canalizarea si epurarea apelor uzate
DESCRIPTION
Canalizarea si epurarea apelor uzateTRANSCRIPT
-
1
CAPITOLUL 1
CARACTERIZAREA APELOR UZATE
1.1. Noiuni generale
Apele uzate provenite din gospodriile populaiei, splatul i stropitul
strzilor, industrie sau apele provenite din precipitaii, conin diferite substane
aflate n stare de suspensie gravimetric coloidal, dizolvate, sau bacterii
patogene. Din aceast cauz ele constituie importante surse de impurificare i un
pericol pentru sntatea public. Aceste substane pot fi de natur organic sau
mineral.
Materiile organice i bacteriile pot fi fcute inofensive prin aciunea altor
bacterii i a unor ageni naturali (cldura, umezeala) care supun aceste materii
unui proces de dezagregare, adic unei descompuneri n compui mai simpli,
gaze i substane minerale. Procesul acesta poart numele de mineralizare a
materiilor organice. Mineralizarea materiilor organice se poate produce prin dou
ci:
dac oxigenul se afl n cantitate suficient mineralizarea se face prin oxidare
rapid cu participarea bacteriilor aerobe;
dac oxigenul se afl n cantiti insuficiente mineralizarea se face ntr-un timp
mai lung prin descompuneri lente i fermentri nsoite de degajare de gaze
ru mirositoare sub aciunea bacteriilor anaerobe.
Procesele de mineralizare se pot produce n sol i cursurile naturale de
ap. Proprietatea solului i a apelor de a reduce i chiar distruge materiile
organice, minerale i bacteriile poart numele de autoepuraie. Autoepuraia
depinde n primul rnd de proporia ntre oxigen i murdrii. ndeprtarea
murdriilor se face n moduri i prin instalaii diferite, dup cum este vorba de
materii solide (gunoaie, deeuri) sau de materii lichide (ape murdare, ape din ploi,
ape fecaloide). Materiile solide sunt colectate i transportate cu vehicule speciale.
Apele murdare de la gospodrii i alte ape uzate cunoscute sub denumirea
de ape uzate sau reziduale sunt ndeprtate prin dou procedee:
colectarea pe loc i apoi transportul acestor murdrii cnd se afl n cantiti
mici.
-
2
plutirea lor prin canale nchise i deschise folosind o cantitate de ap ca agent
de transport.
In sistemul de transport apele uzate sunt adunate n camere etane,
numite hasnale care se construiesc lng cldiri. De aici murdriile sunt
transportate periodic cu cisterne speciale. Acest sistem se mai numete i
procedeu individual.
In sistemul prin plutire, ndeprtarea apelor murdare se face printr-un
ansamblu de canale aezate n pant i legate unele de altele purtnd numele de
reea de canalizare. Apele murdare colectate prin reeaua de canalizare sunt
deversate ntr-un curs de ap sau alt bazin natural numit emisar. In cazul cnd
cantitatea i concentraia apelor murdare depete capacitatea de autoepurare a
emisarului se va produce poluarea acestuia pe distane mari. Pentru evitarea
acestor situaii apele murdare trebuiesc epurate nainte de vrsare n emisar.
Aceast operaie se face n instalaii speciale grupate ntr-o staie de epurare.
Ansamblul de construcii care colecteaz apele murdare, le conduce spre
staii de epurare care le aduce la un grad de puritate stabilit pentru condiiile
locale i apoi le vars astfel epurate ntr-un bazin natural de ap, se numete
canalizare, iar teritoriul deservit de o reea de canalizare se numete bazin de
canalizare.
1.2. Clasificarea apelor murdare
Apele care au fost murdrite prin folosirea lor sau prin trecerea lor pe
teritoriul unui centru populat sau industrial poart numele de ape murdare. Apele
murdare se pot clasifica dup provenien sau dup gradul lor de murdrie.
Gradul de murdrire al apelor murdare se caracterizeaz prin concentraia lor;
concentraia este cantitatea de murdrie coninut ntr-o unitate de volum de ap.
Dup provenien apele murdare se clasific /2/:
- ape uzate menajere i fecaloide, rezultate din satisfacerea nevoilor
gospodreti de ap ale centrelor populate, precum i a nevoilor gospodreti,
igienico-sanitare i social administrative ale diferitelor categorii de unitai
industriale, agrozootehnice;
-
3
- ape uzate publice, rezultate de la satisfacerea nevoilor de ap publice ale
centrelor populate;
- ape uzate industriale care rezult din procesele de producie ale
ntreprinderilor industriale;
- ape meteorice formate n urma precipitaiilor atmosferice (ploaie, zpad)
i murdrite cu praf i nmol pe care l spal;
- ape stagnante de suprafa provenite din bli, mlatini;
Din punct de vedere al admiterii apelor murdare n emisar intereseaz
gradul lor de murdrire precum i compoziia murdriei. n funcie de gradul de
murdrire apele murdare pot fi:
- ape murdare care necesit o epurare nainte de vrsarea lor n emisar
conform cerinelor sanitare;
- ape convenional-curate care nu necesit o epurare nainte de vrsarea
lor n emisar.
Studiul compoziiei apelor ce trebuie canalizate este de mare importan la
proiectarea canalizrii deoarece alturi de alte considerente ele determin
sistemul de canalizare, sistemul de epurare, materialele de construcie a
canalelor, posibilitatea valorificrii substanelor coninute n ap, msurile pentru
protecia muncii.
1.3. Compoziia apelor uzate
In marea majoritate a cazurilor, aceste categorii de ape de canalizare
conin, n stare de soluie, sau sub form de suspensie, substane organice i
minerale: particule de nisip, pmnt, resturi de legume, colorani, substane toxice
ca cianuri, arsen, metale grele, etc. De aemenea conin i o mare cantitate de
bacterii, unele nevtmtoare (saprofite), iar altele care produc mbolnviri
(patogene). Dintre acestea din urm fac parte agenii bolilor gastro-intestinale
(tifos, dizenterie, holer, etc.).
Compoziia apelor uzate menajere este variabil n timp, concentraia lor
fiind determinat de mai muli factori (modul de alimentare, colectarea deeurilor)
i, n special, de consumul specific de ap. Din practic s-a constatat c pentru a
asigura o funcionare normal a reelei de canalizare, consumul specific trebuie s
fie de cel puin 60 l/loc /1/.
-
4
Compoziia apelor uzate industriale este foarte variat, la unele ramuri
industriale prezentnd caracteristici diferite chiar n cazul aceleiai industrii, n
funcie de fazele procesului de producie. Unele ape uzate industriale sunt
considerate convenional curate, adic satisfac condiiile stabilite pentru
descrcarea lor n receptorul respectiv (de exemplu unele ape de rcire), iar altele
sunt mai mult sau mai puin murdare. Acestea din urm, iau parte, de cele mai
multe ori, la procesul de tehnologic i deseori conin produse valoroase, a cror
recuperare face, n ultimul timp, obiectul a numeroase studii.
Apele de ploaie sunt caracterizate, de obicei, de murdriile specifice
locurilor pe care se scurg. Astfel, apele de ploaie ce se scurg de pe teritoriul
rafinriilor de petrol sunt ncarcate cu reziduuri petroliere, cele de la depozitele de
crbune, cu praf de crbune, cele de la creuzotarea traverselor de cale ferat, cu
gudroane i compui fenolici, cele de la industriile chimice, cu diferii compui
chimici, iar cele de pe strzile oraelor se aseamn cu apele menajere.
Compoziia apelor de canalizare este definit de calitile fizice, chimice,
biologice i bactereologice. Din totalitatea acestor indicatori, la proiectarea reelei
de canalizare, este necesar s se cunoasc elementele principale.
1.3.1. Indicatori fizici:
Cei mai importani sunt:
temperatura, ca indicator important la alegerea materialului canalelor i
a celorlalte construcii i instalaii ale canalizrii i la stabilirea msurilor
pentru protecia lor.
culoarea i mirosul, dau indicaii asupra felului i provenienei apelor
uzate, precum i asupra gradului de descompunere a substanelor
aflate n suspensie, sau n soluie, folosind la stabilirea msurilor pentru
asigurarea unei raionale exploatri a instalaiilor de canalizare.
Culoarea poate arta ce fel de ape industriale uzate intr n canalizarea
oraului:
o culoare roie, poate indica prezena apelor uzate de la tbcrii, sau
de la industria acidului sulfuric;
o culoare roie brun, poate arta prezena fierului din apele de la
decapaj;
-
5
o culoare galben poate indica prezena srurilor de crom.
Mirosul d de asemenea indicaii asupra provenienei apelor, cum ar fi de
exemplu, mirosul de benzin, fenoli, etc. Mirosul de hidrogen sulfurat indic, de
regul, dezvoltarea unor procese de fermentaie anaerob.
Substanele n suspensie sunt de trei categorii:
- care plutesc la suprafaa (pcur, reziduuri petroliere, uleiuri, grsimi);
- care se depun ntr-un timp relativ scurt;
- foarte fin dispersate, uneori pn n stare coloidal, depunndu-se
foarte greu, sau de loc.
Unele substane volatile, cum ar fi anumite hidrocarburi se evapor foarte
repede i dau un amestec detonant, care poate produce explozii n reeaua de
canalizare; suspensiile care se depun n timp scurt pot conduce la nfundarea
canalelor.
1.3.2 Indicatori chimici:
Reacia pH a apelor uzate, este unul din factorii principali la alegerea
materialului canalului i a celorlalte construcii i instalaii ale canalizrii
i a msurilor pentru protecia lor.
Rezidul fix la 105 OC, obinut prin evaporare, se determin dup filtrarea
probei, valoarea obinut d indicaii asupra substanelor de origine
organic i anorganic dizolvate n ap.
Reziduul obinut prin ardere, reprezint coninutul de materie organic.
Substanele ndeprtate prin ardere (volatile) sunt cele de natur
organic. In cenua de calcinare, dup dizolvarea n acid clorhidric, se
pot identifica prin metode curente de laborator, ionii de cupru, nichel,
etc.
Oxidabilitatea, exprimat prin CCO-Mn, sau consumul de permanganat
de potasiu, d de asemenea indicaii asupra cantitii de substane
organice din ap uzat; nu reprezint totdeauna o caracteristic
precis, deoarece permanganatul acioneaz i asupra substanelor de
natur organic, iar o serie de substane organice nu reacioneaz la
acest reactiv. Pentru a se evita n parte aceste neajunsuri se folosete
-
6
uneori determinarea oxidabilitatii, metoda cu bicromat de potasiu CCO-
Cr.
Determinarea cantitii de oxigen dizolvat n apele uzate, indic dac
aceste ape au intrat sau nu n fermentaie; apele fermentate nu conin oxigen
dizolvat. In tabelul 1.1 se dau coninutul n oxigen la saturaie, n funcie de diferite
temperaturi.
Tabelul 1.1
Coninutul n oxigen la saturaie n funcie de temperatur /8/
Natura apei Coninut n oxigen mg/dm3
Temperatura apei oC
0 5 10 15 20 25 30
Ap dulce 14,65 12,79 11,27 10,03 9,02 8,48 7,44
Consumul biochimic de oxigen (CBO) indic gradul de impurificare cu
substane organice biodegradabile al apelor uzate.
CBO reprezint cantitatea de oxigen, n miligrame la litru, necesar pentru
a descompune materiile organice din ap uzat, cu ajutorul microorganismelor. n
practica proiectarii se folosesc datele privind consumul biochimic de oxigen la 5
zile (CBO5) i mai rar, cel la 20 zile (CBO20).
Unele substane toxice cum sunt cianurile, arseniul, srurile de metale
grele, la o anumit concentraie n apele uzate, precum i substanele inflamabile
i cele explozive, devin periculoase pentru personalul de exploatare.
1.3.3. Indicatori biologici:
Capacitatea de fermentare, arat dac i dup cte ore sau zile, apa
uzat ncepe s fermenteze, dezvoltnd hidrogen sulfurat.
Determinarea se face cu o soluie de albastru de metilen, care n
momentul cnd ncepe fermentaia se decoloreaz, din cauza
hidrogenului sulfurat care se degaj.
Este un indicator important att n stabilirea sistemului i schemei de
canalizare, ct i a modului de epurare.
-
7
De exemplu, apele uzate care intr foarte repede n fermentaie (apele
uzate industriale, de la fabricarea zahrului, amidonului, de la tbcriile vegetale,
etc.) trebuie colectate i transportate ntr-un timp foarte scurt la staia de epurare,
altfel intrnd n fermentaie acid devin agresive i greu de epurat. De multe ori,
pentru a mpiedica intrarea apelor uzate n fermentare se adaug var sau
substane clorigene.
1.3.4. Indicatori bacteriologici:
Analizele bacteriologice au ca obiectiv determinarea gradului de
impurificare al apelor uzate. Ele prezint interes n special n legatur
cu msurile pentru evitarea propagrii maladiilor contagioase precum i
pentru protecia personalului de exploatare a reelei de canalizare.
1.4. Compoziia apelor uzate menajere
Coninutul de materii de origine mineral sau organic, sub form de
suspensii i dizolvate, dintr-un litru de ap uzat menajer este indicat n tabelul
1.2 /8/.
Tabelul 1.2.
Compoziia apelor uzate menajere
la un consum specific de 150 l/loc i zi ( dup K. Imhoff )
Materii
Natura materiilor Minerale Organice Totale CBO5
mg/dm % mg/dm % mg/dm % mg/lm %
Suspensii separabile
prin decantare 130 10,3 270 21,5 400 31,8 130 36
Coloidale 70 5,6 130 10,3 200 15,9 80 22
Dizolvate 330 26,1 330 26,2 660 52,3 150 42
TOTAL 530 42 730 58 1260 100 360 100
1.5. Compoziia apelor uzate industriale
De la industrii provin, n general, urmtoarele ape uzate:
1. Ape de la buctrii, spltorii, duuri, bi, etc.;
-
8
2. Ape de rcire, condens i splarea utilajelor, a produselor fabricate sau
a pardoselilor;
3. Ape din procesul de fabricaie propriu-zis.
Apele din grupa 1 au aceeai compoziie ca i apele uzate menajere.
Apele din grupa a 2-a sunt, n general, puin murdrite, acestea putnd fi
ntrebuinate n intreprindere. n caz c nu se prevede aceast rentrebuinare, se
canalizeaz, de regul separat de apele ce provin din procesul de fabricaie
propriu-zis, amestecul lor putnd stnjeni epurarea acestora, mai ales cnd
debitul apelor de rcire i de splare este mult mai mare dect cel al apelor de
fabricaie. Apele de rcire i condens, n cazul cnd corespund condiiilor de
vrsare n emisar, sau necesit n acest scop numai o epurare sumar i nu sunt
rentrebuinate, se canalizeaz separat i se descarc direct n receptor.
Compoziia apelor din grupa a III-a variaz n limite foarte largi, depinznd de
procesul tehnologic, de felul materiei prime supuse prelucrrii, de normele
consumului de ap etc.
Unele ape uzate industriale au influene nefavorabile asupra reelei de
canalizare i pot schimba complet caracterul apelor menajere din canalizare.
In comparaie cu apele uzate menajere, apele uzate industriale se pot deci
ncadra n urmtoarele grupe /1/:
GRUPA I. Ape uzate a cror compoziie nu se deosebete dect puin de cea
a apelor uzate menajere, putnd fi descrcate n reeaua de canalizare
public, fr o prealabil epurare.
GRUPA a II-a. Ape uzate cu coninut mare de substane organice, care pot fi
descrcate n reeaua de canalizare public dup o eventual preepurare;
cnd substanele organice coninute n apele industriale intr foarte repede n
fermentare, este indicat descrcarea n reeaua public cu luarea unor
msuri preventive.
GRUPA a III-a. Ape uzate n care predomin substane de natur mineral sau
compui chimici organici.
Din grupele I i a II-a fac parte, n general, apele uzate industriale ce provin
din industria alimentar, uoar, forestier, din unitile agrozootehnice, etc., iar
din grupa a III-a apele nefermentabile care provin de la industria extractiv
(crbune, minereuri), de la industria chimic i metalurgic.
-
9
CAPITOLUL 2
CANTITI DE APE UZATE
Cantitile de ap care trebuiesc evacuate n canalizare constau din
urmtoarele categorii de ape (conform STAS 1846-90):
1) Debite de ape uzate oreneti constnd din:
a) ape uzate menajere
b) ape uzate industriale
c) ape uzate agrozootehnice
d) ape uzate tehnologice proprii sistemelor de alimentare cu ap i canalizare
2) Debite de ape meteorice
3) Debite de ap din surse de suprafa
4) Debite de ape subterane.
2.1. Debite de ape uzate oreneti
a) Debite de ape uzate menajere.
Debitele apelor uzate menajere sunt apropiate de consumul de ap
potabil din reeaua de distribuie. De obicei acest debit este ceva mai mic dect
consumul de ap potabil, deoarece o parte din acest consum l constituie ap
pentru stropit parcuri i grdini, care nu mai ajunge n reeaua de canalizare.
Debitele de ap uzat menajere se calculeaz cu relaia:
Suz QQ 8,0 (2.1)
n care QS reprezint debitele de ap caracteristice (zilnic mediu, zilnic
maxim i orar maxim) ale cerinei de ap (STAS 1343/1-95).
b) Debite de ape uzate industriale
Debitele apelor uzate industriale trebuie luate n considerare n funcie de
sursele de alimentare cu ap (STAS 1343/2-91), de consumul specific industrial,
-
10
de procesul tehnologic, lundu-se n considerare posibilitile de recirculare a apei
i reducere la minimum a debitelor evacuate.
c) Debite de ap uzat agrozootehnice
Debitele apelor uzate agrozootehnice se determin pe baza tehnologiilor
de producie adoptate (STAS 1343/3-91) n funcie de cantitile de ap de
alimentare lundu-se n considerare posibilitatile de reducere la minimum a
debitelor evacuate.
d) Debite de ape uzate tehnologice proprii ale sistemului de alimentare cu
ap i canalizare. Aceste categorii de ap se iau n considerare la dimensionarea
reelei de canalizare numai n cazul n care sunt evacuate n acesta.
2.2. Debite de ape meteorice
La dimensionarea reelei de canalizare se iau n considerare numai apele
de ploaie.
Debitul de calcul al apelor meteorice se determin:
Qpl (l/s) =mSi (2.2)
n care : m ceficientul de nmagazinare
S suprafaa bazinului de canalizare aferent canalului care se
dimensioneaz (ha)
i intensitatea ploii de calcul (l/sha)
- coeficient de scurgere
2.3. Debite de ap din surse de suprafa
In unele situaii, datorit configuraiei terenului este necesar s se realizeze
canalizarea i evacuarea unor ape de suprafa din vecintatea suprafeei de
canalizat.
Cantitile de ap de suprafaa care se colecteaz prin canalizare se
determin prin studii hidrologice obtinute din observatiile pe mai multi ani i
-
11
msurtori directe pe teren. In general ndeprtarea acestor ape se face prin
canale deschise, care conduc aceste ape de suprafa n emisar.
2.4. Debite de ap subteran
Apele subterane care ptrund n canalizare provin din drenaje i desecrile
realizate prin construcii i din apele freatice infiltrate n canalizare ca urmare a
neetaneitii acesteia. Debitele apelor subterane provenite din drenaje i
desecri rezult din proiectele acestor lucrri. Debitele apelor subterane infiltrate
din pnza de ap subteran se consider numai la canalele la care extradosul
bolii canalului este situat la cel puin 0,5 m sub nivelul hidrostatic al apei
subterane. Se consider un debit, n acest caz, de 0,51,0 l/s pe kilometru de
canal.
2.5. Debite caracteristice ale apelor uzate
Debitele caracteristice ale apelor uzate sunt:
Debitul uzat zilnic maxim:
Quz zi max = 0,8QS zi max (2.3)
Debitul uzat zilnic mediu:
Quz zi med = 0,8QS zi med (2.4)
Debitul uzat orar maxim :
Quz orar maxim = 0,8 QS orar max (2.5)
n care Qzi max, Qzi med, Qorar max se refer la debitele de alimentare cu ap conform
STAS 1343-91/95.
Debitul uzat orar minim :
Quz orar min = p Quz zi max (2.6)
-
12
n care p este un coeficient adimensional conform tabelului 2.1.
Tabelul 2.1
Valoarea coeficientului p
Nr.
locuitori
1.000 1.001
10.000
10.001
50.000
50.001
100.000
100.000
P 0,18 0,25 0,35 0,60 0,75
2.6. Debite de calcul i verificare pentru staiile de epurare
Debitele de calcul i verificare pentru staiile de epurare (i pentru pri
componente ale acestora) se stabilesc n funcie de cantitatea i calitatea apelor
de canalizare, de sistemul de canalizare i de schema de epurare adoptat,
conform tabelului 2.2.
-
13
-
14
-
15
CAPITOLUL 3
SCHEME I METODE DE EPURARE A APELOR
UZATE MENAJERE
3.1 Necesitatea epurrii apelor uzate
Dup ce apele uzate au fost colectate prin reeaua de canalizare, acestea
trebuiesc conduse i descrcate ntr-un emisar.
nainte de descrcarea n emisar, apele uzate trebuiesc curite i aduse
ct mai aproape de condiiile iniiale calitative, astfel nct prin restituirea n mediul
nconjurtor s nu se produc poluarea acestuia.
Curirea apelor uzate se realizeaz n cadrul unor construcii i instalaii
speciale cunoscute sub denumirea de staii de epurare. In staiile de epurare se
aplic o serie de procedee fizice, chimice i biologice care au ca scop final
restabilirea a ct mai multora din calitile iniiale ale apei.
3.2 Metode si scheme de epurare
Diferenierea metodelor de epurare ale apelor uzate menajere se face dup
natura fenomenelor principale pe care se bazeaz acestea. La epurarea apelor
uzate menajere se utilizeaz trei metode: mecanic, mecano-chimic i mecano-
biologic, denumite astfel dup fenomenele principale pe care se bazeaz.
a) Epurarea mecanic (fig.3.1) const n reinerea prin procedee fizice a
substanelor sedimentabile care se afl n apele de canalizare. Prin utilizarea
epurrii mecanice ca unic treapt de epurare se obine un grad de epurare foarte
redus. La staiile de epurare deservind 15000 - 20000 locuitori, pe baza utilizrii
unor procedee moderne de epurare, se poate renuna la epurarea mecanic
atunci cnd se utilizeaz epurarea biologic prin aerare.
Epurarea mecanic poate fi considerat ca o etap intermediar de
realizare a epurrii, ndeosebi pentru localitile la care staia de epurare se
construiete simultan cu canalizarea.
-
16
Reinerea substanelor din apele uzate se realizeaz prin: grtare, site,
deznisipatoare, separatoare de grsimi i decantoare. Prelucrarea suspensiilor
reinute din apele uzate, nmoluri, se realizeaz n funcie de condiiile sanitare
locale, respectiv pot fi ndeprtate in starea n care se obin sau sunt n prealabil
supuse unor operaii de modificare a calitii prin fermentare sau prin reducerea
umiditii nmolurilor.
Fig. 3.1 Schem de epurare mecanic
a) cu fermentarea separat a nmolurilor b) cu decantoare cu etaj
b) Epurarea mecano-chimic (fig.3.2) const n reinerea substanelor i a
suspensiilor coloidale sau dizolvate prin tratarea apelor uzate cu substane
chimice.
Procedeele utilizate pentru reducerea concentraiei substanelor coninute
n apele uzate sunt: neutralizarea, extracia, diluarea, coagularea.
Epurarea chimic este precedat de o epurare mecanic. In general,
aceast metod este puin utilizat pentru apele menajere, fiind utilizat n special
la epurarea apelor uzate industriale.
-
17
Fig.3.2 Schem de epurare mecano-chimic
c) Epurarea mecano-biologic. Metoda utilizeaz activitatea unor
microorganisme pentru oxidarea i mineralizarea substanelor organice aflate n
apa uzat care n prealabil a fost supus unei epurri mecanice.
Epurarea biologic poate fi utilizat n:
construcii n care epurarea se face n condiii apropiate de cele naturale ca de
exemplu : cmpuri de irigare, de infiltrare, iazuri biologice (fig.3.3a);
construcii n care epurarea biologic se realizeaz n condiii create artificial
sub aciunea bacteriilor aerobe puternic alimentate cu oxigen, filtre biologice
(fig.3.3b), bazine cu nmol activat (fig.3.3c). La apele uzate menajere aceast
epurare se face n una sau dou trepte.
Prelucrarea nmolurilor reinute se poate face prin procedeele de la
metoda mecanic sau prin procedee speciale. Nmolul reinut n decantoarele
secundare poate fi trimis direct la fermentare sau poate fi utilizat la diferite operaii
de epurare.
-
18
Nmolul poate fi mineralizat prin procedee aerobe n bazine de aerare
(fig.3.3d) urmate n general de decantoare secundare. Pentru distrugerea
bacteriilor se folosete dezinfectarea apei prin clorizare.
Schema de epurare este schia care arat succesiunea obiectelor
principale din staia de epurare, poziiile relative dintre acestea i d indicaii
asupra fluxului tehnologic al apei, nmolului, energiei electrice, aburului i al altor
ageni necesari epurrii. In plan orizontal schema arat modul n care se
desfoar procesele tehnologice n staia de epurare.
Fig. 3.3 Scheme de epurare mecano-biologice:
a)-natural; b)-cu filtre biologice; c)-cu bazine de aerare i fermentare a
nmolurilor ; d)-cu stabilizarea nmolurilor
-
19
Profilul tehnologic (fig.3.4) indic amplasarea n plan vertical a obiectelor.
Fig.3.4 Profil tehnologic
3.3 Consideratii privind epurarea apelor uzate
Apele de canalizare au asupra emisarilor influene diferite n funcie de
compoziia i de coninutul n substane a apelor canalizate i de caracteristicile
emisarului i anume de impurificare sau de murdrire.
Impurificarea este aciunea pe care unele substane o exercit asupra
emisarului schimbndu-i compoziia apelor i reducndu-i capacitatea de
folosin.
Murdrirea este aciunea pe care substanele coninute n apele uzate i
apele de canalizare o exercit asupra emisarului, cruia pe lng compoziia
apelor i schimb i aspectul fizic.
Aciunile pe care apele de canalizare le exercit asupra emisarilor depind
de compoziia i de concentraia n substane a apelor uzate i de capacitatea de
autoepurare a emisarului.
Concentraia apelor de canalizare se exprim n mg/dm3 i reprezint
cantitatea de substane sau murdrii coninute n unitatea de volum de ape uzate.
-
20
Pentru stabilirea caracteristicilor apelor uzate sunt necesare urmtoarele
determinri n laborator :
Materii totale n suspensie n stare uscat i difereniate apoi n materii
organice i minerale;
Reziduul fix (substane dizolvate n ap) i difereniate apoi n materii
organice i minerale;
Reziduul fix la 1050C;
Consumul biochimic de oxigen;
Indicele pH (reacia apei);
Azotul sub toate formele (amoniac liber, organic, azotai, azotii).
Pe lng aceste determinri, pentru ape uzate oreneti mai sunt
necesare:
Consumul chimic de oxigen CCO;
Produsele petroliere;
Substanele toxice;
Detergeni;
Cianuri;
Fenoli;
Sulfuri;
Clor liber;
Substane radioactive.
Materiile solide totale reprezint suma dintre materiile solide n suspensie
i materiile solide dizolvate. In tabelul 1.2 sunt date valorile acestora pentru un
consum specific de 150 dm3/locuitor i zi. Consumul specific de ap pe cap de
locuitor influeneaz n mare msur compoziia apelor uzate i anume cu ct
consumul este mai mare cu att apa uzat este mai diluat /7/. Materiile solide n
suspensie separabile prin decantare (tabel 1.2) sunt importante pentru
dimensionarea decantoarelor i bazinelor de fermentare a nmolurilor. Materiile
solide organice dizolvate constituie impurificarea organic i pe baza ei se
dimensioneaz trepta de epurare biologic a staiei de epurare.
Oxigenul dizolvat O2 se gsete n cantiti mici n apele uzate (1-2)
mg/dm3, ins numai atunci cnd sunt proaspete i dup epurarea biologic. Apele
-
21
de suprafa conin cantiti mai mari sau mai mici de oxigen, n funcie de gradul
de poluare. Cantitile de oxigen la saturare, la diferite temperaturi, coninute n
apa curat sunt date n tabelul 1.1. O ap se consider saturat cnd conine
cantitile de oxigen din tabelul 1.1 /7/.
Suprasaturarea n oxigen poate s apar n cazul n care exist o cantitate
mare de plante acvatice care consuma bioxidul de carbon i elimin oxigen.
Subsaturarea apare n cazul n care apa este impurificat. Cantitatea de oxigen
care lipsete unei ape pentru a atinge valoarea de saturare se numete deficit de
oxigen.
Cunoaterea coninutului de oxigen al unei ape de suprafa este de mare
importan pentru stabilirea gradului de murdrire al acesteia.
Tabelul 3.1
Valorile limit pentru caracteristicile de calitate
ale apei de suprafa (conform STAS 4706-88)
Caracteristici de calitate
Categoria de calitate a emisarului
I II III
1. Oxigen dizolvat n ap minim admis
NOmin (mg/dm3)
6 5 4
2. Consumul biochimic de oxigen maxim
CBON (mg/dm3)
5 7 12
3. Consumul chimic de oxigen maxim admis
CCON (mg/dm3)
Prin metoda cu permanganat de potasiu
CCO-Mn
Prin metoda cu bicromat de potasiu
CCO-Cr
10
10
15
20
25
30
Aceste valori maxime pentru consumul biochimic de oxigen maxim admis i
consumul de oxigen maxim admis trebuie respectate n aval de punctul de
evacuare a apelor uzate n emisar i la 1 km amonte de prima folosin de ap, iar
valorile pentru oxigenul dizolvat n ap minim admis trebuie respectate n toate
seciunile situate n aval de punctul de evacuare a apelor uzate n emisar.
Consumul biochimic de oxigen exprim gradul de impurificare a apei uzate, este
-
22
cantitatea de oxigen consumat pentru descompunerea biochimic n condiii
aerobe a materiilor solide totale organice la temperatura i timpul standard 200C,
respectiv 5 zile (CBO5). Descompunerea biochimic a apelor uzate se produce n
dou faze:
Fig.3.5 Fazele descompunerii biochimice a substanelor organice din apele uzate
faza primar (a carbonului) n care oxigenul se consum pentru oxidarea
substanelor organice, care ncepe imediat i are pentru apele uzate menajere
o durat de circa 20 zile la temperatura de 200C. In urma descompunerii
materiilor organice al cror coninut intr n carbon, azot, fosfor, se formeaz
bioxidul de carbon CO2 care rmne ca gaz n soluie sau se degaj;
faza secundar (a azotului) n care oxigenul se consum pentru transformarea
amoniacului n nitrii (N2O3 i apoi n nitrai (N2O5), ncepe dup circa 10 zile i
dureaz circa 100 zile. Transformarea constituie procesul de nitrificare a
materiilor organice.
La determinarea gradului de epurare necesar se ine seama de capacitatea
de autoepurare a emisarului. Prin autoepurare se nelege ansamblul proceselor
de natur fizico-chimic i biologic care redau unei ape impurificate cu materii de
orice fel puritatea iniial. Prin autoepurare se completeaz procesul de epurare a
apelor uzate. In timpul autoepurrii cursurilor de ap intervin urmtoarele
fenomene: diluia, amestecul, mineralizarea.
-
23
Gradul de diluie se definete prin relaia:
q
Qn rd (3.1)
n care Qr este debitul mediu lunar minim anual cu asigurarea de 95% iar q
debitul zilnic mediu al apelor uzate evacuate. Valorile limit admisibile ale
substanelor poluante pentru grade de diluie sunt indicate n tabelul 3.2 /5/.
Tabelul 3.2
Valori limit admisibile n funcie de gradul de diluie
Nr.
crt.
Substana poluant sau indi-catorul
de ncrcare
U/M Valorile limit admisibile n funcie de
gradul de diluie care se realizeaz
Grad de diluie nd
1 50 100
1. Materii n suspensie mg/dm3 25 100 200
2. Consumul biochimic de oxigen
(CBO5)
mg/dm3 15 60 100
3. Hidrogen sulfurat i sulfuri (H2S) mg/dm3 0,1 1 2
4. Cianuri (CN) mg/dm3 0,1 1 2
5. Fier total ionic mg/dm3 2 5 8
6. Mercur (Hg) mg/dm3 0,01 0,01 0,01
7. Cadmiu (Cd) mg/dm3 0,1 0,1 0,1
8. Plumb (Pb) mg/dm3 0,2 0,2 0,2
9. Zinc (Zn) mg/dm3 0,1 0,5 1,0
10. Detergeni anionici biodegradabili mg/dm3 0,5 15 30
11. Fenoli antrenabili cu vapori de ap mg/dm3 0,02 0,3 0,6
12. Concentraia ionilor de hidrogen
(pH)
uniti pH 6,3-8,5 6,5-8,5 6,5-8,5
Amestecul complet se realizeaz dup un anumit timp la o distan mai
mare sau mai mic n aval de seciunea de evacuare a apei uzate. Amestecul se
datoreaz turbulenei apei, realizndu-se pe distane mai mici n cazul n care
gradul de diluie este mai mic. Distana de amestec complet poate fi uneori foarte
mare, de zeci de kilometri, ceea ce duce la existena unei poriuni de ru n care
se mpiedic dezvoltarea normal a procesului de mineralizare.
-
24
Oxigenul intervine n calculele de epurare sub form de:
Oxigen dizolvat;
Oxigen biochimic necesar;
Oxigen chimic necesar;
Consum biochimic de oxigen.
Oxigenul dizolvat se gsete n cantiti ce depind mai mult de temperatur
(tabel 1.1).
Oxigenul chimic necesar (CCO) reprezint cantitatea de oxigen (mg/dm3)
necesar pentru oxidarea substanelor organice coninute n apele de canalizare.
Se stabilete n cazul n care aceste ape conin ape uzate industriale.
Oxigenul biochimic necesar (CBO) reprezint cantitatea de oxigen
(mg/dm3) necesar pentru oxidarea substanelor organice din apele uzate cu
ajutorul bacteriilor.
3.4 Determinarea gradului de epurare necesar
Procentul de reducere a unei pri dintr-o anumit substan, ca urmare a
epurrii, astfel ca dup evacuarea apelor uzate n emisar i amestecul cu apele
acestuia, apa emisarului s respecte prevederile STAS 4706-88 poart numele de
grad de epurare necesar. Gradul de epurare se poate calcula cu relaia:
100
i
ei
k
kkd (%) (3.2)
unde : Ki cantitatea de substan care intr n staia de epurare
Ke cantitatea de substan care iese din staia de epurare
Din punct de vedere al epurrii apelor uzate oreneti se determin
gradele de epurare privind : suspensiile, CBO5, oxigen de dizolvat.
a) pentru suspensii:
100
uz
admis
uzuzS
C
CCd (3.3)
Dac:
ds < (40 60)% se adopt treapta de epurare mecanic
-
25
ds (40 60)% este necesar treapta de epurare mecano-biologic.
b) pentru CBO5; concentraia n CBO5 a apelor uzate epurate nainte de
evacuarea lor n emisar se determin ca CBO5 al amestecului ap de ru ap
epurat ntr-o seciune situat la 1 km amonte de prima folosin de ap i trebuie
s fie cel mult egal cu CBO5 normat prin STAS 4706-88 (Xn) /6/.
tk
Ntk
rntk
radmis
uz
XXX
q
QX
r
1
1
1 1010
10
155
(3.4)
n care:
k1 - constanta vitezei de consum a oxigenului pentru apele uzate (pentru
apele uzate oreneti k10,1);
k1r constanta vitezei de consum a oxigenului pentru apele emisarului
amonte de seciunea de evacuare (tabel 3.3) /8/;
t timpul mediu parcurs de apele emisarului (n amestec cu apele uzate
epurate) ntre punctul de evacuare A i seciunea B situat la 1 km
amonte de prima folosin de ap (fig.3.6).
Timpul t se determin cu relaia :
v
kmL
v
Lt
10
(zile) (3.5)
n care:
L0 distana dintre punctul de evacuare a apelor uzateepurate (A) i
punctul de control B;
v viteza medie n seciune a apelor emisarului la debitul Qr;
XN i X5r concentraia normat n CBO5 i a emisarului n seciunea de
control.
-
26
Fig.3.6 Schema pentru determinarea
gradului de epurare dup CBO5
Tabelul 3.3
Valorile constantei de consum a oxigenului
pentru apele emisarului
Nr.
crt.
Emisar cu: K1r
(zile)
1. Debite i adncimi mari 0,10
2. Debite mari i impurificare puternic 0,15
3. Debite medii 0,20 0,25
4. Debite mici 0,30
5. Debite mici i viteze mari 0,60
Valorile admisuzX5 se pot determina i din tabelul 3.2, n funcie de gradul de
diluie, prin interpolare.
Gradul de epurare necesar privind CBO5 se calculeaz cu relaia:
1005
55
uz
admis
uzuzx
X
XXd (%) (3.6)
-
27
Dac:
dx < (25 40)%, se adopt treapta de epurare mecanic
dx (25 40)%, se adopt treapta de epurare mecano- biologic
c) pentru oxigenul dizolvat
Se pune condiia ca n orice seciune de pe ru, situaia n aval de punctul
de evacuare a apelor uzate epurate, oxigenul minim dizolvat din apa rului s fie
cel puin egal cu oxigenul minim normat de STAS 4706-88.
normatOO minmin (3.7)
In cazul nerespectrii condiiei se recalculeaz gradul de epurare necesar
privind CBO5, reducnd valoarea pentru admis
uzX5 corespunztor ndeplinirii condiiei
3.7.
Se calculeaz CBO5 al amestecului ap uzat epurat cu apa emisarului,
imediat n seciunea de evacuare A:
r
rr
admis
uzam
Qq
XQXqX
555 (mgCBO5/dm
3) (3.8)
Valoarea pentru CBO20 al amestecului se calculeaz cu relaia:
Xam = 1,45X5admis (mg CBO20/dm3) (3.9)
Rezult deficitul iniial de oxigen din apa rului, amonte de seciunea de
evacuare A:
Da = Os Or (mg O2/l) (3.10)
n care Os i Or reprezint concentraiile oxigenului dizolvat n apa
emisarului amonte de seciunea de evacuare a apelor uzate epurate i
concentraia oxigenului dizolvat de saturaie la temperatura 00C i la 760 mm
col.Hg (tabel 1.1).
Timpul critic la care se realizeaz deficitul maxim de oxigen este:
r
am
r
r
a
r
crkk
Xk
kkD
k
k
t12
1
12
1
2 1lg
(3.11)
n care k2 este constanta de reaerare a apelor rurilor (tabel 3.4).
-
28
Deficitul critic de oxigen:
crcrcrr tkatktkramr
cr Dkk
XkD 221 101010
12
1
(mg O2/dm3) (3.12)
Rezult oxigenul dizovat minim n apa rului:
Omin = Os Dcr (mg O2/dm3) (3.13)
In cazul nerespectrii condiiei 3.7 se recalculeaz gradul de epurare
necesar privind CBO5, reducnd valoarea pentru admis
uzX5 corespunztor ndeplinirii
condiiei.
Eficiena sau randamentul diferitelor instalaii din staia de epurare se
exprim prin posibilitatea acestora de reducere a substanelor n suspensie, a
substanelor organice (exprimat prin reducerea CBO5 i a bacteriilor (tabel 3.4).
Tabelul 3.4
Eficiena construciilor de epurare
Procedee de epurare i construciile
respective
CBO5 Materii solide n
suspensie separabile
prin decantare
Bacterii
Mecanice
Grtare, site etc. 5-10 5-20 10-20
Deznisipatoare, decantoare 25-40 40-70 25-75
Mecano-chimice
Instalaii de coagulare + decantoare 50-85 70-90 40-80
Staii de clorare (ap brut sau
decantat
15-30 - 90-95
Staii de clorare (ap epurat biologic) - - 98-99
Mecano- biologice naturale
Decantoare primare+ cmpuri de irigare
i filtrare
90-95 85-95 95-98
Mecano- biologice artificiale
Decantoare primare i secundare + filtre
biologice de mare ncrcare
65-90 65-92 70-90
-
29
Procedee de epurare i construciile
respective
CBO5 Materii solide n
suspensie separabile
prin decantare
Bacterii
Decantoare primare i secundare + filtre
biologice de mic ncrcare
80-95 70-92 90-95
Decantoare primare i secundare +
bazine cu nmol activ de mare ncrcare
50-75 75-85 70-90
Decantoare primare i secundare +
bazine cu nmol activ de mic ncrcare
75-95 85-95 90-98
-
30
CAPITOLUL 4
EPURAREA MECANO - FIZIC A APELOR UZATE
Epurarea mecanic a apelor uzate oreneti const n ndeprtarea prin
procedee fizice a materiilor solide n suspensie separabile prin decantare. Odat
cu aceste substane sunt reinute parial i substane organice dar eficiena treptei
mecanice asupra reducerii acestora este de maximum (20-30)% /5/.
In treapta de epurare mecanic procedeele utilizate au drept scop: /8/
reinerea corpurilor i suspensiilor mari care se face n grtare, site,
grtare tietoare (cominutoare);
reinerea grsimilor, realizat n separatoare de grsimi;
sedimentarea materialelor solide n suspensie separabile prin decantare
care are loc n deznisipatoare, decantoare fose septice;
prelucrarea nmolurilor reinute.
4.1 Grtare
Grtarele au rolul de a reine din apele uzate suspensiile i corpurile mari.
Ele sunt amplasate la intrarea apelor uzate n staia de epurare.
Grtarele sunt alctuite din bare metalice. Din punct de vedere al distanei
dintre barele grtarelor, acestea pot fi /5/:
grtare rare cu b = (50 100) mm;
grtare dese:
- cu curire manual, b = (40 60) mm
- cu curire mecanic, b = (16 20) mm
La staiile de epurare mici (localiti sub 5000 locuitori) se prevd numai
grtare dese curite manual. Pentru localiti cu mai mult de 5000 locuitori se
prevd ambele tipuri de grtare, grtarele rare fiind amplasate n amonte de cele
dese.
-
31
Grtarele cu curire manual se recomand a fi aezate cu o nclinare fa
de orizontal de 300, maximum 450, pentru o mai uoar curire i realizarea
unei suprafee mai mari de traversare a apei prin grtar.
Grtarele cu curire mecanic sunt aezate fa de orizontal cu nclinri
de 600 - 750, uneori chiar 900.
Curirea manual a grtarelor se face cu greble sau alte scule
confecionate n acest scop. Pentru a evita deversarea apei n zona grtarului
peste pereii acestuia, datorit nfundrii lui, se execut un canal de by-pass
(fig.4.1), accesul n acesta fiind protejat cu bare aezate la distane de 10 cm
unele de altele.
Fig. 4.1 Grtar cu curire manual:
1 grtar; 2 canal de by-pass
Grtarele cu curire mecanic (fig.4.2) acioneaz de obicei intermitent,
fiind comandate de un plutitor care pune n micare mecanismul, cnd pierderea
de sarcin prin grtar a depit o anumit valoare. Materialul colectat este
vehiculat pe o rigol ctre o platform de colectare sau ctre un dezintegrator.
-
32
Fig.4.2 Grtar cu curire mecanic :
1 grtar; 2 dispozitiv de curire; 3 cup; 4 - vagonet
Camera grtarelor trebuie s aib o lime mai mare dect canalul de
acces, iar imediat n aval de grtar radierul trebuie s fie cobort cu 7,5 15 cm.
La captul de sus al grtarelor, n special la cele cu curire manual, sprijinit pe
pereii canalului, se construiete o pasarel de minimum 1,5 m lime, de pe care
se face curirea.
Pentru debitele mari, curirea grtarelor se face automat.
Debitul de calcul al grtarelor este Qs o max.
Viteza apei n amonte de grtar va trebuie s fie suficient de mare pentru a nu
se produce depunerea suspensiilor din ap i n acelai timp s nu
depeasc anumite limite pentru a nu disloca reinerile de pe grtare. Viteza
minim se consider 0,4 m/s, iar cea maxim 0,6 m/s.
Viteza apei printre interspaiile grtarului vg trebuie s fie maximum 0,7 m/s
pentru debitul zilnic mediu i maximum 1,0 m/s pentru debitul orar maxim.
Pierderea de sarcin prin grtare trebuie astfel aleas nct s nu se produc
un remuu prea mare care s pun sub presiune canalul de ape uzate ce intr
n staie.
-
33
Pierderea de sarcin se calculeaz cu relaia:
g
v
b
ah ag
2sin
23/4
(m) (4.1)
n care:
- coeficient de form a barelor i se ia conform datelor din fig. 4.3;
a limea barelor, n metri (n general limile i alte detalii se dau de
ctre firmele furnizoare);
b limea interspaiilor dintre bare, n m;
va viteza apei amonte de grtar, n m/s;
- unghiul pe care-l face grtarul cu orizontala.
Fig.4.3 Formele barelor la grtare
Pierderile de sarcin nu trebuie s depeasc 15 cm pentru grtare cu
curire manual; la cele cu curire mecanic aceasta se regleaz. In calcule nu
trebuie n orice caz considerat o pierdere de sarcin mai mic dect 10 cm.
Camera grtarului trebuie s aib o pant de cel puin 0,001, pentru o bun
funcionare.
Limea camerei grtarului este mai mare dect cea a canalului amonte :
cannbBc 1 (4.2)
n care:
Bc limea camerei grtarului, n m;
a limea unei bare, n mm;
-
34
b limea interspaiilor intre barele grtarului, n mm;
c limea pieselor de prindere a grtarului n pereii camerei, n m, de
obicei 0,25 0,30 m;
n numrul de bare.
maxmax hv
Qb
g
c (4.3)
n care:
vgmax viteza maxim a apei printre interspaiile grtarului, n m/s;
hmax adncimea maxim a apei n faa grtarului, corespunztoare vitezei
i debitului maxim, n m;
Qc debitul de calcul al grtarului, n dm3/s;
Cantitatea de reineri pe grtar (tabel 4.1) depinde de mrimea interspaiilor,
sistemul de canalizare, volumul apelor uzate industriale etc. In medie, pentru
apele uzate oreneti, circa 85% din substane sunt organice, restul minerale;
greutatea specific a reinerilor este de circa 750 kgf/m3.
Tabelul 4.1
Cantiti de reineri pe grtare
Limea interspaiilor ntre
bare (mm)
Cantitatea de reineri (dm3/om i an) la curire:
manual mecanic
16 5,0 6,0
20 4,0 5,0
Limea interspaiilor ntre
bare (mm)
Cantitatea de reineri (dm3/om i an) la curire:
manual mecanic
25 3,0 3,5
30 2,5 3,0
40 2,0 2,5
50 1,5 2,0
-
35
4.2 Site
Sitele constau din bare metalice nvelite cu tabl perforat sau mpletituri
din srm. Deschiderile sunt n mod obinuit ntre 1,0 1,5 mm. In general, sunt
utilizate atunci cnd se consider necesar ndeprtarea corpurilor i suspensiile
mai fine.
4.3 Grtare tietoare (cominutoare)
Cominutoarele sunt grtare mecanice care au ncorporate mecanisme de
tiere a reinerilor care apoi sunt antrenate n celelalte instalaii din staia de
epurare. Ele constau dintr-un tambur cu fante pe care se gsesc nite dini i bare
de frmiare care se rotesc n faa unor dini aezai ntr-un cilindru.
4.4 Separatoare de grsimi
Separarea din apele uzate a uleiurilor, grsimilor i a altor substane mai
uoare ca apa se mai numete flotaie. Separarea se face datorit faptului c
aceste substane sunt mai uoare ca apa i se ridic la suprafaa acestora n
zonele n care viteza orizontal a apei este mic.
Indeprtarea de la suprafaa apei a substanelor separate se face manual
sau cu sisteme mecanice.
In schema de epurare, separatoarele sunt amplasate dup grtar n cazul
sistemului de canalizare separativ i dup deznisipatoare n cazul sistemului
unitar.
Construcia separatoarelor de grsimi este obligatorie cnd apele conin
mai mult de 150 mgf/dm3 substane extractibile n eter de petrol, care nu sun
separabile la suprafaa apei i posibil de evacuat n mod obinuit prin
decantoarele primare. Se prevd, de asemenea, obligatoriu separatoare de
grsimi, independent de concentraie, n cazul n care epurarea mecanic este
urmat de o epurare biologic, realizat n filtre biologice sau cmpuri de irigare.
-
36
Pentru o flotare mai eficient se adaug ca agent de flotare aer difuzat prin
intermediul plcilor poroase, al tuburilor gurite, iar uneori se adaug clor gazos
odat cu aerul.
Flotarea cu aer poate fi de joas presiune sau sub presiune. In flotarea cu
aer sub presiune, bulele de aer ader la materialul n suspensie i ajut la
deplasarea la suprafaa lichidului a particulelor lichide sau coloidale.
Fig. 4.4 Separator de grsimi:
1 perei despritori; 2 aer; 3 jgheab
In fig.4.4 se arat un separator de grsimi cu insuflare de aer i perei
despritori n seciune transversal. In compartimentul central se produce
amestecul aerului cu apa, iar n cele dou compartimente laterale, unde suprafaa
apei rmne linitit, se realizeaz separarea substanelor uoare. Ieirea apei
din bazin se face pe la partea inferioar a acestuia, printr-un canal de dimensiuni
mici, n zona unde cantitatea de substane uoare este mai mic. Prin canalul de
evacuare, datorit vitezelor mari ale apei, toate suspensiile sunt antrenate i duse
n instalaiile care urmeaz. Substanele uoare separate la suprafaa apei sunt
ndeprtate din bazinul de flotare prin jgheabul aval, prin ridicarea nivelului apei,
din timp n timp.
Indeprtarea substanelor separate n bazinele de flotare se poate face i
prin intermediul unor conducte gurite la partea superioar, reglabile din punctul
de vedere al imersiei, prin jgheaburi plutitoare etc.
-
37
Substanele separate n bazinele de flotare pot fi fermentate n bazinele de
fermentare ale staiei de epurare.
Bazinele de flotare care trateaz ape uzate provenite din sistemul separativ
de canalizare se proiecteaz la debitul zilnic maxim Qzi max i se verific la
debitul minim; pentru sistemul unitar de canalizare aceste debite se dubleaz.
Elementele de dimensionare sunt:
Suprafaa de separare, rezult n funcie de cea mai mic vitez ascensional,
adic:
a
c
v
QA 0 (4.4)
n care:
Qc debitul de calcul (Qzi max)
Va viteza ascensional minim.
Cea mai mic vitez ascensional corespunde ajungerii la suprafaa apei a
celei mai mici particule, dac se dorete o anumit eficien. Aceast vitez se
stabilete prin determinarea timpului cerut ca o anumit parte din totalul de
substane uoare s se ridice la suprafaa apei.
Viteza ascensional cea mai mic rezult din relaia:
stationaredetimpul
inaltimeava
(4.5)
Pentru dimensionarea separatoarelor, n care se separ grsimi cu
particule mai mici de 0,25 mm, pentru o eficien de 95%, se folosesc datele din
tabelul 4.2.
-
38
Tabelul 4.2
Norme pentru dimensionarea separatoarelor
Greutatea specific
a grsimilor
(kgf/dm3)
Viteza ascensional
minim va (m/h)
Suprafaa separatorului
pentru Q = 1 dm3/s,(m2)
0,75 22,5 0,16
0,80 18,0 0,20
0,85 13,5 0,27
0,90 9,0 0,40
Normativele prevd ncrcarea superficial de 8,0 14,0 m3/m2/h i timp
de separare de 5 10 minute.
Limea bazinelor de separare se recomand a se lua
2,0 4,0 m, adncimea 1,20 2,75 m, lungimea sub 20 m.
Cantitatea de aer insuflat prin radier se ia 0,3 m3 aer/m3 ap uzat i or,
n cazul distribuiei prin plci poroase i 0,6 m3 aer/m3 ap uzat i or
pentru distribuia prin tuburi perforate.
Cantitatea de clor se ia 1,0 1,5 mgf/dm3.
Volumul substanelor separate, 1 5 dm3/om i an.
Pentru epurarea apelor uzate industriale, flotarea este utilizat n
numeroase cazuri, de exemplu, pentru apele provenite din industria petrolier,
minier, alimentar, n special cnd apele uzate industriale trebuie s fie tratate
biologic, fie separat, fie mpreun cu apele uzate oreneti.
Un sistem simplu i mai ales uor de exploatat este sistemul prin cavitaie
cu aer sistem CAF (fig.4.5).
Sistemul const dintr-un rezervor paralelipipedic mprit n patru seciuni
principale dup cum urmeaz:
seciunea de aerare coninnd aeratoare de cavitaie;
seciunea pentru flotaie;
canalul de descrcarea elementelor solide cu urub spiralat;
canalul de descrcare a apei uzate limpezite i deversorul reglabil.
-
39
Fig. 4.5 Schema sistemului de flotaie CAF
1intrare; 2camer de ardere; 3-aerator; 4-ghidajele lanului de raclei; 5-plaj; 6-
mecanism de raclare (curire); 7-spiralul de evacuare; 8-camera deversorului de evacuare; 9-
deversorul; 10-conducta de ieire; 11-rezervorul principal; 12-conducta de recirculare
Apa uzat netratat intr ntr-o seciune mic de aerare n care aeratorul
cavitaional este instalat. Apa uzat curge nainte prin seciunea de aerare, unde
se amestec cu microbulele produse de aeratorul cavitaional. Acest aerator este
un dispozitiv care transfer aerul de deasupra suprafeei apei ntr-o zon mai
joas, printr-o conduct de aspiraie. Aeratorul lucreaz pe principiul crerii
vacuumului prin formarea unor goluri de aer datorit rotirii unor conducte de
descrcare, n lichid. Aerul circul prin dispozitiv avnd sensul de la masa de aer
de deasupra lichidului ctre interior pentru a umple vacuumul format, bulele se
produc acolo i deci se vor ndrepta ctre suprafa asemenea unei elice
elicoidale ascendente. Inerent, oxigenul din aer se va transfera n lichid.
Diferena de densitate dintre masa de aer, ap i lichid creeaz mai
departe o curgere ascendent a masei formate, care antreneaz n micarea ei
particulele ducndu-le la suprafaa apei. Pe aceast cale bulele de aer se lipesc
de particule i le ridic la suprafa; ascensiunea particulelor este efectuat i
meninut de ctre bule. La suprafaa apei aerul circul radial, mpingnd solidele.
-
40
Solidele care plutesc sunt ndeprtate periodic prin intermediul unui mecanism
raclor care se mic n lungul suprafeei lichidului i mpinge materialul dinspre
captul de la intrarea n rezervorul de flotaie ctre captul de la ieire.
Dispozitivul raclor se mic de-a lungul ntregii limi a rezervorului i transfer
suspensiile de la suprafa ntr-o cup unghiular metalic pentru a fi depus n
canalul de descrcare a nmolului.
Canalul de descrcare a suspensiilor conine un urub orizontal spiralat
pentru a transfera mai departe elementele solide de la rezervorul de flotaie n
vasul de colectare. urubul spiralat este, de asemenea, condus de ctre o roat
dinat motoare controlat de mecanismul raclor. Apa rezidual limpezit curge
printr-o ieire imersat ntr-o camer cu deversor nainte de a fi descrcat.
Deversorul controleaz nlimea de lichid n rezervorul de flotaie pentru a
mpiedica lichidul s curg n canalul de descrcare a elementelor solide.
Conductele de recirculare cu capete deschise sunt dispuse radial de la seciunea
de aerare n lungul fundului camerei de flotaie. In plus, pentru producerea bulelor
de aer, aeratorul cavitaional creeaz aspiraie printre conducte. Acest fenomen
produce recircularea unor volume substaniale de lichid de la pardoseala
rezervorului ctre seciunea de aerare i apoi napoi ctre seciunea de flotaie.
Aceast aciune asigur o flotaie continu a coninutului rezervorului chiar i n
absena curgerii dinspre intrare.
4.5 Sedimentarea suspensiilor granulare i floculente
Sedimentarea este procesul de tratare a apei n scopul depunerii (reinerii)
particulelor din ap cu greutate specific mai mare ca apa. In scopul sedimentrii,
apa este trecut prin bazine de sedimentare sau decantare. Pentru apele uzate
procesul de sedimentare se realizeaz n :
deznisipatoare, unde se separ suspensiile granulare (nisip, particule
minerale);
decantoare primare, unde se separ suspensiile floculente constituite din
particule ce formeaz aglomeraii mari sau flocoane;
-
41
decantoare secundare, unde se rein suspensii floculente (nmol activ, pelicul
biologic), ca rezultat al epurrii biologice a apei uzate.
4.5.1 Deznisipatoare
Deznisipatoarele sunt folosite att pentru apele uzate provenite din reelele
dimensionate n sistem divizor, ct i unitar. Deznisipatoarele ce trateaz ape
uzate provenite din sistemul unitar sunt folosite numai pentru debite ce depesc
3000 m3/zi (circa 10.000 locuitori). Deznisipatoarele se amplaseaz dup grtare
i naintea separatoarelor de grsimi, decantoarelor primare sau staiei de
pompare a apei uzate, n cazul cnd aceasta intr n componena staiei de
epurare; amplasarea deznisipatoarelor dup staia de pompare se face numai n
cazul staiilor de pompare echipate cu pompe melc.
Deznipatoarele sunt de dou tipuri: orizontale i verticale, denumite astfel
dup direcia de curgere a apei n ele. Alegerea tipului de deznisipator depinde de
debitul apelor uzate, de cantitatea nisipului, de spaiul disponibil n staia de
epurare, de pierderea de sarcin admisibil prin deznisipare, de echipamentele
folosite etc. Piederea de sarcin poate varia ntre 6 i 60 cm. La deznisipatoarele
orizontale folosite ndeosebi n staiile mici de epurare (fig.4.6), meninerea vitezei
constante la variaiile de debit se realizeaz prin forma seciunii transversale
(trapez). La aceste deznisipatoare curirea nisipului se face manual, din timp n
timp prin oprirea a cte unui compartiment; n acest scop, la intrarea i ieirea din
fiecare compartiment se gsesc stvilare manevrate manual. Pentru curire se
nchid stvilarele compartimentului ce trebuie curat, se deschide vana de pe
tubul de drenaj i se evacueaz apa din deznisipator. Pentru ca la evacuarea apei
s nu fie antrenat nisipul depus, mprejurul drenului se aaz un filtru invers de
pietri. Evacuarea nisipului se face cu lopata. Apa evacuat din deznisipator este
ntoars n staie, deoarece este impurificat.
Pentru inmagazinarea nisipului acumulat ntre dou curiri, se las un
spaiu corespunztor n funcie de cantitatea de nisip ce se presupune c se
acumuleaz. Uscarea i depozitarea temporar a nisipului evacuat se face pe
platforme betonate, aezate lng deznisipator, apa rezultat fiind, de asemenea,
-
42
napoiat n staia de epurare. Viteza de sedimentare vs a particulelor de diferite
dimensiuni sunt date n tabelul 4.3, pentru temperatura de 150 C /8/.
Fig. 4.6 Deznisipator orizontal cu curire manual
1-spaiu pentru acumularea nisipului ntre dou curiri;
2-filtru invers; 3-dren; 4-stvilar; 5-van
Tabelul 4.3
Viteze de sedimentare vs (mm/s), n funcie de
diametrul granulelor
Diametrul granulei
(mm)
1,0 0,5 0,2 0,1 0,05 0,01 0,005
Nisip (=2,65 tf/m3) 140 72 23 7 1,7 0,08 0,02
Crbune (=1,6 tf/m3) 42 21 7 2 0,4 0,02 0,0004
Solide din apele uzate
oreneti (=1,20 tf/m3)
34 17 5 0,8 0,2 0,008 0,002
In general se conteaz c n deznisipatoare se rein particule de nisip cu
dimensiuni mai mici ca 0,20 mm, pn la maximum 1,00 mm.
In afar de viteza de sedimentare, mai sunt nc dou viteze semnificative
legate de eficiena deznisipatoarelor /8/:
viteza orizontal vo cu care apa uzat se mic n bazin;
viteza de antrenare critic vcr a depunerilor de pe radierul bazinului.
-
43
Viteza orizontal cu care se mic apa uzat n bazin trebuie s fie mai
mic sau egal cu viteza critic, pentru care sunt antrenate substanele organice
depuse pe radier, nu ns i sedimentele.
Vitezele critice care pot fi luate n calcul ca viteze orizontale sunt date n
tabelul 4.4.
nlimea util a deznisipatorului se determin cu relaia:
hu = vo t 60 (4.6)
volumul de nisip se determin ca la deznisipatoarele orizontale;
Tabel 4.4
Viteze orizontale vo (mm/s) n funcie de
diametrul granulelor
Diametrul granulei
(mm)
1,0 0,5 0,2 0,1 0,05 0,01 0,005
Nisip (=2,65 tf/m3) 410 300 190 130 90 41 30
Crbune (=1,6 tf/m3) 230 160 100 70 50 23 16
Solide din apele uzate
oreneti (=1,20 tf/m3)
180 130 80 55 40 18 13
nlimea total a deznisipatorului este:
H = hu + hd + hc + hs (4.7)
n care:
hu nlimea util a deznisipatorului;
hd nlimea stratului de depunere n partea cilindric;
hc nlimea conului de baz;
hs - nlimea de siguran (0,003 0,5 m).
-
44
4.5.2 Decantoare
In decantoare pot fi reinute suspensiile floculente din apele uzate. Dup
direcia de curgere a apei uzate i dup felul de alctuire tehnologic,
decantoarele pot fi /8/ :
decantoare orizontale longitudinale, n care sunt incluse i jgheaburile de
decantare ale decantoarelor cu etaj (Imhoff) i partea de decantoare a foselor
septice;
decantoare orizontale radiale;
decantoare verticale.
Dup amplasarea lor n schema staiei de epurare se deosebesc :
decantoare primare, amplasate nainte de instalaiile de epurare biologic;
decantoare secundare, amplasate dup instalaiile de epurare biologic.
Elementele constitutive i de proiectare a decantoarelor primare sunt n
bun parte valabile i pentru decantoarele secundare. Parametrii care intervin la
proiectarea decantoarelor sunt:
viteza orizontal de curgere a apei;
viteza de sedimentare, numit i ncrcarea superficial;
timpul de decantare.
Vitezele orizontale vo i verticale vv, precum i timpii de decantare
recomandai sunt dai n tabelul 4.5.
Timpii de decantare variaz n raport cu caracteristicile apelor uzate
(coninutul de substane toxice, ape industriale n cantitate mare, ape de ploaie),
modul de tratare ulterioar, emisarul sau folosinele posibile ale apei decantate
etc. In STAS 4162-74 se indic 1,5 ore pentru apele uzate ce conin o cantitate de
suspensii mai mare de 200 mgf/dm3 i 1 or pentru cantiti mai mici.
-
45
Tabelul 4.5
Viteza de curgere a apei n decantoare vo i vv i
timpii de decantare
Tip de decantor Tmpul de
decantare td
(ore)
Viteza maxim de scurgere a apei
(mm/s)
Decantoare
orizontale vo verticale vv
Decantoare primare 1,5 10,0 0,7
Decantoare secundare :
dup filtre biologice de mic
ncrcare
1,0
5,0
0,5
dup filtre biologice de mare
ncrcare
1,5
5,0
0,5
dup bazine cu nmol activ de
mic ncrcare
1,5
5,0
0,5
dup bazine cu nmol activ de
mic ncrcare
1,0
5,0
0,5
Vitezele de sedimentare vs sau ncrcrile superficiale conform STAS
4162-74 n funcie de eficien i concentraia n substane n suspensie c a apelor
uzate sunt date n tabelul 4.6. Vitezele de sedimentare variaz n funcie de
factorii menionai la vitezele de curgere a apei n decantoare.
Tabelul 4.6
Viteze de sedimentare n decantoare vs
Reducerea
suspensiilor n
decantor
Viteze de sedimentare vs (m/h) (ncrcare superficial,
m3/m2 i h)
c 200
(mgf/dm3)
200 c 300
(mgf/dm3)
c 300
(mgf/dm3)
40 45% 2,3 2,7 3,0
45 50% 1,8 2,3 2,6
50 55% 1,2 1,5 1,9
55 60% 0,7 1,1 1,5
-
46
Una din condiiile importante ce trebuie asigurat decantoarelor n vederea
obinerii unei bune eficiene este realizarea unor dispozitive de intrare a apei n
decantoare, ct mai adecvate n vederea distribuirii curenilor de ap ct mai
uniform n bazin, n toate direciile. In acest sens, la decantoarele orizontale
longitudinale se folosesc perei seminecai, perei gurii, deflectoare. La
decantoarele orizontale radiale sau verticale, apa trebuie s ptrund n bazin la o
adncime, fa de nivelul apei, de cel puin 1,80 m i fa de radier de 1,50 m. De
asemenea, ieirea apei din decantoare trebuie s fie ct mai uniform. Muchia
superioar a jgheabului n care se colecteaz apa decantat este amenajat n
form de deversor continuu sau secionat (de obicei crestturi triunghiulare cu
distane ntre centre de 30 cm).
4.5.2.1 Decantoare orizontale rectangulare
Decantoarele orizontale rectangulare (fig.4.7) sunt folosite n cazul n
care spaiul disponibil permite amplasarea lor. Echipamentul lor cuprinde un
dispozitiv de repartizare a apei, un raclor pentru nmoluri, colector a elementelor
decantate. Colectarea nmolurilor se face fie cu pod raclor, fie cu racloare cu lan
ctre fosele de nmol prevzute cu vane de evacuare (fig.4.8).
Pentru proiectarea decantoarelor orizontale longitudinale (STAS-4162-74):
se aleg pentru cantitatea de suspensii din apa uzat c dat prin tem i
reducerea necesar, ncrcarea superficial vs, timpul de decantare td i viteza
orizontal vo.
volumul de decantare rezult din relaia:
Vdec = Qc td (4.8)
seciunea orizontal rezult din relaia:
s
co
v
QA (4.9)
seciunea transversal rezult din relaia:
o
ctr
v
QA (4.10)
-
47
Fig. 4.7 Decantoare orizontale - rectangulare:
a-cu o singur plnie; b-cu plnii multiple; c-cu plnie tronconic i raclei pe cablu; d-cu pod
raclor; e-cu plnie paralelipipedic i raclei pe cablu;
1-dispozitive de colectare i evacuare a nmolurilor; 2-fose de colectare a nmolului
nlimea medie a decantorului rezult din relaia:
hu = vs td (4.11)
lungimea decantorului se stabilete cu relaia:
L = vo td (4.12)
Se verific n acelai timp dac este respectat relaia:
4b1 L 10b1 (4.13)
n care b1 este limea decantorului (fig.4.8).
Se stabilete numrul de decantoare, respectiv limea lor.
Volumul de nmol depus ntr-o zi se determin cu relaia:
-
48
pQc
rV zi
n
sd
100
100max
(4.14)
n care:
rs procentul de reducere a suspensiilor;
n greutatea specific a nmolului egal cu 1,1 1,2 tf/m3 pentru
umiditatea nmolului de 95%;
p umiditatea nmolului decantat, 95%;
c concentraia iniial a depunerilor.
Inlimea total a decantorului se determin cu relaia:
H = hu + hd + hn + hs (4.15)
n care:
hu nlimea zonei utile de decantare care trebuie s satisfac relaia:
2510
Lh
Lu (4.16)
hd nlimea zonei de depunere a nmolului (0,20,5 m);
hn - nlimea zonei neutre (0,30 m);
hs nlimea zonei de siguran (0,3 1,0 m).
-
49
Fig. 4.8 Decantor orizontal
1-dispozitiv de distribuie a apei; 2-jgheab; 3-perete seminecat;
4-deversor triunghiular; 5-jgheab de colectare; 6-pod raclor; 7-plnie colectoare de nmol.
4.5.2.2. Decantoare orizontale radiale
Decantoarele orizontale radiale (fig.4.9) au form circular n plan i
direcia orizontal de curgere a apei. Diametrele acestora sunt D = 50 30 m, iar
nlimile 4,0 2,5 m.
Accesul apei se face prin centrul decantorului, printr-o conduct al crei
capt este aezat la 20 30 cm sub nivelul apei. Distribuia uniform apei se
realizeaz printr-un perete plin de form cilindric, cufundat n ap pn la nivelul
inferior al peretelui exterior al decantorului; apa care trece pe sub acest perete se
-
50
distribuie apoi uniform n decantor. Uneori, pentru distribuia uniform a apei, se
folosesc orificii cu deflectoare, aezate pe peretele plin cilindric.
Evacuarea apei decantate se face printr-un jgheab periferic, facnd corp
comun cu peretele decantorului sau aezat la 1 2 m de acesta. Accesul apei n
rigol, n ambele cazuri, se face numai pe o singur parte i prin intermediul unui
deversor reglabil avnd crestturi n form de triunghi; n cazul jgheabului aezat
la o oarecare distan de peretele decantorului, deversorul este amplasat pe
latura dinspre perete. Pentru evitarea antrenrii substanelor plutitoare se folosesc
i aici perei semiscufundai, aezai la distana de 3 4 m de peretele deversor;
n cazul jgheabului aezat la o oarecare distan de perete, n locul peretului
semiscufundat se supranal peretele jgheabului opus deversorului.
Grsimile sunt colectate de la suprafaa apei cu o lam fixat pe podul
curitor. Colectarea nmolului depus pe radier se face cu un pod curitor.
Fig. 4.9 Decantor radial
-
51
4.5.2.3 Decantoare cu etaj
Decantoarele cu etaj (fig.4.10) au ca scop decantarea apelor uzate
(la partea superioar n jgheaburi) i fermentarea nmolului (la partea inferioar).
Se utilizeaz pentru localiti care nu depesc 20.000 locuitori (Q = 50 l/s).
Distribuia uniform a apei n decantor se realizeaz cu ajutorul unor perei
semiscufundai, aezai la distana de 0,5 0,7 m de la intrarea apei n jgheab. La
ieirea apei din jgheaburi sunt prevzute deversoare reglabile. Nmolul rezultat
din sedimentare cade la partea inferioar a camerei de decantare care are forma
unui trunchi de con.
Fig.4.10 Decantor cu dou etaje (Imhoff):
1-etajul superior pentru decantarea apei; 2-etajul inferior pentru depunerea suspensiilor; 3-fosa de
nmol; 4-dispozitiv de evacuare a nmolului;
H-adncimea decantorului; hj-nlimea jgheabului; h1-nlimea seciunii rectangulare; h2-
nlimea prii nclinate a jgheabului; h3-nlimea spaiului neutru; h4-nlimea spaiului de
siguran; hn-nlimea stratului de nmol
-
52
CAPITOLUL 5
EPURAREA MECANO-CHIMIC
5.1 Principiul epurrii mecano-chimice
n cazul staiilor de epurare cu variaii puternice a cantitilor de poluani,
cnd este necesar eliminarea fosforului, eliminarea preferenial a materiilor n
suspensie, sau n cazul unor ape uzate nebiodegradabile, se utilizeaz procedeul
de tratare a acestor ape cu reactivi de coagulare.
Coloizii care sunt particule n suspensie de dimensiuni foarte mici, ncrcai
cu sarcin electric negativ, n ape uzate oreneti, refuz s se aglomereze n
mod natural pentru a fi eliminai ntr-un decantor clasic. Pentru aceasta se
introduce o substan chimic care disperseaz n ap sub form de particule
ncrcate cu sarci electric pozitiv. Prin aceasta se neutralizeaz sarcina
electric negativ a coloizilor i acetia se pot aglomera.
Tabelul 5.1
Decantor primar fr
reactivi
Decantor primar cu
reactivi
Materii n suspensie 50 60 90
CBO5 30 50
n procesul de epurare mecano-chimic sunt cuprinse trei etape:
coagularea, flocularea i separarea prii solide de partea lichid.
5.2 Coagulani utilizai n mod obinuit n tratarea apelor uzate
Coagulanii utilizai n mod obinuit sunt:
srurile de fier, clorura feric FeCl3, sulfatul feric Fe2(SO4)3, sulfatul
feros FeSO4;
-
53
srurile de aluminiu din care cel mai des utilizat este sulfatul de aluminiu
Al2(SO4)3.
Aflarea coagulantului i a dozei acestuia se face prin ncercri de laborator.
5.3 Construcii i instalaii
5.3.1 Prepararea i dozarea coagulanilor se face ntr-o instalaie
special care difer n funcie de forma sub care se utilizeaz reactivul: uscat
sau umed.
Pentru dozare se utilizeaz aparate speciale de dozare.
5.3.2 Amestecul coagulanilor n ap uzat se face n bazine de amestec
n care amestecarea se poate realiza cu ajutorul unor perei care dirijeaz
curgerea, sau cu ajutorul unor echipamente mecanice.
5.3.3 Flocularea se realizeaz n bazine de reacie care au ca scop
formarea de flocoane. Aceste bazine se mai numesc i floculatoare. Aici se
realizeaz amestecul cu viteze suficient de mici pentru a nu distruge flocoanele
formate. Pentru a se realiza o bun floculare sunt necesare 20 40 min.
-
54
CAPITOLUL 6
EPURAREA BIOLOGICA A APELOR UZATE
Epurarea biologic este procesul prin care impuritile organice din apele
uzate sunt transformate, de ctre o cultur de microorganisme, n produi de
degradare inofensivi (CO2, H2O, alte produse) i n mas celular nou
(biomas). Cultura de microorganisme poate fi dispersat n volumul de reacie al
instalaiilor de epurare sau poate fi fixat pe un suport inert. In primul caz, cultura
de microorganisme se numete nmol activ, iar epurarea se numete biologic
cu nmol activ, iar n al doilea ca caz, cultura se dezvolt n pelicul biologic
iar epurarea se realizeaz n construcii cu filtre biologice, cu biodiscuri etc.
Nmolul activ fiind un material n suspensie, trebuie separat de efluentul epurat
prin : sedimentare, flotaie, filtrare, centrifugare etc. Cea mai aplicat metod este
separarea gravitaional (sedimentare). In cazul filmului biologic nu se pune
problema separrii acestuia de apa epurat, ntruct este fixat pe un suport. Cu
toate acestea, ca urmare a creterii biologice, se desprind des poriuni din filmul
biologic, care trebuie nlturate din apa epurat, prin sedimentare.
6.1 Epurarea biologic natural
Epurarea biologic natural se realizeaz, ndeosebi, pe cmpuri de irigare
i filtrare, filtre de nisip, iazuri de stabilizare (iazuri biologice) etc. Din punct de
vedere al ndeprtrii substanelor organice n suspensie, al bacteriilor etc.,
aceste instalaii au o mare eficacitate (90 95%). Folosirea unor astfel de
instalaii este indicat ori de cte ori este necesar s se evacueze n receptor o
ap cu un grad mare de epurare; dezavantajul unei astfel de instalaii este acela
c necesit suprafee mari.
6.1.1 Cmpuri de irigare si filtrare
Cmpurile de irigare i filtrare sunt suprafee de teren folosite fie pentru
epurare i irigare n scopuri agricole n cazul cmpurilor de irigare, fie numai
-
55
pentru epurare cazul cmpurilor de filtrare. De obicei, cmpurile de irigare sunt
asociate cu cmpurile de filtrare, ultimele fiind ndeosebi folosite n perioadele de
ploi abundente, cnd nu este nevoie de ap pentru culturi, n perioadele de
nghe, etc.
Cmpurile de irigare se recomand a fi folosite n zonele cu precipitaii
slabe, sub 600 mm/an i acolo unde ntrebuinarea substanelor fertile din apa
uzat este avantajoas din punct de vedere economic, n comparaie cu cele
artificiale /10/. Executarea cmpurilor de irigare i filtrare pentru localitile ce
depesc 10.000 de locuitori, n cele mai multe cazuri, este neeconomic.
Folosirea la irigaii a unor ape industriale uzate, indeosebi cnd substanele fertile
sunt n cantiti mari.
Apele uzate folosite la irigaii trebuie s poat furniza la 1 hectar circa 120
kg azot, 40 kg fosfor i 170 kg potasiu.
Culturile care se prefer pentru irigare sunt, n general, plantele tehnice (in,
cnep, sfecl de zahr etc.) sau cerealele (gru, porumb); de asemenea, apele
uzate sunt des folosite la irigarea punilor, pdurilor i livezilor. Nu sunt
recomandate a se iriga cu ape uzate culturile de plante care se consum crude
(roii, ridichi, salat, castravei etc.). Din punct de vedere agrotehnic, se prefer la
irigaii plante care folosesc bine att apa ct i substanele dizolvate n apele
uzate i pot suporta excese trectoare, provocate de o umiditate suplimentar;
asemenea plante sunt trifoiul i sfecla, mai puin cartoful, porumbul i cnepa.
6.1.2 Construcii i instalaii
Apele uzate brute sunt n prealabil epurate n decantoare, n care timpul de
retenie se recomand a fi cuprins ntre 1,5 i 2 ore. Nmolul depus este trimis la
bazinele de fermentare, de unde este rspndit apoi n cmp.
Din decantoare apele sunt trimise la bazinele de egalizare a debitelor, care
au scop de nmagazinare a apelor uzate n timpul iernii sau al ploilor abundente,
producndu-se i o decantare suplimentar.
In continuare, urmeaz reeaua de distribuie, care are drept scop
transportul i rspndirea apelor uzate pe parcele; se compune dintr-un canal
principal i canale de distribuie i irigaie. Canalul principal, precum i canalele de
distribuie execut nchise sau deschise, ele avnd un caracter permanent;
canalele de irigaie sunt n general, deschise i au un caracter sezonier.
-
56
Pe parcele apa se rspndete, ca n cazul apelor naturale: prin brazde, pe
suprafa, prin inundare i prin aspersiune. Alegerea unui sistem sau a altuia
depinde de natura solului, de panta terenului, de felul culturilor etc. In cazul
solurilor impermeabile se execut o reea de desecare, care const din drenuri,
canale secundare, canale principale i guri de vrsare n emisar.
La rspndirea apei uzate prin brazde i inundare este nevoie de drenaj; la
rspndirea la suprafaa terenului i la aspersiune nu este nevoie de drenaj,
deoarece se trimite ap pe msura necesarului.
Pe lng aceste construcii, mai sunt necesare i o serie de anexe care
constau din: stvilare, vane, cmine de vizitare, drumuri de acces, diguri pentru
separarea parcelelor, plantaii pentru a reduce aria de aciune a mutelor i a
mirosului etc.
6.1.3 Filtre de nisip
Filtrele de nisip sunt construcii destinate epurrii apelor uzate. Pentru
construirea unor asemenea filtre este necesar s se dispun de un sol constituit
din nisip. Apele uzate traverseaz nisipul la diferite intervale de timp, lsnd astfel
terenului timpul necesar pentru aerarea natural. In interiorul acestui strat de nisip
se petrec procese similare cu cele dintr-un filtru, n timpul crora impuritile din
apele uzate sunt ndeprtate. Filtrele de nisip pot fi utilizate pentru epurarea unor
eflueni provenii fie de la decantoarele primare, fie de la treapta de epurare
biologic.
Evacuarea apei epurate se face cu ajutorul unor drenuri realizate la baza
filtrelor.
6.1.4 Iazuri biologice (iazuri de stabilizare)
Iazurile biologice sunt bazine puin adnci, care folosesc procesele
naturale de ndeprtare din apele uzate a substanelor organice i a suspensiilor,
sub controlul parial al omului. Iazurile biologice se amenajeaz, de cele mai multe
ori, n depresiuni naturale.
Dup procedeul biologic care predomin n iaz, se pot distinge /10/:
iazuri anaerobe cu fermentare metanic predominant, ntregul volum al
bazinului fiind n stare de anaerobie. O variant a acestui tip este iazul
-
57
anaerob cu strat aerob la suprafa, n care stratul superficial este periodic n
stare de aerobie, restul volumului fiind anaerob;
iazuri facultativ anaerobe aerobe, n care au loc procese de oxidare
anaerob, oxidare aerob i fotosintez n diferite proporii. Oxigenul necesar
proceselor aerobe este furnizat de alge, prin fotosintez i este produs numai
pn la adncimea pn la care ptrund razele solare. La fundul unor
asemenea iazuri depunerile de material organic sunt stabilizate prin fenomene
de anaerobe;
iazuri aerobe de mare eficien sau de mare ncrcare, n care oxidarea i
fotosinteza sunt n echilibru, realiznd o stabilizare complet. Variante ale
iazurilor aerobe i anume iazuri cu recirculare, iazuri aerate n mod artificial,
implic sisteme constructive suplimentare.
Dintre tipurile enumerate, iazul util ntr-o anumit situaie se stabilete, n
mare msur, n funcie de natura terenului, de amplasarea lui i de performanele
pe care trebuie s le realizeze.
Unele iazuri se compartimenteaz prin diguri (pe care se poate i circula).
Taluzurile se pereaz, iar uneori radierul se impermeabilizeaz.
Se recomand accesul apei n iaz prin mai multe puncte, pentru a evita
formarea de zone moarte, respectiv zone anaerobe.
Construciile pentru evacuarea apei din iaz trebuie astfel proiectate nct s
poat descrca efluentul de la diferite niveluri.
Iazurile biologice se execut de multe ori n serie, apa circulnd dintr-un
compartiment n altul; ultimul compartiment, unde apa este epurat ntr-o
proporie destul de avansat, se populeaz cu peti.
6.2 Epurarea biologic artificial
Construciile pentru epurarea biologic natural a apelor uzate prezint o
serie de dezavantaje n comparaie cu cele artificiale i anume : suprafee mari de
construcie; dependena eficienei de epurare de natura solului, clim etc.; greuti
de exploatare n timpul iernii i n perioadele cu ploi abundente; imposibilitatea
reglrii procesului de epurare etc. De aceea s-a trecut la construirea de instalaii
-
58
de epurare artificial, dintre care cele mai importante sunt filtrele biologice i
bazinele cu nmol activ.
O caracteristic deosebit a construciilor pentru epurarea biologic
artificial a apelor uzate const n aceea c dup ele sunt amplasate ntotdeauna
decantoare secundare, care au drept scop reinerea peliculei biologice desprinse
de pe stratul filtrant din filtrele biologice sau a flocoanelor de nmol activ din
bazinele cu nmol activ.
6.2.1 Filtre biologice
In cazul filtrelor biologice, cultura de microorganisme este depus pe un
suport inert din punct de vedere biologic. Astfel, filtrele biologice sunt construcii
de epurare constituite de cuve de beton care conin un material granular de
umplutur (nisip, zgur, cocs, material ceramic, material plastic etc.) pe care se
formeaz pelicula biologic care contribuie la biooxidarea impuritilor din apa
uzat. Procesele prin care impuritile sunt transformate n biomas sunt similare
celor care au loc la epurarea cu nmol activ.
Apa cu coninut de impuriti este introdus pe la partea superioar a
stratului biologic, strabate materialul granular de umplutur pe care crete pelicula
biologic i prsete instalaia pe la partea inferioar. Intruct o singur
parcurgere a materialului de umplutur nu este, uneori, suficient pentru
asigurarea eficienei de epurare dorit, efluentul se recircul. Ca urmare a
ndeprtrii impuritilor de pe pelicula biologic, aceasta crete i se desprinde
de pe umplutur la anumite intervale de timp. Pelicula desprins se nltur din
efluentul epurat prin decantare. Filtrul biologic este urmat de un decantor
secundar.
Filtrele biologice se prezint sub forma unor spaii nchise, umplute cu
material filtrant traversat de apa uzat de sus n jos (fig.6.1).
-
59
Fig.6.1 Filtru biologic:
1-grinzi de susinere a radierului drenant; 2-radier compact; 3-radier de susinere a stratului filtrant;
4-stvilar; 5-conduct de preaplin; 6-peretele filtrului biologic; 7-rigol periferic; 8-orificii pentru
ventilaie; 9-material filtrant;
10-distribuitor rotativ
Filtrele biologice necesit suprafee de construcie mult mai mici n
comparaie cu cmpurile de irigare i filtrare (de 50 200 ori), dar au dezavantajul
c necesit diferene mari de nivel ntre intrarea i ieirea apei (3 4 m), diferene
care n majoritatea cazurilor determin executarea unei staii de pompare.
6.2.2 Tipuri de filtre biologice si caracteristici comune ale acestora
In tabelul 6.1 sunt indicate tipurile cele mai uzuale de filtre biologice i
unele caracteristici importante ale acestora. Din punct de vedere constructiv, toate
filtrele indicate n tabel au o serie de pri comune.
Tabelul 6.1
Filtre biologice
Felul filtrului biologic Alimentare Aerare Recirculare
Filtru de contact periodic natural nu
Filtru de mic ncrcare continu natural cu i fr
Filtru de mare ncrcare continu natural cu i fr
Filtru cu dou trepte continu natural cu i fr
Filtru turn continu natural nu
Filtru scufundat continu artificial nu
Aerofiltru continu artificial nu
-
60
Forma n plan depinde de tipul distribuitorului de ap uzat ales:
dreptunghiular pentru distribuitoare du-tevino i circular pentru cele
rotative.
Pereii de susinere a materialului filtrant sunt executai din beton armat, cu
grosimi de 20 30 cm; pentru dimensiuni mai mici de filtre se renun la perei,
materialul aezndu-se la taluzul natural. Pereii au drept rol i protejarea
materialului filtrant contra frigului, favoriznd tirajul necesar ventilrii filtrului.
Intre cele dou radiere, pereii au o serie de deschideri necesare ventilrii care
pot fi etanate cu stvilare.
Stratul de material filtrant este caracterizat prin natura, dimensiunile granulelor
i nlimea lui. Se poate folosi ca material filtrant zgur de cazane, cocs, roc
spart de natur diferit, crmid, materiale plastice etc.
Inlimea stratului filtrant depinde de concentraia apelor uzate i este mai
mare cu ct concentraia este mai mare.
Radierul de susinere a stratului filtrant i radierul compact creaz un spaiu
necesar ventilrii filtrului. Se execut din beton, beton armat.
Ventilarea filtrelor biologice asigur oxigenul necesar proceselor aerobe i
ndeprteaz