurilor Constructiile pentru fermentarea anaerobe a nmolului foarte diferite, dar se pot clasifica dup anumite criterii. Astfel, dup pozitia spatiului de fermentare fat de apa uzat, deosebim: comune cu apa uzat: fose septice, decantor cu etaj, iazuri de nmol; separate de apa uzat: rezervoare si bazine de fermentare. Fosele septice sunt constructii in care, intr-un singur volum, se produce simultan atat decantarea apei, cat si fermentarea nmolului rezultat din sedimentare. Ele sunt folosite pentru obiective izolate care deserves maximum 50 -100 locuitori, adic pentru un debit de pan la 15 m3/zi. Timpul de decantare, respectiv de epurare este de minimum 2 zile si maxim 10 zile. La un debit specific de 150 dm3/loc zi rezult un volum de 300 c m3/loc, pan la 1.500 dm3/loc. Volumul din urm permite epurarea biologic deoarece aici nu fermenteaz numai nmolul, ci si apa uzat. Fluidul epurat poate fi evacuat in bazine de infiltratie existente in apropiere, sau se poate vidanja cu ajutorul unor utilaje speciale si se transport la cea mai apropiat statie de epurare. Nmolul se evacueaz odat sau de dou ori pe an. Dup fiecare evacuare se las in bazin o cantitate de nmol vechi, adic un nmol ce contine bacterii metanice necesare pentru fermentarea nmolului proaspt ce urmeaz a fi mineralizat. Pentru colectivitti mici, de sub 50 locuitori, se poate adopta o fos septic cu forma din figura 2, unde circulatia apei este perimetral, fiind asigurat de existenta unui perete interior cu mai multe ramificatii care delimiteaz zonele de depunere ale nmolului. Pentru calculul zonei de nmol a fosei septice se consider o norm de depunere de 0,8 3 dm /loc-zi la o umiditate de 95%. In perioada de 180 zile dintre dou evacuri a nmolului18

fermentat, se poate estima c umiditatea nmolului, datorit compactrii scade la 90%, iar volumul nmolului, ca urmare a fermentrii substantelor organice, se reduce, in medie, cu 30%. Decantoare cu etaj (Imhoff) indeplinesc rolul de decantare a apei (etajul superior) si de fermentare a nmolurilor (etajul inferior), ambele functiuni fiind desfsurate intr-un bazin din beton armat cu forma in plan circular sau dreptunghiular. Problema cea mai dificil la aceste decantoare consta in distrugerea crustei care se formeaz la suprafata bazinului, crust format din materiale usoare (grsimi, pr, materiale fibroase etc.) care se ridic, impreun cu nmolul plutitor, de ctre gazele rezultate din procesul de fermentare Iazuri de nmol, numite si lagune se amplaseaz in depresiuni naturale (foste cariere de nisip sau de crmid etc.) unde adancimea este mai mare de 2,0 m, astfel incat s se creeze cat mai mult spatiu pentru nmol. In aceste iazuri se introduce nmolul pentru fermentare, deshidratare sau depozitare final pe termen nedefinit. Aceast solutie, din motive igienice si de proiectia mediului este mai putin recomandat pentru fermentarea nmolurilor, dar este mult utilizat pentru deshidratarea natural a nmolurilor. La proiectarea acestor iazuri se recomand o incrcare de 20 kg materii solide din nmolul proaspt la 1,0 m3de lagun. Rezervoare de fermentare (metan-tancuri) reprezint solutia frecvent aplicat pentru localittile ce depsesc 20.000 locuitori, ele putand fi de mic sau de mare incrcare. Se cunosc urmtoarele scheme tehnologice: Schema standard, pentru o instalatie de mic incrcare cu substante organice (figura3.) const intr-o singur treapt in care introducerea nmolului proaspt si evacuarea celui fermentat se face prin intermitent (2-3 ori / zi). Lipsa agitrii favorizeaz aparitia in asa numitul digestor a urmtoarelor zone: zona de spum (la partea superioar), o zon de ap cu nmol, o zon ocupat de nmol in curs de fermentare (zona activ) si zona inferioar in care sedimenteaz nmolul fermentat si inert (mineral). Instalatiile de acest gen ne-fiind inclzite, au o durat de fermentare de peste 30 zile, specific fermentatiei criofile. Periodic se evacueaz apa de nmol si spuma pentru a mri zona activ de fermentare. Instalatiile de fermentare de mare incrcare dispun in plus de un sistem de amestecare a nmolului si de o instalatie de inclzire a nmolului, fapt ce asigur o crestere a productivittii si o scurtare a perioadei de fermentare. Temperatura interioar este de 30 350 C (fermentare mezofil), iar durata de fermentare este de peste 15 zile.Datorit dezavantajelor acestor tipuri de instalatii s-a trecut la modernizarea acestora si astfel s-a ajuns la instalatii in dou trepte, care rezolv o parte din dezavantaje. O astfel de instalatie care este prezentat in figura 4. S-a continuat modernizarea instalatiilor si a aprut o nou generatie de instalatii de fermentare de contact (figura 5) si care este asemntoare cu cea precedent, cu deosebire c aici nmolul fermentat din treapta a doua este recirculat in prima treapt pentru insmantarea nmolului proaspt.19

Instalatia functioneaz in analog cu treapta biologica a bazine de aerare, dar in prezent nu cunoaste o rspandire prea mare. Forma constructiv a digestoarelor este de obicei circular, dar au aprut forme noi de rezervoare care au rezultat din studiul suprafetelor de rotatie. Tipizarea intregului ansamblu, constituie singura alternative economic. Deoarece forma constructiv imprim un aspect arhitectonic important al statiei de epurare, se impune a avea in vedere alegerea variantei care s satisfac si aceast cerint. Se recomand utilizarea de rezervoarele de mare capacitate, respectiv capacitti de 8.000 m3, diametre de 12 m si inltimi de 34 m care sunt mai economice din punct de vedere al bilantului termic, fat de solutia folosirii mai multor rezervoare mici insumand aceeasi capacitate. De obicei se utilizeaz dou rezervoare de aceeasi capacitate, intre care se prevede o constructie special numit camer de manevr. Aici sunt montate pompele de recirculare a nmolului, schimbtoarele de cldur, numeroase vane de manevr, echipamentul de control al fermentrii, echipamentul electric de control, recuperatoarele de cldur, etc. Aceast camera trebuie s fie bine ventilat si prevzut cu sisteme automate de alarm la aparitia pericolului de explozie datorit amestecului gaz metan cu aer. Pe conducta de transport a gazul de fermentatie (biogaz) spre gazometre si centrala termic, trebuie s se prevad: o instalatie de introdus mercaptan in biogaz, numit odorizator; o instalatie de eliminare a hidrogenului sulfurat (purificator de H2S); o instalatie de retinere a condensului si a eventualelor particule in suspensie si un debitmetru de gaz. Fermentarea nmolului in dou trepte se recomandat pentru statiile de epurare ce deservesc localitti cu peste 300.000, si are in vedere recuperarea unei cantitti suplimentare gaz, precum si realizarea unui nmol ingrosat cu calitti superioare pentru procesarea ulterioar. Rezervoarele de fermentare a nmolurilor sunt echipate cu aparate de msur si control. Astfel, pentru controlul temperaturii nmolului proaspt, fermentat si in curs de fermentare sunt folosite termometre plasate pe peretele rezervorului, la diferite niveluri, in interior. Pentru evidentierea nivelului apei de nmol, a crustei etc, se monteaz indicatoare de nivel care ptrund in bazin la diferite adancimi, pentru ca tubul piezometric s fie umplut cu diferite tipuri de lichid functie de pozitia tubului in rezervor. De asemenea, se prevd indicatoare de pH, precum si dispozitive de luarea probelor de nmol, de gaz (pentru a stabili concentratia gazelor) si dispozitive pentru prepararea si dozarea laptelui de var care intr functiune in momentul in care procesul are tendinta de a asi modifica pH-ul spre unul acid. Sunt prevzute si aparate de msurare a debitului de gaz a debitului de nmol proaspt si fermentat. Dimensionarea tehnologic a rezervoarelor de fermentare const in determinarea volumului de fermentare, a dozei de incrcare zilnic, a volumului. de gaze evacuate, a duratei de fermentare, a cantittii de cldur necesar, precum si dimensiunile instalatiilor de amestecare, de transport a nmolului, a pompelor de recirculare, inclusiv stabilirea aparatelor de msur si control.20

Deoarece, pentru stabilirea volumului de fermentare, nu s-a reusit o exprimare matematic a procesului, calculele se efectueaz prin diferite metode experimentale bazate pe cercetrile efectuate de ctre Popel, Roediger, Noack si altii. Dup numrul de locuitori, volumul de fermentare se calculeaz pe baza volumului specific de fermentare a crui valoare, se recomand a fi luate din literatura de specialitate (Imhoff, 1990, Triebel- 1978). In tara noastr, gazul de fermentatie este utilizat la prepararea agentului termic necesar procesului de fermentare (ap cald, abur etc), precum si la inclzirea spatiilor administrative din cadrul statiei de epurare. In privinta gazometrelor trebuie mentionat faptul c exist in prezent tendinta, din motive economice si de exploatare, s se realizeze noi tipuri de rezervoare de inmagazinare bazate o membran elastic din cauciuc special. In Statele Unite ale Americii, biogazul produs este amestecat cu gazele naturale si este distribuit prin retele de conducte spre a fi utilizat in domeniul casnic, iar in Japonia biogazul purificat este lichefiat, imbuteliat si comercializat. Fermentarea aerob a nmolului Acest proces const, ca i fermentarea anaerob, dintr-un proces de degradare biochimic a compuilor organici uor degradabili. Fermentarea aerob se realizeaz n practic prin aerarea separat a nmolului (primar, secundar sau amestec) n bazine deschise. Echipamentul de aerare este acelai ca i pentru bazinele de nmol activ. Fermentarea aerob a nmolului se recomand mai ales pentru prelucrarea nmolului activ n exces, cnd nu exist treapt de decantare primar, sau cnd nmolul primar nu se preteaz la fermentare anaerob. Avantajele procedeului sunt: - exploatare simpl; - lipsa mirosurilor neplcute; - igienizarea nmolului (reducerea numrului de germeni patogeni) i reducerea cantitatii de grsimi. Dintre dezavantaje se semnaleaz, ca mai importante, consumul de energie pentru utilajele de aerare proprii, comparativ cu fermentarea anaerob care produce i gaz de fermentare. Un nmol se consider fermentat aerob cnd componena organic s-a redus cu 20-25%, cantitatea de grsimi a ajuns la maximum 6,5 % (fata de substana uscat), activitatea enzimatic este practic nul, iar testul de fermentabilitate este negativ. Instalaiile de fermentare aerob se dimensioneaz, de regul, pentru durata de retenie de 8-15 zile, n funcie de caracteristicile nmolului, n care se include i o perioad de aclimatizare la condiiile aerobe (nmol primar). Comparnd cele dou sisteme de stabilizare biologic a nmolului organic, apare net avantajos procedeul de stabilizare anaerob, mai ales sub aspectul energetic. n tabelul urmator se dau date comparative ale celor dou procedee. Date comparative privind fermentarea anaerob i aerob Metoda Perioada de Consum de energie Caracteristici retentive zile KWh/m3 nmol Fermentare aerob Fermentare anaerob 8 - 15 15 - 20 5 - 10 0,2 - 0,6 Simpl; cost sczut de investiie; consum mare de energie Cost de exploatare ridicat; cost de investiie ridicat; consum mic de energie; producie de gaz (surs de energie)

4.3.Condiionarea nmolului21

Aducerea nmolurilor primare, secundare sau stabilizate n categoria nmolurilor uor filtrabile se realizeaz, n principal, prin condiionare chimic sau termic. Se pot obtine, teoretic, rezultate satisfctoare i prin adaos de material inert (zgur, cenui, rumegu etc.), dar acest procedeu prezint dezavantajul de a crete considerabil volumul de nmol ce trebuie prelucrat n continuare. Condiionarea chimic Conditionarea nmolului cu reactivi chimici este o metod de modificare a structurii sale,'cu consecinta asupra caracteristicilor de filtrare. Agenii de condiionare chimic a nmolului se pot grupa n trei categorii: - minerali: sulfat de aluminiu, clorhidrat de aluminiu, clorur feric, sulfat feros , oxid de calciu, extracte acide din deeuri; - organici: polimeri sintetici (anioni, cationi sau neionici), produi de policondensare sau polimeri naturali; - micti: amestec de polimeri sintetici cu sruri minerale sau amestec de coagulani minerali. Reactivii anorganici cei mai des utilizai pentru condiionarea nmolului sunt clorura feric i varul, fiecare avnd un cmp de aciune propriu. Sulfatul feros este mai economic, dar are o aciune corosiv. Srurile de aluminiu, n special clorhidratul de aluminiu, sunt eficiente, mai puin corosive, dar costul este mai ridicat. Dintre polimerii organici, cei cationici se pot utiliza singuri, iar cei anionici i neionici, n asociere cu ali coagulani minerali. n general, dozele de polimeri organici sunt mult mai reduse dect la cei minerali, dar costul este nc ridicat. Alegerea coagulantului i doza optim se fac pe baza ncercrilor experimentale de laborator, ntruct alegerea depinde de proveniena nmolului, compoziia sa chimic, gradul de dispersie, tehnologia de deshidratare ce urmeaz a se aplica etc. Pentru fiecare tip de nmol i pentru fiecare coagulant, floculant sau amestec, se stabilete doza optim pe cale experimental. Condiionarea termic Acest mod de condiionare se realizeaz la temperaturi de 100-200C, presiuni de 1-2,5 atm i durate de nclzire pn la 60 min, depinznd de tipul i caracteristicile nmolului i de procesul utilizat. Prile principale ale unei instalaii de condiionare termic sunt: reactorul, n care se realizeaz tratarea nmolului la temperaturi mentionate mai sus; schimbtorul de cldur, n care nmolul proaspt este prenclzit ' de nmolul tratat; boilerul pentru prepararea aburului necesar ridicrii temperaturii n reactor i decantorul de nmol tratat. Avantajele principale ale condiionrii termice sunt: lipsa mirosurilor neplcute n timpul condiionrii, condiionare fr adaos de substane chimice i sterilizarea nmolului.

22

Alte procedee de condiionare Condiionarea prin ngheare produce un efect similar cu condiionarea termic. La temperaturi sczute, structura nmolului se modifies, iar la dezgheare cedeaz cu uurintaapa. Conditionarea cu material inert trebuie analizat pentru anumite tipuri de nmol i surse de materiale inerte locale, fie pentru creterea puterii calorice a nmolului (n cazul incinerrii), fie pentru valorificarea nmolului (agricol, ameliorarea solului, redare n circuitul agricol). 4.4. Deshidratarea nmolului n scopul prelucrrii avansate sau eliminrii finale, apare necesitatea reducerii continutului de ap din nmol pentru diminuarea costurilor i volumelor de manipulat.' n cazul staiilor mici de epurare (debite mici de nmol), deshidratarea se poate realiza prin procedee naturale (platforme pentru uscarea nmolurilor sau iazurilor de nmol) n cazul n care se dispune de spaiu i sunt asigurate condiiile de protecie ale mediului nconjurtor (protecia apelor subterane, aezrilor umane, aerului etc). Metodele mecanice de deshidratare sunt larg aplicate pentru diferite tipuri de nmol (nmol brut, fermentat, de precipitare etc). Pentru a obine o separare eficient a fazelor se impune condiionarea prealabil a nmolului. Deshidratarea natural pe platforme de uscare a nmolului este larg utilizat, avnd n vedere simplitatea construciei i costul redus de exploatare. Platformele de uscare sunt suprafete de teren ndiguite n care se depoziteaz nmolul. Dimensiunile platformelor de uscare sunt alese n funcie de metoda adoptat pentru evacuarea nmolului deshidratat. Cnd evacuarea nmolului se face manual, latimea patului nu trebuie s depaseasc 4 m; evacuarea cu mijloace mecanizate permite o latime de pn la 20 m. Lungimea platformelor de uscare este determinate, n principal, de panta terenului i nu trebuie s depaseasc 50 m. Platformele pot fi aezate pe un strat de baz permeabil sau impermeabil. Stratul de drenaj permeabil se execut din zgur, pietri sau piatr spart cu o grosime de 0,2-0,3 m (stratul de susinere), peste care se aeaz un strat de nisip sau pietri mai fin, cu o grosime de 0,2 - 0,6 m. n stratul de susinere se ngroap tuburile de drenaj pentru colectarea apei drenate.23

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

unde: td h n R P Wi Wfl

- timpul de drenaj, n zile ; - vscozitatea dinamic a nmolului, n g/cm s; - nlimea stratului de nmol, n cm; - densitatea nmolului, n g/cm3; - r 1010 , rezistena specific convenional la filtrare a nmolului, n cm/g; - diferena de presiune, n g/cm2; - umiditate iniial, n %; - umiditatea la sfritul drenrii, n %. Grosimea stratului de nmol ce se trimite pe paturi depinde de caracteristicile materialului i de climatul zonei respective. n general, o nlime de circa 0,20 m este recomandabil pentru o clim temperat. Determinarea duratei de deshidratare a nmolului pe platformele de uscare presupune cunoaterea proprietatilor fizico-chimice ale nmolului i regimului climatic al zonei respective. n general, n climat temperat, durata de deshidratare este cuprins ntre 40 i 100 zile, ceea ce nseamn c, n total, se poate conta pe o grosime de nmol ce se rspndete pe platform de 1,5 - 2,0 m pe an, respectiv o productivitate de 80 - 100 kg substanta uscat/m2an. Deshidratarea mecanic pe vacuum-filtre este procedeul tehnic eel mai larg utilizat n prezent pentru drenajul artificial al apei. Forma constructive a vacuum-filtrelor poate fi diferit (cu disc, taler sau tambur), vacuum-filtrele cu tambur fund cele mai utilizate pentru deshidratarea nmolurilor provenite din epurarea apelor uzate. Pentru determinarea suprafeei de filtrare necesar se utilizeaz relatia:

n care : St - suprafaa de filtrare necesar, n m2; Q - debitul de nmol, n m3/zi; n - densitatea nmolului, n gr/cm3; Wi - umiditatea iniial a nmolului, n%; Lt - productivitatea (ncrcarea) vacuum-filtrului, n kg/m2h. Productivitatea vacuum-filtrului se poate stabili pe baza determinrilor de laborator rezistena specific la filtrare i coeficientul de compresibilitate - sau pe baza ncercrilor pe instalaii pilot.

n care: L - productivitatea, n kg substanta uscat/m2h; P - presiunea de lucru, n mmHg;' R= r 1010 - rezistena specific convenional la filtrare a nmolului, n cm/g; - vscozitatea filtratului, n c.p.;24

m - fraciunea de imersare, n %; M - durata de rotaie a tamburului, n min; K - factor de corecie (0,75); f - densitatea filtratului, n g/cm3; Wi - umiditatea iniial a nmolului, n %; Wf - umiditatea final a nmolului, n %. Productivitatea vacuum-filtrelor la deshidratarea nmolurilor provenite din epurarea apelor variaz n limite largi: 5 - 10 kg /m2 h pentru nmol active proaspt i fermentat, 20 25 kg / m2 h pentru nmol amestecat fermentat i circa 30 kg / m2 h pentru nmolul primar fermentat. Deshidratarea nmolurilor pe vacuum-filtre prezint avantajul funcionrii continue (spre deosebire de filtrele pres) i a capacitatii mari d filtrare. Dintre avantaje se pot semnala degradarea relativ rapid a pnzelor filtrante, umiditatea destul de ridicat a turtei (70-80% i consum de energie mai mare dect al filtrelor pres. Deshidratarea mecanic pe flltre pres Caracteristica principals a acestor utilaje este concentrarea unei mari suprafee de filtrare ntr-un echipament de dimensiuni reduse. Filtrele pres pot fi adaptate pentru o gam larg de suspensii. Exist multe variante constructive de filtre pres, deosebirile principale constnd n forma i modul de funcionare a elementelor filtrante. n aceste instalaii, nmolul ngroat sau condiionat este pompat cu pompe speciale n camerele filtrului pres. Dup umplerea camerelor se face deshidratarea prin creterea presiunii, n final rmnnd n camer o turt cu umiditate redus, chiar sub 40%. Consumul de energie electric este de circa 3 kWh/m3nmol. Durata de deshidratare a nmolurilor pe filtre de pres se calculeaz pe baza a dou componente eseniale i anume tipul de deshidratare propriu-zis sau timpul de presare i durata de ncrcare i descrcare a filtrului sau timpul auxiliar. Timpul auxiliar poate fi egal cu timpul de presare n cazul filtrelor pres cu ncrcare i descrcare manual sau mai redus. 10-15 min, la instalatiile moderne. Timpul de presare propriu-zis se poate determina pe baza'caracteristicilor nmolului i a parametrilor constructivi ai instalaiei.

unde: tp - timpul de presare, n h; - vscozitatea filtratului, n c.p.; R = r 101 - rezistena specific conventional la filtrare a nmolului, n cm/g; d - distana dintre plci, n cm;' P - presiunea de lucru, n at; Wi - umiditatea iniial a nmolului, n %; Wf - umiditatea final a nmolului, n %; n - densitatea nmolului, n g/cm3. esturile filtrante, la filtrele de pres, pot fi naturale sau artificiale, iar alegerea condiiile de exploatare ale instalaiei de trebuie s se fac n funcie de tipul de nmol, timpul de deshidratare propriu-zis pentru filtrare i condiiile impuse filtratului. Timpul de deshidratare pentru nmolurile rezultate din epurarea apelor uzate variaz ntre 1 i 6 h, depinznd de caracteristicile nmolului, gradul de conditionare, presiunea de lucru, etc.25

n tabelul urmator se prezint date asupra duratei de presare pentru diferite tipuri de nmol. Principalele avantaje ale filtrelor - pres sunt capacitatea mare de filtrare, consum redus de energie, umiditatea sczut a turtelor. Dintre dezavantaje se semnaleaz consum mare de material filtrant, consum ridicat de reactivi pentru condiionare, consum mare de manoper. Timpul de presare a unor nmoluri industrial Tipul de nmol Umiditatea iniials, % Celuloz si hrtie 97-98 Vscoza 95-96 Preparaii de crbune 67 59 Rezistena specific la filtrare x 1010 cm/g 11-55 25-35 20 7-9 Timpul de presare (tp), h 1,8 0,6 2,1 1,6 Presiunea de lucru, at 7-8 3-5 77

Deshidratarea mecanic prin centrifugare Utilizarea centrifugelor pentru deshidratarea nmolului rezultat din epurarea apelor uzate i-a lrgit aplicabilitatea n ultimii ani, prin realizarea de utilaje cu performane ridicate i eficiena bun de deshidratare, mai ales datorit utilizrii polimerilor organici ca ageni de condiionare. Deshidratarea prin centrifugare poate fi definite ca o decantare accelerate sub influena unui cmp centrifugal, mai mare de dou ori dect fora gravitatiei. Factorii care influeneaz sedimentarea centrifugal sunt aceiai ca i' la sedimentarea convenional.Deshidratarea centrifugal este influenat i de o serie de parametri ai echipamentului, parametri constructivi ce trebuie alei n funcie de scopul urmrit. Tendina actual se manifest ctre utilizarea centrifugelor cu rotor compact i funcionare continu. Aceste echipamente se pot grupa n trei categorii, cu domenii specifice de aplicare: - centrifuge cu rotor conic, care produc o bun deshidratare i centrat limpede, dar neadecvate pentru solide fine; - centrifuge cu rotor cilindric, care produc, n general, un centrat limpede; - centrifuge cu rotor cilindro-conic, care produc i turte bine deshidratate i centrat limpede. Pentru realizarea unui grad nalt de recuperare a solidelor din nmol (centrat limpede) se poate aciona prin descreterea debitului de alimentare, creterea consistenei nmolului, creterea temperaturii i creterea dozei de coagulant. Creterea gradului de deshidratare a nmolului se poate realiza prin scderea debitului de alimentare sau creterea temperaturii, chiar i fr adaos de coagulani. n general, turte bine uscate dau centrat mai puin limpede dac nu se are n vedere o conditionare corespunztoare a nmolului. Eficiena procesului se exprim prin eficiena de ndeprtare a substanelor din nmol i se caracterizeaz cu relaia:

n care: E - randamentul de recuperare, n %; St - coninutul de solide n turt, n %; Si - coninutul de solide la alimente, n %; Sc - coninutul de solide n centrat, n %. Randamentul de recuperare atinge valori de peste 90%, iar umiditatea turtelor este variabil n functie de proveniena nmolului i gradul de condiionare. n tabelul urmator se indic performantele obinute la deshidratarea unor nmoluri din26

industria textil pe centrifug ciiindro-conic, cu nmol condiionat cu polielectrolii organici. Performane la deshidratarea prin centrifugare Tipul de nmol Umiditatea iniial, % Nmol de precipitare chimic 94,4 Nmol biologic n exces 97,9 Nmol primar brut 93,2 Debit de alimentare, m3/h 3,5 3,0 3,5 Grad de recuperare, % 95,0 89,1 96,1 Concentraia de solide n turt, % 25,2 26,8

Deshidratarea mecanic pe filtru preset cu band Acesta este un echipament construit i introdus recent pentru deshidratarea nmolului. n general, se obin performane bune, cu nmoluri avnd o concentraie iniial n solide de circa 4%. Parametrii de exploatare care influeneaz performanele echipamentului sunt debitul de nmol, viteza bandei, presiunea i debitul apei de splare. n tabelul urmator se prezint performanele filtrului pres cu band pentru diferite tipuri de nmol. Performane la deshidratarea pe filtru pres cu band Tipul de nmol Concentraie n solide la alimentare % Nmol primar brut 3 - 10 Nmol activ proaspt 0,5 - 4 Amestec de nmol primar+ activ 3 - 6 n exces Nmol fermentat aerob 1-8 Nmol fermentat anaerob 3-9 Nmol condiionat termic 4-6 Solide n turt % 25 - 14 12 - 32 20 - 35 12 - 30 18 - 34 38 - 50 Doz condiionare kg/t 0,6 - 4,5 1,0 - 6,0 0,6 - 5,0 0,8 - 5,0 1,5 - 4,5 Pentru aprecieri comparative asupra celor patru tipuri de utilaje de deshidratare, se indic n figura urmatoare valorile medii ale concentraiei n substan uscat n turt pentru diferite tipuri de nmol. de

27

Fig. Umiditati i solide n nmol

Comparnd datele ce se pot obine la deshidratarea mecanic a nmolurilor pe cele patru tipuri de echipamente, se poate conclude: - deshidratarea prin centrifugare sau vacuum-filtru produce turte cu umiditate comparabil; - deshidratarea cu filtru pres cu band produce turte cu umiditate mai redus; - deshidratarea nmolului primar fermentat se realizeaz cu eficienta mai bun dect a celui fermentat provenit din amestecul nmolului primar i n exces. 4.5. Uscarea Reducerea avansat a umiditatii nmolului se poate realiza prin evaporarea forat a apei, pn la o umiditate de 10-15%, n instalaii speciale i cu aport de energie exterioar. Principalele tipuri de instalaii utilizate pentru uscarea termic a nmolului sunt: usctoare cu vetre etajate, usctoare rotative i usctoare prin atomizare. Pentru calcului necesarului de cldur ce trebuie furnizat sistemului trebuie s se tin seama, n principal, de necesarul pentru evaporarea apei din nmol, prenc'alzirea materialului, dezodorizarea gazelor rezultate etc. ntruct randamentul termic al instalaiilor nu depasete, de regul, 50%, s-a calculat c pentru uscarea unui nmol cu umiditate d circa 80%, pn la umiditate de circa 10%, sunt necesare circa 4500 kcal/kg substanta uscat. Pentru reducerea necesarului de cldur se recomand deshidratarea prealabil a nmolului, prenclzirea aerului admis n sistem i recuperarea cldurii reziduale. Dei procedeul este costisitor i puin aplicat, are totui o serie de avantaje legate, mai ales, de valorificarea agricol a nmolului: produce nmol steril, reduce considerabil volumul de materialului datorit ndeprtrii apei, necesit suprafee de depozitare mici, este practic neinfluenat de prezena substanelor toxice sau inhibatoare. Cercetri recente viznd utilizarea energiilor neconvenionale n deshidratarea nmolului au pus n evidenta posibilitatea utilizrii energiei solare, mai ales pentru surse de nmol cu emisie intermitent (de exemplu din industrializarea sfeclei de zahr) i zone cu insolaie prelungit. Captatorii solari (realizai de ICPGA n colaborare cu Institutul Politehnic Cluj), de tip aer-aer, furnizeaz aer nclzit la temperatura de 75...85 C, ce se trimite pe un usctor tip band (acoperit), pe care circul nmolul n prealabil deshidratat (fig.3.16). Experimentrile efectuate pentru nmol de la fabricile de zahr au condus la obinerea28

unui materila uscat cu umiditate final de 10-12%, alimenatrea bandei fcndu-se cu nmol cu umiditatea de circa 60%. Materialul uscat poate fi omogenizat (sau granulat), nscuit i transportat n condiii similare cu ngrasamintele chimice minerale. Pentru cantitati mici de nmoluri cu coninut de metale, pentru reintroducerea n circuitul economic, primntreprinderile de prelucrarea minereurilor, s-a utilizat tehnologia de uscare cu energie solar cu instalaie de uscare cu platouri suprapuse. Aerul cald obinut de la captatorii solari poate fi utilizat pentru uscarea nmolului i pe platforme de uscarea nmolului nchise i cu ventilaie forat. 4.6. Incinerarea nmolului Dac nmolurile rezultate din epurarea unor ape uzate industrial conin compui organici i/sau anorganici toxici ce nu permit valorificarea agricol, depozitarea pe sol sau aplicarea procedeelor de recuperare a substanelor utile, se face apel la incinerare ca singura alternative acceptabil. n timpul incinerrii compuii organici sunt oxidai total, iar compuii minerali sunt transformai n oxizi metalici ce se regsesc n cenusa. Pentru incinerare se recomand reducerea prealabil a umiditatii nmolului brut i evitarea stabilizrii aerobe sau fermentrii anaerobe, care diminueaz puterea caloric a materialului supus incinerrii. Prelucrarea nmolului nainte de incinerare trebuie s conduc la autocombustie. innd cont de un necesar de 2,6 MJ/kg pentru evaporare i pierderi de energie de minimum 10%, se recomand o umiditate a nmolului la alimentare de circa 50%. Dac umiditatea este mai mare sau dac temperatura de combustie trebuie s fie mai mare de 750C, pentru a evita degajarea mirosurilor neplcute apare necesitatea combustibilului suplimentar. Toate instalaiile de incinerare trebuie echipate cu instalaii de splare sau filtrarea gazelor de ardere, pn la obinerea unui coninut de suspensii (cenu) la evacuare de 150-200 g/m3. Incinerarea nmolului semiplastic, cu putere caloric mic i coninut ridicat de ap impune echipament special, pentru a menine un raport adecvat suprafata/volum n timpul combustiei. n acest scop, pentru incinerarea nmolului se utilizeaz cuptoare rotative cilindrice, cu vetre multiple sau cu pat fluidizat. Cuptorul rotativ Const dintr-un cilindru cptuit cu material refractar, cu axul puin nclinat fata de orizontal. Nmolul este injectat la captul amonte i, n timp ce este ars, este transportat la cealalt extremitate prin micarea de rotaie a cilindrului. Pentru a asigura o bun funcionare a cuptorului este necesar s se mruneasc materialul, nainte de alimentare, pentru a obine o suprafata suficient de mare i a asigura o distribute uniform a acestuia. Cuptorul cu pat fluidizat Const dintr-un cilindru vertical, echipat cu dispozitive de injectare a aerului la partea inferioar i un suport pentru susinerea stratului de nisip fin care este fluidizat cu ajutorul aerului insuflat. Nmolul se introduce la partea superioar. Instalaia de incinerare cu strat fluidizat cuprinde urmtoarele faze: pregtirea nmolului (retinerea corpurilor grosiere, mrunirea sub 10 mm, deshidratarea mecanic) i' combustia propriu-zis a materialului la o temperatur de 600....800C. Apa din nmol se evapor, n timp ce substana combustibil se gazeific i arde cu adaos, uneori, de combustibil conventional. Enrgia necesar unui astfel de proces este de circa 260 kWh/t material solid.' Cuptorul cu vetre multiple Se compune, n esenta, dintr-un cilindru vertical din oel cptuit cu crmid refractar i un ax central, care se rotete cu 1 rotaii/minut i pe care se monteaz bratele de agitare. Prile29

axului i agitatorului din zona de combustie trebuie s fie 'confecionate din materiale rezistente la temperaturi ridicate. n acest tip de instalaie se creaz trei zone de combustie: zona de uscare, zona de combustie i zona de rcire. Nmolul este injectat la partea superioar i este injectat la partea inferioar datorit braelor de agitare, care aisgur i repartizare pe vetre, pentru a se obine o suprafata de contact ct mai mare. Aerul necesar combustiei este introdus la partea inferioar; aerul rece este prenclzit n prenclzitor, unde cenua cald evacuat transfer cldur aerului. Alte tipuri de instalaii Pentru incinerarea nmolului sau altor reziduuri industraile apoase se mai utilizeaz instalatii de oxidare umed, instalaii de piroliz, incinerare prin automatizare etc. ' Este avantajos ca incinerarea nmolului s se realizeze mpreun cu gunoaiele menajere i alte reziduuri industriale, alegndu-se tipul de instalaie n corelaie cu caracteristicile materialelor. La incinerarea n comun cu gunoaiele menajere, nmolul trebuie deshidratat pn la o umiditate apropiat de a gunoiului i adugat n proporie de 10-15% (fata de gunoi); cele mai multe instalaii de ardere sunt dotate cu echipamente pentru recuperarea cldurii. 4.7 Valorificarea si evacuarea final a nmolurilor Valorificarea nmolurilor nu constituie un scop in sine in epurarea apelor uzate urbane, ea trebuie considerate numai ca fiind un mijloc de indeprtare nmolurilor din zona statiilor de epurare, fr a avea un impact negative asupra mediului. Nmolul din statiile de epurare urbane contin, in afar de gazele de fermentare, unele substante care pot fi valorificate. Unele dintre acestea, cum sunt substantele hrnitoare pentru sol si plante si-au gsit o larg utilizare. In schimb, recuperarea de metale si de alte substante utile se aplic in special, la nmolurile provenite din apele uzate industriale. Valorificarea nmolurilor ca fertilizatori ai solului depinde de procesul de tratare a acestuia. In plus, nmolul furnizeaz solului substante organice si elemente chimice, cum sunt: Fe, Mn, Zn, Cu, Mo etc. dar, acelasi timp, el poate contine si o serie de elemente si substante nedorite, care, depsind a anumit concentratie pot deveni duntoare atat pentru sol si plante, cat si pentru apele de suprafat si subterane. In aceast categorie intr metalele grele, microorganismele patogene si compusii organici persistenti. Azotul total continut in nmolul proaspt este de 4,5% in greutate uscat si de 1,13% in nmolul fermentat, el fiind esential pentru dezvoltarea frunzelor si tulpinelor plantelor, fosforul sub forma de acid fosforic, actioneaz asupra cresterii rdcinilor plantelor, fiind 2,25% in nmolul proaspt si de 0,75% in nmolul fermentat. Potasiul sub form de oxid de potasiu (K2O) ajut la formarea clorofilei, iar continutul lui in nmol proaspt este de 0,5% si de 0,25% in nmolul fermentat, exprimate in greutate uscat fat de cea a nmolului proaspt (Roediger - 1982). Substantele organice din nmol particip la formarea humusului cu consecinte favorabile privind capacitatea solului de a retine apa, de a rezista la eroziune si de a constitui un substrat pentru bacterii. Analizand valorile substantelor fertilizante din nmolul proaspt si cel fermentat, rezult c nmolul fermentat contine cu 40- 50% mai putine substante fertilizante decat nmolul proaspt. Folosirea nmolului in agricultur se face sub form de nmol lichid proaspt, nmolul lichid stabilizat aerob, nmol lichid pasteurizat, nmol deshidratat, nmol compostat, nmol uscat (granule sau pulbere) etc. In toate cazurile fiind obligatorie analiza compozitiei chimice a nmolului, precum si respectarea normelor si restrictiile ecologice recomandate de agentiile de protectia mediului Pentru eliminarea pericolului de infectare a solului, a culturilor, apelor freatice etc, cu germeni patogeni, ou de paraziti etc, trebuie luate o serie de msuri de diminuare a potentialului infectios. In acest scop, specialistii consider necesar o tratare suplimentara a nmolului (lichid sau deshidratat) in vederea dezinfectiei lui recomandand pasteurizarea, iradierea, tratare cu agenti chimici, compostarea etc.30

Pasteurizarea const in inclzirea nmolului la 80- 900 C cateva minute, inainte sau dup fermentare, utilizand vapori de ap cald, arztoare sau instalatii cu microunde. Un alt procedeu de dezinfectie termic il reprezint si uscarea nmolului. Dezinfectia nmolului se poate face prin iradiere cu Co-60. Compostarea constituie un procedeu de mineralizare a materiei organice continute in nmol cu ajutorul microorganismelor, realizandu-se in final un material inofensiv, cu volum si greutate reduse, ce poate fi utilizat fr dificultti, din punct de vedere igienic, ca ingrsmant agricol. Nmolul se preteaz mult mai bine la compostare dac este amestecat cu gunoi menajer. 4.8 Aspecte legislative privind valorificarea nmolului in agricultur Prin Legea Protectiei Mediului s-a stabilit cadrul legislativ global in cadrul creia urmeaz s se emit ordine, directive si instructiuni specifice pe domeniu, intre care se va detalia si problema reciclrii nmolurilor provenite de la statiile de epurare urbane in general si a valorificrii in agricultur, in particular, in strans corelare cu parametrii fizico- chimici ai nmolului, intre care foarte important rmane, continutul in ap, concentratia in substante organice biodegradabile, concentratia in metale grele si agenti patogeni. Aceste instructiuni devin absolut necesare in momentul de fat, deoarece pan la nivelul anului 1990 problema evacurii nmolului din statiile de epurare din tara noastr nu era solutionat in nici un fel prin acordurile si avizele de functionare. In prezent, in conditiile in care proprietatea privat asupra terenurilor in general, si agricole, in special, s-a stabilit prin lege, evacuarea nmolului pe terenuri trebuie s se fac conform unor norme tehnice si conditii legislative convenabile pentru statiile de epurare si cu atat mai mult pentru detintorii de terenuri. In acest context, livrarea nmolului ctre agricultori se va face in conditiile respectrii actelor normative ce se refer la calitatea si controlul acesteia. Pentru a avea o vedere de ansamblu asupra acestei probleme, se vor prezenta unele aspecte legislative din trile cu mare experient in acest domeniu, care vor servi ca elemente orientative la elaborarea normelor tehnice de depozitare si valorificare a nmolului rezultat din statiile de epurare din Romania. In Statele Unite ale Americii depozitarea nmolurilor este reglementat de Legea privind Recuperarea si Conservarea Resurselor si de Decretul pentru Ap Curat (Clear Water Act), aprobate de Congresul S.U.A. si aplicat in toate statele. In conformitate cu aceste legi Agentia pentru Protectia Mediului (Environmental Protection Agency- EPA), a editat Reglementrile finale privind depozitarea nmolului, care din punctul de vedere al snttii publice are in vedere existenta a trei feluri de nmoluri: nmoluri brute nestabilizate, care, potrivit reglementrilor, nu se folosesc pe terenuri agricole, ci sunt ingropate, incinerate sau uscate la cald; nmoluri prelucrate prin procese aerobice sau anaerobice, dezinfectare cu clor sau var,compostare si tratament termic, toate procesele urmrind reducerea agentilor patogeni. Dup imprstierea pe sol a nmolurilor respective, psunatul este interzis timp de 6 luni, iar terenurile arabile nu se folosesc timp de 3 ani pentru recolte care vin in contact cu culturile ce sunt destinate consumului uman; nmoluri prelucrate pentru o nou reducere a agentilor patogeni si care nu au nici un fel de restrictive privind folosirea in agricultur. Procedeele de tratare pentru aceast categorie de nmoluri, constau in iradiere la energii inalte sau procese termice de pasteurizare, tratare termic, digestie termofil (50- 55C). De regul in aceste nmoluri sunt adugate anumite doze de ingrsminte chimice. Nmolul se aplic pe teren din aprilie pan in octombrie, prin incorporare in sol, dozele ajungand pan la 70 t SU/ha, pentru terenuri cultivate cu porumb. Ca regul principal se urmreste s se evite contaminarea lanturilor alimentare, astfel incat cerealele recoltate de pe terenurile pe care s-a administrat nmol s fie folosite numai la hrnirea animalelor.31

La nivel european, valorificarea in agricultur a nmolului din statiile de epurare urbane a fcut obiectul unei reglementri comune (Consiliul European - 1986) cunoscut sub denumirea Directiva CEE 86/278 care are rolul de a reglementa utilizarea nmolului in agricultur in asa fel incat s se evite efectele nocive asupra solului, vegetatiei, animalelor si omului, incurajand, totodat, utilizarea lui de ctre agricultori tocmai pentru a coordona legislatia intern a trilor componente, astfel incat s nu apar disfunctionalitti in comercializarea produselor agricole. Conform acestei Directive a CEE, nmolurile furnizate pentru agricultur trebuie s fie insotite de un document in care s se precizeze: originea nmolului cu identificarea responsabilului pentru producerea si livrarea lui, inclusiv indicarea tehnologiei de tratare; caracteristica sarjei livrate, respectiv greutatea, starea fizic, continutul in substante uscate, in elemente fertilizante si concentratia in metale grele; prescriptii si recomandri de utilizare (doze), frecventa de aplicare in functie de concentratia in metale grele). Directiva 86/278 CEE, mai prevede, pentru protectie sanitar, ca nmolul s fie tratat pe cale biologic,chimic sau termic, prin stocaj pe termen lung sau prin orice procedeu care s conduc la reducerea semnificativ a puterii de fermentare, cat si a concentratiei in agenti patogeni. Cu privire la modul de aplicare pe terenuri, se recomand s se pstreze o distant de 35 m fat de puturi, surse de ap, aductiuni si de 200 m fata de cursurile de ap dac panta terenului este mai mare de 7%. Pentru psuni si culturi furajere s se pstreze 30 zile intre imprstiere si recoltare, iar pentru terenuri destinate legumelor si fructelor proaspete s se respecte un an, dau nu mai putin de 10 luni intre imprstiere si recoltare. Se interzice aeroaspersiunea, cu exceptia unor planuri speciale de aplicare a nmolului, iar in cazul nmolurilor solide sau sub form de past este obligatorie incorporarea in sol in maximum 24 ore, in afara cazurilor de fort major.

CAP V - Managementul nmolurilor generate in staia de epurare Cluj 5.1 Scurt istoric Statia de Epurare din Cluj-Someseni este destinata epurarii apelor uzate menajere si32

industriale provenite in principal din municipiul Cluj Napoca dar si de la mai multe localitati rurale. Linia veche, respectiv linia I cu o capacitate de 1200 l/s a fost pusa in functiune in anul 1977. Linia veche a fost prevazuta cu treapta de degrosisare cu desnisipator fara separator de grasimi, decantoare primare longitudinale, treapta biologica la capacitatea de 900 l/s cu aeratoare mecanice de suprafata, decantoare secundare longitudinale cu recircularea namolului in proportie de circa 50 %. Lucrarile de extindere a capacitatii statiei de epurare au fost incepute in anul 1989 si au fost terminate odata cu lucrarile de modernizare din programul MUDP II, in anul 2002. 5.2. Descrierea procesului tehnologic din statia de epurare Statia de tratare a apelor uzate din Cluj a fost proiectata pentru un debit mediu de 2170 l/s pe timp uscat debitul maxim de preluare pe timp de ploaie fiind de mximum 5000 l/s. Procesul tehnologic de epurare a apelor uzate din Statia de epurare Cluj are in componenta mai multe faze: - sitarea apelor uzate unde pe gratarele rare si dese sunt retinute corpurile mari si materialele textile care plutesc sau sunt in imersie; - indepartarea nisipului si a grasimilor se face in desnisipator, amandoua componentele fiind de nedorit mai departe in procesul de purificare; - decantarea namolului in suspensie se face in decantoarele primare; - epurarea biologica are loc in bazinele de nitrificare si denitrificare; - decantarea finala a apei epurate are loc in decantoarele secundare unde este retinut namolul biologic care este recirculat in treapta de aerare; tratarea namolului cuprinde mai multe etape: colectarea si ingrosarea namolului primar, colectarea si ingrosarea namolului in exces, fermentarea anaeroba a namolului, ingrosarea namolului fermentat, deshidratarea namolului si depozitarea lui. valorificarea biogazului rezultat din fermentarea namolului organic prin producere combinata de energie electrica si termica.

33

Schia fluxului nmolului prin staia de epurare

Caracteristicile principale ale nmolurilor rezultate din procesul de epurare a apei Nmol primar din decantoarele primare umiditate 99 97 % substane organice 50 60 % Nmol activ n exces rezultat din treapta biologica umiditate 99,5 99,2 % substane organice 50 70 % Dupa ingrosatorul de namol rezulta un namol primar concentrat: umiditate 98 95 % substante organice: 50-60 % Obs. Namolul biologic activ este stocat intr-un bazin din care se trimite impreuna cu namolul primar concentrat in fermentatoare (metantancuri) Caracteristicile namolurilor dupa fermentarea anaeroba in metantancuri Fermentatia din metantancuri este de tip mezofil desfasurandu-se la temperaturi de 30 35 C Nmol fermentat umiditate 98,5 95 % substane organice 40 50 % Nmol fermentat concentrat dupa ingrosatoarele de namol fermentat: umiditate 98,5 92 % substane organice 40 50 % Nmol deshidratat dupa centrifuga: umiditate 65 72 % substane organice 40 50 %

Variaia produciei lunare de nmol deshidratat dupa centrifuga Obs: In luna aprilie centrifuga a fost oprita pentru reparatii astfel incat namolul din

fermantatoare a fost trimis spre paturile de uscare

Variaia consumului specific de polimer

5.3. Valorificarea namolurilor rezultate din statia de epurare

Valorificarea prin producere de energie electrica si energie termica; In fermentatoare se produce biogaz cu un procent de 60-65% metan si o putere calorica de cca 20.000kJ/mc la o productie de cca 4000 mc/zi. Se asigura o compensare a consumului energetic al statiei de 30-38 % (diagrama urmatoare) Mineralizarea namolului 50-60% Valorificarea in agricultura sau silvicultura : Cu toate ca namolul nu contine substante daunatoare peste limitele admise nu am primit solicitari in acest sens, neexistand unitati interesate de refacerea solurilor degradate sau producerea de plante tehnice; Valorificarea prin ardere in incineratoare sau la fabricile de ciment: a existat o solicitare in acest sens din partea unei fabrici de ciment care a ramas la stadiul de intentie deoarece dupa rezultatul testelor, unitatea noastra n-a mai fost contactata.

Depozitarea namolului deshidratat Depozitare la depozitul de deseuri menajere a municipiului Depozitare in gropi din balastiere epuizate a namolului deshidratat dupa o stationare pentru stabilizare finala pe paturile de uscare.

Probleme in managementul namolului din statia de epurare Mineralizarea insuficienta a namolului in fermentatoare; Randament redus de producere a biogazului cauzat de o stationare insuficienta a namolului si o recirculare insuficienta a namolului in metantancuri; Costurile de depozitare a namolului deshidratat sunt in crestere, depozitarea devenind o problema serioasa, protectia mediului impunand conditii tot mai grele de depozitare; Cantitatile mari de nisip intrate in sistemul de canalizare si dificultatile de extragere a tuturor fractiunilor de nisip care se regasesc in namol, conduc la uzuri anormale prin abraziune a pompelor cu surub si in special a centrifugii;

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