cartea operatorului din statiile de epurare.pdf

33
10 4 APELE UZATE ŞI INFLUENŢA LOR ASUPRA MEDIULUI NATURAL ŞI EPURAREA ACESTORA 4.1. Provenienţa apelor uzate Apele uzate provin din încărcarea apei din natură cu materiale şi substanţe care îi modifică indicatorii de calitate, o poluează. Cantităţile cele mai mari de ape uzate provin din unităţile industriale. 4.2. Influenţa asupra mediului înconjurător Receptorii folosiţi în mod obişnuit pentru evacuarea apelor uzate colectate prin reţele de canalizare sunt cursurile de apă de suprafaţă, lacurile sau marea Apele de suprafaţă sunt supuse unei impurificări proprii (autogene), provenite prin descompunerea plantelor şi animalelor moarte existente sau aduse în mod natural, precum şi impurificării datorită apelor uzate. 4.2.1. Influenţa asupra receptorului Acţiunile apelor uzate asupra receptorilor diferă după tipul acestora: ape de suprafaţă (râuri, lacuri, mări) sau soluri infiltrabile. Apele de suprafaţă suferă din partea-apelor uzate următoarele acţiuni: modificarea calităţilor fizice, prin schimbarea culorii modificarea calităţilor organoleptice (gustul şi mirosul); modificarea calităţilor chimice prin schimbarea reacţiei apei (pH-ul), creşterea conţinutului de substanţe toxice, schimbarea durităţii, reducerea cantităţii de oxigen distrugerea florei şi faunei valoroase şi favorizarea dezvoltării unor microorganisme, ca şi mărirea numărului de virusuri şi de bacterii, printre care se pot găsi şi germeni patogeni. Apele m a r i n e . Solurile infiltrabile. 4.2.2. Influenţa asupra captărilor de apă potabilă si industrială Sub influenţa apelor uzate neepurate satisfăcător, cu conţinut de substanţe organice, încep să se formeze în apa receptorului colonii mari de microorganisme, care sunt antrenate de apa râului şi apoi blochează grătarele de la intrarea prizelor de apă şi a filtrelor de la instalaţiile de apă potabilă şi industrială. 4.2.3. Influenţa asupra folosinţelor agricole şi a creşterii animalelor Apele cu un conţinut mare de acizi dizolvă substanţele nutritive din sol. 4.2.4. Influenţa asupra fondului piscicol Pentru a permite o dezvoltare normală a peştilor, apa din resursele de suprafaţă trebuie să îndeplinească anumite condiţii de calitate. Conform prevederilor STAS 4706 pentru reproducerea şi dezvoltarea salmonidelor (păstrăvilor), apa trebuie să aibă categoria I de calitate, iar pentru reproducerea şi dezvoltarea fondului piscicol natural din apele de şes, categoria a Il -a de calitate. Tabelul 4.2 Exigenţe de epurare minimale

Upload: miruna-stefanescu

Post on 17-Dec-2015

79 views

Category:

Documents


3 download

TRANSCRIPT

  • 10

    4

    APELE UZATE I INFLUENA LOR ASUPRA MEDIULUI NATURAL I EPURAREA ACESTORA

    4.1. Proveniena apelor uzate

    Apele uzate provin din ncrcarea apei din natur cu materiale i substane care i modific indicatorii de calitate, o polueaz.

    Cantitile cele mai mari de ape uzate provin din unitile industriale.

    4.2. Influena asupra mediului nconjurtor Receptorii folosii n mod obinuit pentru evacuarea apelor uzate colectate prin reele de canalizare

    sunt cursurile de ap de suprafa, lacurile sau marea Apele de suprafa sunt supuse unei impurificri proprii (autogene), provenite prin descompunerea

    plantelor i animalelor moarte existente sau aduse n mod natural, precum i impurificrii datorit apelor uzate.

    4.2.1. Influena asupra receptorului

    Aciunile apelor uzate asupra receptorilor difer dup tipul acestora: ape de suprafa (ruri, lacuri, mri) sau soluri infiltrabile.

    Apele de suprafa sufer din partea-apelor uzate urmtoarele aciuni: modificarea calitilor fizice, prin schimbarea culorii modificarea calitilor organoleptice (gustul i mirosul); modificarea calitilor chimice prin schimbarea reaciei apei (pH-ul), creterea coninutului de

    substane toxice, schimbarea duritii, reducerea cantitii de oxigen distrugerea florei i faunei valoroase i favorizarea dezvoltrii unor microorganisme, ca i mrirea

    numrului de virusuri i de bacterii, printre care se pot gsi i germeni patogeni. Apele m a r i n e .

    Solurile infiltrabile.

    4.2.2. Influena asupra captrilor de ap potabil si industrial

    Sub influena apelor uzate neepurate satisfctor, cu coninut de substane organice, ncep s se formeze n apa receptorului colonii mari de microorganisme, care sunt antrenate de apa rului i apoi blocheaz grtarele de la intrarea prizelor de ap i a filtrelor de la instalaiile de ap potabil i industrial.

    4.2.3. Influena asupra folosinelor agricole i a creterii animalelor Apele cu un coninut mare de acizi dizolv substanele nutritive din sol.

    4.2.4. Influena asupra fondului piscicol

    Pentru a permite o dezvoltare normal a petilor, apa din resursele de suprafa trebuie s ndeplineasc anumite condiii de calitate. Conform prevederilor STAS 4706 pentru reproducerea i dezvoltarea salmonidelor (pstrvilor), apa trebuie s aib categoria I de calitate, iar pentru reproducerea i dezvoltarea fondului piscicol natural din apele de es, categoria a Il-a de calitate.

    Tabelul 4.2 Exigene de epurare minimale

  • 11

    5. EPURAREA MECANIC

    Metodele de epurare mecanic asigur eliminarea din apele uzate a corpurilor mari vehiculate de acestea, a impuritilor care se depun i a celor care plutesc sau pot fi aduse n stare de plutire. Metoda este larg folosit ca epurare prealabil sau ca epurare unic (final), n funcie de gradul de epurare necesar, dup cum trebuie s fie urmat sau nu de alte trepte de epurare.

    5.1. Generaliti

    In treapta de epurare mecanic se rein suspensiile grosiere i cele fine. Pentru reinerea lor se utilizeaz grtarele, sitele, separatoarele de grsimi, deznisi-patorele i decantoarele.

    Grtarele rein corpurile i murdriile plutitoare aflate n suspensie n apele uzate (crpe, hrtii, cutii, fibre etc.).

    Sitele cu ochiuri mai mici de1 mm s-au folosit pentru epurarea mecanic a apelor uzate oreneti; si industriale, curn sunt cele de la abatoare, cresctorii de porci, fabrici de conserve de legume i fructe etc.

    Separatoarele de grsimi sau bazinele de flotare au ca scop ndeprtarea din apele uzate a uleiurilor, grsimilor i, n general, a tuturor substanelor mai uoare dect apa.

    Flotarea este folosit drept treapt suplimentar de epurare, naintea epurrii biologice, pentru epurarea apelor uzate industriale.

    Deznisipaioarele sunt indispensabile unei staii de epurare, n condiiile n care exist un sistem de canalizare unitar, deoarece nisipurile sunt aduse n special de apele de ploaie. Nisipul nu trebuie s ajung n treptele avansate ale staiei de epurare, pentru a nu aprea inconveniente, cum ar fi:

    deteriorarea instalaiilor de pompare, dificulti n funcionarea decanoarelor;

    reducerea capacitii utile a rezervoarelor de fermentare a nmolurilor i stnjenirea circulaiei nmolurilor.

    Deznisipatoarele trebuie s rein prin sedimentate particule rnai mari de 0,2 mm; n acelai timp, trebuie s se evite depunerea materialelor organice, pentru a nu se produce fermentarea lor,

    Decantoarele sunt construcii n care sedimenteaz cea mai mare parte a materiilor n suspensie din apele uzate.

  • 12

    .

    innd seama de cele de mai sus, se poate scrie relaia:

    H = VS td (5.1)

    n care: Vs este viteza de sedimentare, n m/h;

    td - durata de decantare, n h.

    n acelai timp, pentru durata de decantare, td, este valabil i relaia general dintre debit i volum:

    Q

    Vt dd (5.2)

    n care: Vd este volumul decantorului, n m3;

    Q - debitul influent decantorului, n m3/h.

    In cazul de fa, pentru Vd se poate scrie relaia:

    Vd = A H, (5.3)

    n care A este aria suprafeei de decantare. Dac se nlocuiete (5.3) n (5.2) i se ine seama de (5,1) se obine:

    0VA

    QVs (5.4)

    Vs = f(C) (5.5)

  • 13

    Valoarea vitezei de sedimentare V5 se determin experimental prin msurarea distanei pe care se deplaseaz planul de separare ap-suspensie i raportarea acestei distane la timpul n care s-a realizat deplasarea. Viteza de sedimentare se utilizeaz la calculul ariei necesare unui decantor, utilizndu-se relaia:

    A = Q/Vs (5.6)

    n care: A este suprafaa zonei de sedimentare, n m ; Q - debitul influent decantorului, n m

    3/h;

    Vs - viteza de sedimentare, n m/h.

    Raportul dintre debitul influent Q i aria suprafeei decantorului, A, ar putea reprezenta, de fapt, o vitez de curgere a apelor n decantor de jos n sus, conform relaiei:

    Vc = Q/A (5.7)

    Avand in vedere relatiile (5.6) si (5.7) rezulta:

    Vs = Q/A = Vc (5.8)

    5.3. Construcii i instalaii pentru epurarea mecanic i mecano-chimic

    Pentru realizarea epurrii mecanice se folosesc: grtarele, deznisipatoarele, separatoarele de grsimi i decantoarele, iar pentru realizarea epurrii mecano-chimice - instalaii de coagulare-floculare.

    Grtarele. Dup mrimea interspaiilor, grtarele pot fi clasificate astfel: grtare rare cu interspaii de 40-20 mm (uneori i 100 mm). Viteza de curgere a apei prin grtare

    se menine njur de 60-100 cm/s, pentru a evita depunerile; materiile reinute pe grtarele rare se ridic la 2-3 l/persoan i an. Curirea poate fi manual dar e preferabil cea mecanizat;

    grtarele dese (obinuite), cu interspaii de 6 -1 mm i chiar mai mici. Se ntrebuineaz n cazul n care staiile posed instalaii mai sensibile, care pot fi dereglate sau nfundate de corpurile plutitoare, nclinarea barelor e mult mai mic (uneori chiar nul).

    Curirea grtarelor se poate realiza manual sau mecanic. Curirea manual se folosete n cazul instaliilor mai mici, cu cantiti reduse de materii reinute. Se efectueaz cu grebla de mn, de pe o platform situat deasupra nivelului maxim al apei.

    Curirea mecanic se utilizeaz cnd cantitile de materii reinute sunt att de mari nct necesit curirea lor frecvent sau chiar continu.

  • 14

    Una dintre condiiile importante care trebuie avute n vedere la dimensionarea grtarelor este viteza de trecere a apei printre barele grtarului (max 1 m/s) i viteza de circulaie a apei prin canal (min 0,4 m/s), pentru ca, pe de o parte, corpurile plutitoare s nu fie antrenate printre barele grtarului, iar pe de alt parte, s se evite depunerile de materii n canal.

    Deznisipatoarele. Dup direcia principal a curentului de curgere, deznisipatoarele pot fi orizontale - n cele mai dese cazuri - sau verticale.

    Deznisipatoarele orizontale constau - de obicei - din dou sau mai multe canale nguste i relativ puin adnci, n care apa circul cu viteza medie de circa 0,30 m/s (0,20-0,40 m/s), avnd timpul de staionare de 0,5-1 min (fig. 5.5).

    Deznisipatoarele verticale sunt cilindrice, apa micndu-se de jos n sus cu o vitez de circa 0,02-0,05 m/s, depunerile adunndu-se jos, ntr-o ba tron-conic.

    Evacuarea mecanic a nisipului se poate realiza prin diferite dispozitive, printre care: dispozitive cu raclei i nec; dispozitive cu raclei, pomp fix sau hidroelevator pentru evacuarea nisipului; dispozitiv cu pompe mobile.

    Separatoarele de grsimi. Procedeele de reinere sunt n funcie de natura grsimilor, respectiv: grsimi libere, care au tendina de a se ridica la suprafaa apei; grsimi sau spunuri, aflate n dispersie coloidal sau sub form deemulsii, care n mod normal

    nu au tendina de a se ridica la suprafa; gudroane care au tendina de a se depune. Pentru grsimile din prima grup, procedeul se bazeaz pe micorarea vitezei de curgere a apei,

    grsimile separndu-se la suprafa, ntr-un spaiu amenajat n acest scop. Bazinele sunt, n general, de form dreptunghiular. Evacuarea grsimilor se face manual, iar apa iese prin sifonare.

    Pentru grsimile din grupa a doua, bazinele sunt formate din trei compartimente, n bazinul central se face insuflarea cu aer i separarea grsimilor, care sunt dirijate spre un jgheab colector. Apa se evacueaz n compartimentele laterale (fig. 5.7).

    Principalii parametri de proiectare pentru separatoarele de grsimi sunt: timpul de staionare: 5-10 min; cantitatea de aer: 0,2-0,8 m3 aer/m3 ap; adncimea apei: 1,20-2,75 m.

  • 15

    Un dispozitiv interesant pentru separarea grsimilor este acela care combin insuflarea de aer cu vacuumul ntreinut la suprafaa apei printr-o pomp de vacuum, n acest scop se folosete un bazin acoperit etan. Apa care trebuie epurat se preaereaz i se introduce la seminlimea bazinului. Bulele de aer care se formeaz se ridic la suprafa, antrennd cu ele materiile flotante i cele decantabile uor. Stratul de spum care se formeaz este colectat de o lam care l conduce spre gura de evacuare. Materiile decantabile se depun pe fund, de unde sunt raclate i evacuate pe la fundul bazinului.

    Decantoarele. Sunt instalaiile n care sedimenteaz cea mai mare parte a substanelor n suspensie din apele uzate.

    Dup direcia de curgere a apei, decantoarele se mpart n: oiizontale i verticale. Dup forma n plan; decantoarele pot fi: dreptunghiulare (mai rar ptrate) i circulare. In mod uzual, la noi au cptat denumirea de decantoare orizontale" decantoarele cu circulaie

    orizontal a apei i avnd forma dreptunghiular; de asemenea, se denumesc decantoare radiale" decantoarele cu circulaie orizontal a apei, dar avnd forma circular.

    Din punct de vedere al prelucrrii nmolului reinut n decantoare, acestea se pot mpri n decantoare fr spaiu de fermentare (fermentarea se face n construcii separate), sau decantoare cu etaj (Imhoff sau Emscher), care cuprind i spaiile de fermentare.

    Dup locul pe care l ocup n schema de epurare, acestea se mpart n: primare (naintea treptei biologice) i secundare (dup treapta biologic).

    Decantoarele orizontale. Sunt bazine dreptunghiulare, n care apa circul cu o vitez medie orizontal de 5-20 mm/s, avnd i o component vertical de 0,05-0,5 mm/s, timpul de staionare variind ntre 1,5 i 2 h. n fig. 5.8 se dau cteva tipuri de decantoare orizontale.

  • 16

    Colectarea depunerilor la plnia din capul amonte se face de cteva ori pe zi, pentru a mpiedica

    fermentarea lor, folosindu-se mijloace hidraulice sau mecanice.

    Decantoarele radiale. Sunt n prezent cele mai folosite pentru instalaiile mari. Sunt bazine cilindrice, cu adncimea apei de 3-4 m, care se dimensioneaz pe baza timpului de staionare (1,5-2 h) i a ncrcrii superficiale (v. STAS 4162-82). Ele reprezint un dispozitiv foarte raional, n care apa circul radial de la centru spre periferie, avnd progresiv viteze din ce n ce mai mici; pe msur*ce scad i dimensiunile particulelor care urmeaz a se depune (fig. 5.10).

    Curirea depunerilor se face printr-un pod raclor rulant, cu rzuitoare de fund, care conduce nmolul spre baa central, de unde este evacuat prin pompare. Micarea podului este continu sau intermitent. Mecanismul de comand a raclorului poate fi central sau periferic.

  • 17

    __ admisia i distribuia uniform a circulaiei apei n decantor; evacuarea uniform a apei decantate; colectarea i evacuarea continu a spumei de pe suprafaa apei din decantor;

    colectarea i evacuarea, preferabil continu, a nmolului depus pe rundul decantorului;

    golirea periodic i punerea la uscat a instalaiei pentru revizie i reparaii.

    Instalaiile de coagulare-floculare. Epurarea mecancchimic se realizeaz n construcii pentru dozarea i prepararea reactivilor i pentru flocularea suspensiilor, n cadrul epurrii mecano-chimice se folosesc reactivi pentru ndeprtarea prin coagulare i floculare a materialelor fin dispersate i a celor coloidale.

    O suspensie coloidal este format din particule extrem de mici, care posed la suprafa o anumit ncrcare electric. Aceste ncrcri electrice induc o for de respingere ntre particulele vecine, ceea ce explic marea stabilitate a acestor suspensii. Dac printr-un mijloc oarecare, ca de pild modificarea pK-ul\ii sau introducerea unui coloid de sarcin electric contrar, se reuete s se anuleze sau s se reduc parial sarcinile electrice ale particulelor din apa de epurat, aceste particule se aglomereaz i formeaz precipitate

  • 18

    relativ voluminoase (flocoane), capabile s decanteze rapid. Efectul este nc mai rapid, dac se introduce i o agitare a lichidului. Alegerea coagulantului optim pentru o anumit ap ce trebuie epurat se determin pe baza cercetrilor de laborator.

    Agenii de precipitare cei mai larg folosii pentru efluenii urbani sunt sulfatul feros i clorura feric. Dozele uzuale de coagulani folosii sunt de circa 35 g/m3 ap pentru clorura feric i circa 55 g/m3 ap pentru sulfatul feros, putnd varia de la caz la caz. Sulfatul feros acioneaz la un pH. cuprins ntre 6 i 7 (uneori chiar 5); clorura feric, dimpotriv, la pH alcalin.

    In unele situaii, flocularea i precipitarea sunt mult ngreunate de variaiile pH-ului, de temperatura sczut a apei sau de faptul c flocoanele rezultate sunt foarte uoare i se depun greu. n asemenea cazuri, un bun factor de activare a floculrii este silicea activ, care n sine nu este un floculant, ci un element care ajut la neutralizarea sarcinilor electrice i obinerea unui precipitat mai compact.

    Folosirea coagulanilor produce n decantoare un volum de nmol de 2-3 ori mai mare dect cel de la decantoarele fr coagulant.

    Procedeul tratrii chimice se nscrie ca eficien ntre decantare simpl i epurare biologic. Prin adugarea procedeului dezinfectrii se poate atinge, uneori, eficiena treptei biologice.

    5.4. Utilizarea floculanilor n procesul de epurare a apelor

    5.4.1. Elemente teoretice

    Limpezirea apelor uzate sau a celor parial epurate a fost i rmne o problem deosebit de important. Una din treptele eseniale ale staiilor de epurare a apelor o constituie treapta mecanic, n care sunt ndeprtate materiile n suspensie. Cnd dimensiunile materiilor n suspensie n mediul apos sunt foarte mici, ntre l mm i l n, acestea formeaz dispersii stabile (coloizi) care nu se separ gravitaional.

    Aa cum s-a artat, tratarea soluiilor coloidale cu sruri de aluminiu sau cu sruri ale altor metale polivalente (denumite electrolii anorganici) permite eliminarea cu succes a particulelor electronegative cu

    dimensiuni ntre l mm i l , dar nu i a fraciei de particule foarte fine, cu dimensiuni sub l u.. Fracia de particule foarte fine poate fi eliminat numai prin utilizarea unui polielectrolit organic (floculant) n acelai timp cu coagulantul anorganic, n acest caz, polielectrolitul organic a fost denumit adjuvant de coagulare.

    5.4.2. Elemente practice

    Coagularea d rezultate bune cnd sunt respectai urmtorii parametri de proces: doza optim de coagulant (ce se stabilete experimental, n funcie de coninutul de materie n suspensie,

    de substane organice dizolvate, de tria ionic a apei);

  • 19

    asigurarea pH-ului optim de precipitare a coagulantului (n cazul sulfatului de aluminiu, pH-ul optim teoretic este de 5,3-5,8; practic, ns, poate fi mai mare, depinznd de caracteristicile apei de tratat). i acest parametru trebuie stabilit experimental.

    Succesul floculrii este dependent, de asemenea, de respectarea unor elemente eseniale, i anume: selecia floculantului; utilizarea dozei optime din punct de vedere tehnico-economic; respectarea tehnologiei de utilizare. Selecia floculantului. Aa cum s-a menionat, floculanii utilizai n prezent sunt polimeri organici,

    care din punct de vedere al ncrcrii electrice sunt: anionici, cationici, neionici.

    In cazul epurrii apelor uzate, se utilizeaz, n general, polimeri cationici sau neionici. In cazul tratrii nmolurilor din staia de epurare, se utilizeaz, cu predilecie, polimeri cationici. La selecia floculanilor trebuie inut seama i de faptul c muli dintre acetia nu sunt activi la

    temperaturi joase ale apei (sub 10... 15 C).

    De asemenea, trebuie inut cont c n timp polimerii se inactiveaz, deci furnizorul trebuie s precizeze data de fabricaie a produsului i timpul la care ncepe inactivarea.

    Utilizarea dozei optime din punct de vedere tehnico-economic. Doza optim tehnico-economic este doza minim cu efecte favorabile maxime i pentru fiecare tip de ap se stabilete n mod experimental.

    Atunci cnd floculantul se utilizeaz ca adjuvant de coagulare, dozele corect stabilite permit:

    reducerea cu 20-50% a necesarului de coagulant fa de folosirea singular, cu obinerea unei caliti superioare a apei tratate, determinat de o remanent mult diminuat a ionului A13+ n apa tratat (care n cazul apei potabile este de mare importan, deoarece aluminiului i se atribuie apariia bolilor gastrice - ulcer, la consumatori);

    utilizarea unor doze foarte mici de adjuvant de coagulare (0,1-3 mg/1), paralel cu scderea dozei de agent de coagulare, determin costuri ale reactivilor egale sau mai sczute dect n varianta clasic;

    formarea de nmoluri cu caracteristici de decantare sau filtrabilitate mult mbuntite. Cnd floculantul se utilizeaz la tratarea nmolurilor din staia de epurare, se obin efecte ca: reducerea pn la eliminarea complet a utilizrii srurilor anorganice, pentru condiionare-

    ingroare; eliminarea unui procent mai mare de ap din nmol, la ngroare; obinerea unui nmol ngroat, cu caracteristici de filtrabilitate mult mbuntite.

    Respectarea tehnologiei de utilizare a floculantului. Tehnologia de utilizare cuprinde:

    dizolvarea i/sau diluarea la concentraia de utilizare, de 0,1-0,5%, exprimat n substan activ; modul de adugare n apa de tratat (continuu sau n arje); ordinea adugrii, atunci cnd se utilizeaz ca adjuvant de coagulare; condiiile de amestec i reacie, respectiv de decantare sau filtrare. Toate aceste elemente fie sunt

    precizate de furnizorul de produs, fie se stabilesc n mod experimental, cu excepia condiiilor de dizolvare, care trebuie specificate n fia produsului.

    In multe cazuri, utilizarea industrial a floculanilor a dus la eecuri din cauza neasigurrii unuia dintre parametrii tehnologiei de utilizare.

    6. EPURAREA BIOLOGIC

    Epurarea biologic este procesul tehnologic prin care impuritile rganice din apele_uzae sun transformate de ctre o cultur de microrganisme, n produi de degradare inofensivi (CO2, H2O, alte produse) i n masa 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 se cheam, generic, "nmol activ'', iar epurarea se numeste biologica cu nmol activ. In al doilea caz, cultura se dezvolt n film (pelicul) biologic, iar epurarea se realizeaz, n construcii cu filtre biologice, cu biodiscuri etc. Namolul activ fiind un material in suspensie, trebuie separat de efluentul epurat prin: sedimentare, flotatie, filtrare, centrirugare etc. Cea

    mai aplicata metod este separarea gravitaional (sedimentarea). 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.

  • 20

    Rolul principal n epurarea biologic este deinut de bacterii. Aceste microorganisime care consurn substanele organice din apele uzate pot trai in prezena sau n absena oxigenului (obligat aerobe, facultativ aerobe i obligat anaerobe). In funcie, deci, de necesarul de oxigen, procesul de epurare poate fi: aerob sau anaerob. Procesul aerob se utilizeaz cu prioritate la ndeprtarea poluanilor din apele uzate, pe cnd cel anaerob la prelucrarea namolurilor.

    In strns asociere cu bacteriile, in procesele aerobe triesc protozoare (ciliate, flagelate), metazoare (rotiferi, nematode) i ciuperci sau fungi. Aceste asociaii de microorganisme se numesc biocenoze. Dei biocenozele sunt formate aproximativ din aceleai microorganisme, au totui un caracter specific pentru fiecare proces de epurare.

    6.1. Metabolismul bacterian

    Epurarea biologic se realizeaz ca urmare a metabolismului bacterian. Metabolismul bacterian reprezint totalitatea proceselor implicate n activitatea biologic a unei celule, prin intermediul crora energia i elementele nutritive sunt preluate din mediul nconjurtor i utilizate pentru biosintez i cretere, ca i pentru alte activiti fiziologice secundare (mobilitate, lumimscen etc.). In urma acestor procese, substanele din mediu (elementele nutritive) sunt transformate n constitueni celulari, energie i produse de uzur.

    Una dintre caracteristicile distinctive ale activitii metabolice bacteriene este intensitatea ei excepional, comparativ cu aceea a activitilor omoloage ale organismelor superioare. Astfel, activitatea respiratorie a unui gram (exprimat ca substan uscat) de bacterii aerobe este de cteva sute de ori mai intens dect cea a omului, iar potenialul metabolic al microorganismelor din cei 25 cm superficiali ai solului de pe o suprafa de l ha este echivalent cu acela al ctorva zeci de mii de oameni. Aceste date ilustreaz capacitatea imens a acestor vieuitoare, caracterizate, n plus, printr-o aptitudine cu totul deosebit de a supravieui n condiii de via foarte variate. Pentru a atinge un astfel de nivel metabolic, organismul uman ar avea nevoie de mai multe mii de tone de alimente pe or. O atare intensitate a activitii metabolice, puin comun n lumea vie, este posibil n bun parte datorit suprafeei foarte mari a celulelor microbiene n raport cu greutatea lor. Ca urmare, aceste organisme au o suprafa foarte larg de contact cu mediul nconjurtor, deci de schimb de substane ntre celuia i mediu. Pe de alt parte, ar exista n natur o regul conform creia viteza metabolismului de care depinde viteza de cretere ar fi invers proporional cu mrimea organismului. Ca atare, cu ct corpul unui organism este mai mic, cu att metabolismul su este mai intens i creterea sa mai rapid.

    Excepionala vitez de cretere a bacteriilor reprezint un avantaj important pentru supravieuirea populaiilor bacteriene n natur i, n acelai timp, constituie factorul principal care condiioneaz dimensiunile mici ale celulei bacteriene.

    Considerate n ansamblu, bacteriile i pot realiza metabolismul utiliznd practic numeroasele i diferitele surse de substane nutritive de la azot molecular, bioxid de carbon, sulf i pn la substanele organice complexe. Aproape orice substan din mediu, organic sau anorganic, din care se poate obine energie, este accesibil metabolismului bacterian. Exist microorganisme, care pentru sinteza constituenilor celulari pot folosi substane lipsite de orice nrudire structural cu componentele chimice ale celulei, sau care sunt chiar toxice, substane i materiale care acoper o gam larg de structuri chimice, ncepnd de ia acizii formic. acetic, oxalic i sulfuric i pn la fenoli, asfalt, parafine, hidrocarburi din petrol, chitin, piele, cauciuc, lemn, substane antibiotice. Aceast capacitate a microorganismelor de a metaboliza cei mai diveri produi explic i faptul c diferitele substane organice provenite din materiile reziduale i din cadavre au fost degradate nc de la apariia vieii pe pmnt i astfel nu s-au putut acumula.

    Reaciile biochimice metabolice sunt condiionate de prezena n mediul natural sau n mediile de cultur artificiale a tuturor materialelor necesare pentru sinteza constituenilor celulari i pentru obinerea energiei. Aadar, n mediile uzuale de cultur trebuie s se gseasc, n primul rnd, surse de C, H, O, N, P, S - apoi n cantiti mai mici - surse de K, Mg, Mn, Na, Ca, Fe, Cl-, SO4

    2- , PO4

    3- i, n sfrit, n concentraii

    infime Zn, Co, Mo, aa-numiteie oligoelemente, indispensabile activitii metabolismului bacterian.

    Procesele de dezasimilaie. Energia necesar reaciilor de biosintez a constituenilor celulari se obine n procesul de dezasimilaie. Eliberarea de energie se realizeaz n trei faze distincte.

    In prima faz a degradrii, macromoleculele de origine biologic sunt descompuse la unitile lor de construcie: proteinele la aminoacizi, grsimile la glicerina i acizi grai, iar glucidele la hexoze, pentoze etc. n aceast faz se elibereaz mai puin de 1% din energia total a macromoleculelor. Aceast energie se pierde n mare parte sub form de cldur.

  • 21

    In faza a doua, moleculele rezultate din degradarea efectuat n faza precedent sunt transformate mai departe n ali produi, cu formare de CO2 i H2O. Se elibereaz n aceast faz circa o treime din ntreaga energie coninut n substanele nutritive.

    Cea de a treia faz a procesului de eliberare a energiei se realizeaz pe dou ci: o cale prin care substanele nutritive sunt descompuse integral la CO2 i H2O i n care se elibereaz o

    cantitate mare de energie;

    o a doua cale, prin care substanele nutritive sunt descompuse numai parial, formndu-se o mulime de produi intermediari (numii produi de fermentaie); eliberarea de energie n acest caz este mult mai slab.

    Toate procesele de degradare (de dezasimilaie) au loc n urma unor reacii de oxidoreducere.

    Procesele de asimilaie. Asimilaia este procesul prin care materialul nutritiv de natur exogen (din exteriorul celulei), de fapt produii simpli derivai din el n procesul de dezasimilaie sunt ncorporai n substana proprie a unui organism, ncorporarea se realizeaz printr-o serie de reacii biochimice, n conformitate cu informaiile nscrise n codul genetic al fiecrei specii.

    Asimilatia reprezint, din punct de vedere biologic, elaborarea prin biosintez a unui compus asemntor cu o structur dat i care este caracteristic respectivului organism. Asimilaia se realizeaz prin asamblarea unui numr mic de blocuri de construcie (produi simpli ai procesului de dezasimilaie), repre-zentate de aminoacizi i baze nucleice - comune tuturor fiinelor vii - n macromoleculele cu caracter specific (proteine, acizi nucleici etc.). Acest proces de asimilaie, de sintez a macromoleculelor, este posibil

    datorit unor enzime specifice i datorit prezenei n celula vie a materialului genetic - purttor al informaiei ereditare - care joac rolul de model sau de tipar n biosintez.

    Reaciile implicate n metabolismul celular sunt coordonate de un mare numr de sisteme enzimatice, care catalizeaz toate transformrile ce au loc n procesele de dezasimilaie i asimilaie. Natura, cantitatea i activitatea acestor enzime sunt reglate n aa fel nct s asigure celulelor bacteriene un echilibru stabil sub raportul conservrii caracterelor specifice, dar n acelai timp, suficient de suplu i de dinamic pentru a le permite o adaptare continu la condiiile schimbtoare ale mediului.

    Fiecare enzim are o temperatur optim de activitate; sub aceast temperatur, reacia se desiaoar ncet; peste aceasta, poate aprea inactivitatea termic a enzimei, datorit degradrii structurii proteice a acesteia.

    Mediul prea acid sau prea bazic (de fapt pH-ul) poate inactiva reaciile catalizate de enzime. Enzimele mai pot fi inactivate i de urmtorii factori: agitare mecanic violent, ultrasunete, radiaii,

    metale grele (Fe, Mg, Ag, Cu), cianuri, ageni oxidani etc. Totodat, concentraiile prea mari de substane nutritive prezente n mediul de cretere

    conduc la inactivarea enzimelor.

    6.2. Creterea i multiplicarea celular

    Creterea unui microorganism se realizeaz prin depunerea uni, bi i tridimensional de substan nou, ceea ce determin mrirea unui individ (celul) n sensul celor trei dimensiuni.

    Creterea unei celule nu se face la infinit, ci se ntrerupe la un moment dat, cnd se produce diviziunea i are loc multiplicarea. Iniial, s-a crezut c ncetarea creterii ar fi rezultatul unor factori interni, controlai genetic, iar diviziunea ar fi rezultatul unor modificri ale raportului dintre masa citoplasmei i aceea a substanei nucleului.

    Se admite azi, c activitatea normal a unei celule este condiionat de existena unui anumit raport ntre volumul celulei care l consum i suprafaa ei, prin care se face adsorbia substanelor nutritive i eliminarea produilor de degradare (de uzur). Atunci cnd disproporia suprafa-volum atinge un punct critic, raportul lor adevrat se restabilete prin diviziunea celulei ajuns la limita ei de cretere.

    Intruct n procesul de epurare biologic creterea i multiplicarea bacteriilor sunt de importan deosebit, n continuare sunt prezentate aspecte legate de aceasta.

    In cazul n care condiiile de mediu sunt optime, creterea bacterian este un proces rapid; celula se multiplic n dou, procesul decurgnd n continuare logaritmic, cele dou celule formate simultan crescnd pn la o nou diviziune. Timpul unei generaii, adic perioada necesar pentru ca o populaie bacterian s-i dubleze numrul de indivizi poate fi pentru multe bacterii implicate n epurarea apelor destul de scurt, de 15-20 min. S-a calculat c n 48 de ore o celul ar putea da natere la 2144 celule cu o greutate de 21028t, deci de 4000 de ori mai mare dect greutatea pmntului, n realitate, creterea microorganismelor este restrns n

  • 22

    mod considerabil de unii factori principali: scderea pn la epuizare a substanelor nutritive necesare sintezei, acumularea n mediu a produilor de metabolism toxici, schimbrile de pH etc.

    Dac ntr-un volum limitat de soluie nutritiv se introduc cteva bacterii cu capacitate de multiplicare (inocul), iar cultura este meninut n condiii constante, creterea bacteriilor va urma aceeai cale pentru toate tipurile de bacterii, reprezentat prin aa-numita curb de cretere (fig. 6.2).

    In condiii experimentale procesul este bine cunoscut i evolueaz ntr-o serie de faze succesive. Faza de laten (de lag) este cuprins ntre momentul introducerii celulelor n mediu (nsmnare)

    i momentul n care ele ncep s se multiplice. Aceast faz apare ca o perioad de adaptare la condiiile noi de cultur, n care bacteriile viabile din inocul i acumuleaz n celul metaboliii eseniali i sistemele enzimatice necesare creterii, n cazul n care aceste componente biochimice le lipseau datorit condiiilor de via anterioare nsmnrii.

    Faza de multiplicare sau de cretere logaritmic este caracterizat prin aceea c dup o scurt perioad (circa 2h) de accelerare a ritmului de cretere, n care multiplicarea se produce cu o vitez progresiv mrit, acest ritm devine constant i caracteristic, pentru un organism dat, n anumite condiii de cultur, durata unei generaii fiind minim.

    In condiii ideale de cretere i multiplicare, cantitatea de materie vie crete n funcie de timp dup o progresie geometric, adic se multiplic cu un factor constant la fiecare unitate de timp. Dei tipic pentru bacterii, capacitatea de cretere exponenial se manifest ca atare numai o scurt perioad de timp, att n natur ct i n condiii artificiale de laborator. Dup un timp relativ scurt, tendina de multiplicare scade progresiv, datorit epuizrii substanelor nutritive din mediu i a acumulrii n el a produselor de dezasimilaie n concentraii cu efect inhibitor.

    Faza staionar urmeaz unei scurte perioade (de circa 2h) n care multiplicarea nu se mai produce n progresie geometric, ci ntr-un ritm care scade progresiv, n aceast faz, numrul celulelor viabile este maxim i rmne constant o perioad de timp care dureaz de la cteva ore la cteva zile, n funcie de sensibilitatea bacteriilor la condiiile defavorabile de mediu.

    Faza de declin corespunde unei scderi progresive a numrului celulelor viabile, mergnd pn la absena lor n cultur. La un moment dat, numrul bacteriilor viabile scade n progresie geometric n raport cu timpul, datorit morii unui numr foarte mare de celule. Uneori, celulele viabile pot persista cteva luni, multiplicndu-se lent, pe seama substanelor nutritive eliberate ca urmare a distrugerii celulelor moarte.

    Spre deosebire de organismele superioare, la care abolirea pentru o perioad relativ scurt a funciilor biologice i a capacitii de reproducere a celulelor componente determin fenomene de degradare cu caracter ireversibil, care determin moartea, la bacterii activitile biologice pot fi parial sau total suspendate pentru perioade foarte ndelungate, fr ca aceasta s provoace moartea celulelor.

    6.3. Epurarea biologic aerob

  • 23

    Procesul de epurare aerob are loc astfel (fig.6.3): substanele organice din apele uzate sunt adsorbite si concentrate la suprafaa bjiomasei; aici, prin activitatea enzimelor eliberate de celul (exoenzimele), substanele organice sunt descompuse n uniti mai mici, care ptrund n celula microorganismelor, unde sunt metabolizate: prin metabolizare se obin produi de descompunere (CO2, H2O etc.), energie i material celular nou.

    Procesele n mediu aerob conduc la oxidarea complet a substanelor organice, pn la CO2 i H2O, eliberndu-se astfel importante cantiti de energie. De exemplu, la oxidarea glucozei conform reaciei:

    C6H12O6 CO2+H2O

    Epurarea biologic aerob se poate realiza att n bazine cu nmol activ (bazine de aerare, iazuri biologice etc.) ct i n bazine cu film biologic (filtre biologice, biodiscuri etc.).

    +

    6.3.1. Biodegradabilitate i tratabilitate

    Pentru ca impuritile coninute ntr-o ap uzat s poat fi ndeprtate prin epurare biologica, acestea trebuie s fie biodegradabile. Apa uzat care conine impuriti biodegradabile este tratabil biologic.

    Biodegradabilitatea unei substane este., deci, calitatea acesteia de a fi degradat prin procedee de

    oxidare biologic (biooxidare). Apele uzate menajere conin suficiente cantiti de substane nutritive (glucide, proteine, lipide i

    derivai ai acestora), factori de cretere, sruri minerale, pentru a constitui un mediu adecvat dezvoltrii i mutiplicrii microorganismelor nmolului activ i filmelor biologice.

    Apele uzate industriale cu coninut de substane organice, de cele mai multe ori de sintez, trebuie abordate cu mult atenie din acest punct de vedere; ele conin, de cele mai multe ori, substane ce nu se degradeaz biologic, mai mult, chiar toxice pentru cultura de microorganisme.

    ..

    Tratabilitatea unei ape uzate reprezint capacitatea acesteia de a-sj micora complexitatea i numarul componenilor organici, datorit aciunii microorganismelor prezente n instalaiile de epurare; in acelai timp este necesar cabiomasa sa se dezvolte ca urmare a proceselor de asimilare. Apele uzate care conin compui degradabili se numesc tratabile biologic.

    Tratabilitatea apelor uzate poate fi exprimat prin ndeprtarea substanelor organice totale din ap sau prin ndeprtarea substanelor asimilabile; n acelasi timp, concentartia materiilor in suspensie da indicatii asupra cresterii biomasei.

    Pot fi considerate ape tratabile biologic, in sensul definiiei de mai sus, apele uzate care n timpul trecerii prin instalaiile de epurare corect dimensionate permit ndeprtarea substanelor organice totale (CCO) n procente de 60-90%: iar a substanelor asimilabile (CBO5) n procente de 80-98%.

    6.3.2. Exprimarea cantitativ a coninutului de impuriti din apele uzate

    In general, pentru uzul curent al determinrilor cantitative de substane organice din apele naturale, apele uzate, efluenii epurai se folosesc urmtoarele metode: consumul chimic de oxigen (CCO), consumul biochimic de oxigen (CBO) i carbonul organic total (COT).

  • 24

    Consumul chimic de oxigen, CCO-ul, este un indicator care exprim n mod indirect coninutul materialului organic al unei soluii (ape uzate), prin intermediul oxigenului echivalent necesar oxidrii chimice al acestuia.

    Consumul biochimic de oxigen, CBO, este un indicator care exprim, n mod indirect, cantitatea de material organic existent n apa uzat prin intermediul oxigenului necesar oxidrii biochimice a acestuia.

    Consumul biochimic de oxigen (CBO) este o nsumare a oxigenului necesar urmtoarelor procese: oxidarea carbonului i a hidrogenului din substanele organice folosite ca surs de hran de ctre

    microorganismele aerobe (CBO-C);

    oxidarea azotului din azotii, amoniac i substane organice cu azot, care servete ca surs de hran pentru bacterii specifice, de exemplu pentru Nitrosomonas i Nitrobacter (CBO-N);

    oxidarea unor substane reductoare (ioni feroi, sulfii, sulfuri etc.), care reacioneaz chimic cu oxigenul molecular dizolvat.

    In general, la apele uzate brute, procesul de nitrificare (oxidarea biochimic a azotului din diferite surse coninnd acest element) ncepe ntre a cincea i a aptea zi de la incubarea probelor, astfel c pentru CBO5, nitrificarea nu pune, de obicei, probleme la evaluarea rezultatului. Testul a fost fcut mai reproductibil i mai precis prin suprimarea nitrificrii datorit adaosului de aliltiouree, ceea ce permite determinarea numai a CBO-carbon.

    6.3.3. Microorganismele n procesul de epurare Compoziia biomasei. Pentru a putea stabili performanele procesului de epurare biologic este

    necesar cunoaterea calitativ i cantitativ a biomasei care se gsete n instalaie, n cazul n care biomasa este depus pe un suport inert (film biologic), cantitatea acesteia, n proces, se consider proporional cu suprafaa specific a umpluturii sau cu aria pe care crete, n cazul nmolului activ, este necesar stabilirea concentraiei de biomasa.

    nmolului activ; privit la microscop, el reprezint o imagine complex, caracterizat printr-o mas gelatinoas secretat de bacterii (mas zoogleal), n care sunt cuprinse bacteriile, dar i substane organice i anorganice inerte; printre flocoane triesc metazoare i protozoare. Ca structur, flocoanele de nmol activ variaz n funcie de condiiile de mediu i de principalele microorganisme existente, n acest sens, pot exista de la flocoane dense formate din ngrmdiri de bacterii la flocoane laxe, formate din mpslituri de bacterii filamentoase sau din ciuperci.

    Bacteriile din nmolul activ sunt organisme monocelulare, care utilizeaz pentru cretere i n scop energetic hrana solubil; fiecare celul este un organism independent, capabil s execute toate funciile necesare vieii. Mrimea unei bacterii variaz n timpul creterii ntre 0,3 i 50 ^. Bacteriile comune nmolului activ au limitele cuprinse ntre 0,5 i 3.

    In strns asociere cu bacteriile triesc bacteriofagii, protozoare (flagelate, ciliate), metazoare (rotiferi, nematode) i uneori alge, actinomicete, ciuperci, crustacee. Densitatea membrilor acestui grup secundar este reglat prin interdependen direct cu membrii grupului de bacterii.

    Determinarea cantitativ a biomasei (nmolul activ). Determinarea concentraiei de biomas ntr-o instalaie de epurare se face prin cntrire, n mod similar cu stabilirea coninutului de suspensii dintr-o ap uzat. Proba de nmol activ se ia, se centrifugheaz sau filtreaz i se usuc la 103... 105 C sau la 179...181 C. STAS 6953-81 indic uscarea la 105 C. Reziduul uscat (SU) obinut la aceast temperatur mai sczut poate reine ns ap de hidratare sau ap intern, care se ndeprteaz greu, ceea ce necesit timp mai ndelungat pentru atingerea greutii constante. Reziduul uscat la temperatur mai mare pierde cu mai mult uurin apa reinut mecanic, dar poate pierde prin volatilizare i unele substane organice i sruri anorganice. Unii specialiti prefer totui uscarea la 179...181 C.

    Materiile n suspensie ce alctuiesc biomas sunt amestecuri de substane organice i anorganice ce intr att n compoziia materiei vii ct i nevii. Substanele organice din biomas se determin, n ansamblu, din reziduul uscat, deci din materiile n suspensie, prin calcinare la 600 C. Pierderea la calcinare este

    considerat ca partea organic a biomasei (materii n suspensie volatil sau

    6.4. Epurarea biologic cu nmol activ

  • 25

    Schema tipica a epurarii biologice aerobe cu jnmol activ este prezentata in fig. 6.4. Influentul cu coninutul de impuriti organice, dizolvate i/sau dispersate coloidal, este pus si conact ntr-un bazin de aerare cu cultura mixt de microorganisme - nmol activ - care consuma impuritaile degradabile biologic din apa uzat. Apa epurat se separa apoi gravitaional de nmolul activ n decantorul secundar. O parte din nmolul activ, separat n decantorul secundar, este re-circulat n bazinul de aerare, iar alt parte este evacuat ca nmol n exces in decantorul primar n aa fel nct n bazinele de aerare se menine o concentratie relativ constant de nmol activ; n bazinul de aerare cultura de microorganisme este meninut n condiii de aerare, printr-un aport permanent de aer sau oxigen.

    6.4.1. Variante ale procesului cu nmol activ

    Modul n care se realizeaz curgerea apei prin bazinul de aerare, recir-cularea nmolului activ, aportul oxigenului depind de tipul instalaiei utilizate n operaiile de epurare, n acest sens, se cunosc mai multe scheme tehnologice ale procesului cu nmol activ.

    Schema epurrii clasice - convenionale (fig. 6.5, a) este prima schem folosit pentru epurarea apei cu nmol activ. Ea a fost adaptat i ncercat la Manchester, n anul 1916, unde a fost pus n funciune primul bazin cu nmol

    activ. Schema distribuiei n etape a ncrcrii organice din ap (fig. 6.5, b) se caraterizeaz prin alimentarea apei

    n mai multe puncte de-a lungul bazinului, ceea ce conduce la anularea n parte a efectului variaiei concentraiei impuritilor din apa uzat asupra nmolului activ. Alimentarea biomasei este mai echilibrat, devenind aproape egal n lungul bazinului.

  • 26

    Scema epurarii apei in bazine cu namol activde mare incarcare este asemanatoare cu a epurarii

    clasice (fig 6.5, a) insa aici se obtine numai o epurare partialala a apei (60-80% eficienta din punct de

    vedere al CBO-ului) prin practicarea unei scurte perioade de aerare (cca. 2 h).

    Schema de epurare cu aerare prelungit - oxidare total, stabilizarea nmolului, bioaerarea prelungit, fermentarea aerob a nmolului etc. - (fig. 6.5, f) presupune o aerare de durat a apelor uzate. Procedeul conduce la cantiti mici de nmol excedentar i la o stabilizare total a acestuia.

    6.4.2. Parametrii procesului de epurare cu nmol activ (definiii i relaii)

    Procesul de epurare biologic cu nmol activ este caracterizat prin urmtorii parametri: Raportul de recirculare a nmolului activ r este raportul dintre debitul de nmol recirculat q i debitul

    influent Q:

    r = q/Q (6.1)

    Raportul de evacuare a nmolului n exces (excedentar) w este raportul dintre debitul de evacuare a nmolului activ excedentar Qw i debitul influent instalaiei Q:

    w = Qw/Q (6.2)

    Att raportul de recirculare r ct i cel de evacuare w sunt mrimi adimensionale, care se exprim n procente.

    Concentraia impuritilor n influentul treptei de epurare biologic C0 i efluentul acesteia C reprezint cantitatea de CCO sau CBO5 existent ntr-un volum dat de ap uzat sau epurat (exemplu: kg CCO sau CBO5/m

    3

    ap uzat). Concentraia nmolului activ n bazinul de aerare CN reprezint cantitatea de nmol activ exprimat ca

    substan uscat (SU) sau volatil (SV) existent ntr-un volum dat de bazin de aerare (exemplu: kg SU sau SV/m

    3 bazin de aerare).

    Concentraia nmolului activ n sistemul de recirculare CAK i n sistemul de evacuare reprezint cantitatea de nmol activ exprimat ca substan uscat (SU) sau volatil (SV) existent ntr-un volum dat de suspensie recirculat sau evacuat (exemplu: kg SU/m3 suspensie).

  • 27

    Incrcarea organic a nmolului activ ION, sau raportul hran/microorganisme este raportul dintre cantitatea total de impuriti organice, exprimat sub form de CCO sau CB05, influent zilnic treptei de epurare i cantitatea total de nmol activ din bazinul de aerare. ncrcarea organic se calculeaz cu relaia:

    ION = QC0/VCN, (6.3)

    n care F este volumul total al bazinului, ncrcarea organic ION se exprim n kg CCO sau CBO5 raportate la kilogramul de substan uscat sau volatil i zi (kg/kg-zi).

    Incrcarea organic a bazinului de aerare lob este raportul dintre cantitatea de impuriti organice, exprimate sub form de CCO i CBO5, influent zilnic treptei de epurare i volumul total al bazinelor de aerare. Iob se calculeaz cu relaia:

    I0b = QCO/V (6.4)

    Acest parametru se exprim n kg de CCO sau CBO5 raportate la metru cub de volum de aerare i zi (kg/m

    3-zi).

    Indicele de nmol In numit i indicele Mohlman, reprezint raportul dintre volumul de nmol (Vn) depus, dup o decantare de 30 min, dintr-o prob prelevat din bazinul de aerare i masa suspensiilor exprimate ca substan uscat la 105 C (Cn) existent n acea prob:

    /n = Vn/Cn (6.5)

    Se exprim n ml/g. Vrsta nmolului n este considerat ca timpul mediu n care o particul de nmol activ rmne sub

    aerare. Se determin acest timp, mprind la cantitatea de nmol evacuat ca excedentar zilnic, cantitatea de nmol care se gsete n bazinul de aerare, conform relaiei:

    Qn = NRw

    N

    CQ

    VC (6.6)

    Vrsta nmolului se exprim, n mod obinuit, n zile. Nmolul n exces Nex reprezint nmolul care trebuie eliminat din proces pentru a pstra n bazinele de

    aerare o concentraie a acestuia ct mai constant. Acest nmol excedentar reprezint, de fapt, cantitativ materialul biologic care apare ca urmare a convertirii impuritilor n biomas. Cu ct apa uzat este mai concentrat, cu att este mai mare cantitatea de nmol care trebuie evacuat ca excedentar.

    Necesarul de oxigen reprezint cantitatea de oxigen cerut pentru ca procesul s se desfoare n condiii optime. Oxigenul n proces este utilizat, pe de o parte, pentru oxidarea impuritilor, iar pe de alt parte, pentru meninerea viabilitii microorganismelor (consumul de oxigen endogen). Necesarul de oxigen trebuie s asigure cantitatea total de oxigen cerut de proces.

    Timpul de retentie hidraulic t sau durata de staionare este raportul dintre volumul bazinelor de aerare V i debitul influent Q conform relaiei:

    t = V/Q (6.7)

    Se exprim, n mod obinuit, n ore.

    6.4.4. Exploatarea bazinelor cu nmol activ

    Exploatarea normal. In cadrul acesteia se disting o serie de operaii.

    Pornirea unei instalaii noi. nainte de a se da n funciune o staie nou, trebuie ca toate bazinele i conductele s fie curate de nisip i de resturile rmase de la execuia lucrrilor, tot echipamentul mecanic s fie n perfect stare de funcionare sabine gresat.

    Obinerea unui nmol activ corespunztor din apele uzate oreneti se realizeaz rapid, ntr-o perioad variind de la cteva zile la 2-3 sptmni. Pentru aceasta, trebuie s fie ndeplinite urmtoarele condiii:

    s se asigure cantitatea de oxigen cerut de procesul de epurare pentru a oxida impuritile organice i pentru meninerea viabilitii microorganismelor;

    s se dispun de un volum al bazinelor de aerare suficient de mare pentru a asigura un timp de staionare adecvat n care s se fac epurarea;

    s se recircule nmolul depus n decantoarele secundare, n aa fel nct acesta s nu intre n fermentare anaerob.

  • 28

    In ciuda simplitii aparente a cerinelor procesului de epurare, aplicarea practic a procedeului nu se efectueaz uor. Probleme speciale rezult din natura diferit a microorganismelor care efectueaz epurarea, din schimbarea continu a caracteristicilor apelor uzate, precum i din dificultile meninerii unui nmol uor sedimentabil.

    Se poate ncepe epurarea unei poriuni pn la o treime din debitul de ape uzate influent staiei, folosind numai acele pri din staie care sunt necesare prelucrrii acestui debit. De exemplu, se pot pune n funciune un decantor primar, unul sau dou bazine de aerare i un decantor secundar. Debitul efluentului decan-torului primar va fi mrit treptat, ntregul debit de ap brut putnd fi introdus prin staie atunci cnd concentraia solidelor n suspensie din bazinul de aerare ajunge la 500-800 mg/1. Tot nmolul care sedimenteaz n decantorul secundar trebuie recirculat imediat n bazinele de aerare, fr s se evacueze nmol n exces.

    Cantitatea de aer folosit trebuie s fie suficient de mare pentru a menine n bazinul de aerare o concentraie satisfctoare oxigenului. O concentraie de circa 2 mg/l se consider suficient. Este important s se asigure o agitare permanent i de calitate. Nerealizarea unei agitri corespunztoare conduce la sedimentarea nmolului la fundul sau colurile bazinelor de aerare, unde va intra n descompunere.

    Formarea nmolului activ depinde ntr-o msur foarte mare de temperatur. Creterea masei biologice ntrzie n perioadele mai reci i se accelereaz n perioadele cu timp mai cald. Rezult c temperaturile predominante ale aerului i apelor uzate au o influen direct asupra timpului n care se dezvolt flocoanele de nmol activ.

    Controlul i meninerea concentraiei de nmol. Despre originea, natura i felul n care nmolul activ acioneaz pentru ndeprtarea materiilor organice din ap s-a vorbit anterior. Sunt trei categorii de nmoluri care intervj in funcionarea bazinelor de aerare: nmolul activ din bazinul de aerare. Namolul de recirculare (recirculat) i nmolul n exces (excedentar). Staia trebuie exploatat n aa fel, prin reglarea cantitilor de nrnol recirculat si evacuat ca excedentar, nct in bazinul de aerare sa se pastreze o concentraie aproximativ constant i ct mai ridicat. Totui, aceast concentraie este limitat de capacitatea de oxigenare a staiei si de posibilitatea decantorului secundar de a realiza o separare eficient. In mod obinuit, performanele decantoarelor secundare sunt cele care determin concentrarea nmolului i realizarea unei anumite concentratii a acestuia in bazinul de aerare.

    Pentru a se putea stabili concentraia nmolului activ n bazinul de aerare se poate folosi valoarea indicelui de nmol In i a debitului de recirculare q. Desigur c metoda este aproximativ, ntruct indicele de nmol este un parametru cu limite largi de variaie, chiar n cadrul aceleiai staii de epurare, nemaivorbind de staii de epurare diferite. Cu toate acestea, aproximaiile care se obin sunt acceptabile pentru exploatarea corect a unei staii de epurare.

    In scopul unui control operativ, se ntocmesc diagrame i nomograme care evideniaz dependea dintre pricipalii parametri ai procesului.

    Se consider iniial c debitul mediu influent al bazinului de aerare este Q,, debitul de recirculare al nmolului activ din decantorul secundar este q, iar debitul de nmol n exces Qw este nul (nu se evacueaz nmol). Volumul maxim ocupat de nmol, exprimat n ml raportat la un litru de suspensie din bazinul de aerare, se poate calcula cu relaia:

    Volumul de namol = mlVqQ

    qn

    1000 (6.8)

    Pentru apele uzate oreneti, acest raport variaz ntre 10 i 25%, cu o medie de 12%, volumul de nmol depus VN reprezentnd, deci, 100-250 ml/1.

    Pentru o anumit staie de epurare se poate construi o nomogram cu ajutorul creia se determin valoarea VN, cunoscndu-se debitele Q i q (fig. 6.12).

    Obinndu-se VN n modul artat mai sus, se stabilete n continuare debitul de evacuare a nmolului n exces Qw.

    Cum se procedeaz? Se consider, pentru simplificare, urmtorul exemplu: debitul de alimentare Q = 1000 m3/zi i debitul

    de recirculare q = 300 m3/zi. Conform relaiei (6.8) se obine, pentru VN, n absena evacurii nmolului n exces:

  • 29

    VN = 23010003001000

    300

    ml/l

    In cazul evacurii nmolului excedentar, debitul de recirculare trebuie s fie mai mic de 300 m3/zi, dar astfel ales nct nlocuit, noua valoare a acestui q n relaia de mai sus, s nu conduc pentru VN la o valoare mai mic de 200 ml/1 (o diferen de 30 de uniti).

    Astfel, dac vechea valoare a lui VN a fost de 230 ml/1, atunci n situaia nlturrii nmolului n exces, VN va trebui cuprins ntre 200 ml/1 i 230 ml/1.

    Deci, se poate scrie:

    VN = 2201000

    '1000

    '

    q

    qml/l > 200 ml/l

    Din relaia de mai sus se obine pentru noul raport de recirculare q', o valoare de 282 m3/zi. Diferena dintre 300 m

    3/zi, vechea valoare a debitului de recirculare i 282 m3/zi, noua valoare, o reprezint debitul de

    nmol n exces (Qw =18 m3/zi). Deci staia se exploateaz recirculnd n mod continuu un debit de 282 m3/zi i evacund 18 m

    3/zi ca excedentar.

    In situaiile n care acest control nu se poate realiza, se poate folosi ca indicator pentru nmolul n exces, nivelul stratului acestuia din decantorele secundare. In general, acest nivel nu trebuie s depeasc 0,3 m de la fundul bazinului.

    In continuare, folosind valoarea indicelui volumetric de nmol In, se determin i concentraia nmolului activ din bazinul de aerare exprimat ca substan uscat. Indicele de nmol In reprezint volumul ocupat de un gram de substan uscat dup o sedimentare de 30 min.

    Se construiete i n acest caz o nomogram care exprim relaia dintre volumul nmolului sedimentat la 30 min VN, indicele volumului de nmol In i concentraia nmolului exprimat ca substan uscat CN.. O astfel de diagram construit cu date ce caracterizeaz o staie de epurare a apelor uzate oreneti este prezentat n fig. 6.13.

  • 30

  • 31

    Utiliznd datele exemplului de mai sus (Q = 1000 m3/zi, q = 300 m

    3/zi), cu nomogramele din fig.

    6.12. i 6.13 se determin concentraia de nmol din bazinul de aerare CN i debitul de nmol excedentar Qw , tiind c valoarea indicelui de nmol este de 90 ml/g.

    Se procedeaz astfel: se determin cu nomograma din fig. 6.12 valoarea VN ;pentru aceasta, se unete punctul de

    Q=1000 m3/zi cu punctul de q - 300 m

    3/zi i se obine VN = 230 ml/1; se determin cu diagrama din fig. 6.13 concentraia CN ; se unete n acest scop punctul de

    VN = 230ml cu punctul de IN =90 ml/g i se obine CN =2555 mg/1; se determin cu diagrama din fig. 6.12 debitul de nmol excedentar Qw; se unete punctul de

    Q= 1000 m3/zi cu punctul q', n aa fel nct s se obin o valoare VN cuprins ntre 200 ml/1 i 230 ml/1

    (VN > 230-30);

    se traseaz o linie de unire ce trece, de exemplu, prin VN = 220 ml/l i se obine pentru q' = 282 m

    3/zi. Rezult pentru Qw = q - q' = 300 - 282 = 18 m

    3/zi (valoare obinut i mai sus). In practic, modelele care indic concentraia substanelor solide aflate n bazinul de aerare cu

    erori de 5% fa de realitate reprezint un control foarte bun. Prin urmare, meninerea concentraiei de nmol nre 3000-3300 mg/1 substan uscat este satisfctoare pentru aceast problem particular.

  • 32

    Nu este necesar s se aduc coninutul de substane solide aflate n suspensie n bazinul de aerare la cel mai nalt nivel, deoarece, n cele mai multe cazuri, eficiena epurrii este aceeai i la concentraii mici. Totui, concentraiile mai mari de nmol activ n bazinul de aerare fac s scad tendina de umflare a nmolului i reduc posibilitile de formare a spumei n bazinele de aerare. Mai mult dect att, cu ct cantitatea de nmol activ existent este mai mare, cu att va fi mai mic efectul ncrcrilor de oc sau al substanelor toxice.

    De remarcat c nomogramele prezentate mai sus sunt caracteristice unei staii de epurare i unei anumite ape uzate (n cazul de fa apa uzat oreneasc). Se pot construi, dup exemplul de mai sus, nomograme pentru fiecare staie de epurare.

    Nmolul excedentar (n exces). Se remarc, din ceea ce s-a prezentat mai sus, rolul deosebit pe care l are n meninerea unei concentraii constante de nmol n bazin, recircularea i evacuarea nmolului excedentar. Evacuarea nmolului excedentar este o operaie de cea mai mare importan n exploatarea unei staii.

    Nmolul excedentar reprezint o parte a nmolului activ recirculat, care nu mai este necesar procesului de epurare. Trecnd fr ntrerupere prin bazinele de aerare, impuritile din apa uzat se transform n nmol activ, iar concentraia acestuia n bazine s-ar mri necontenit prin recirculare, dac nu s-ar evacua. Din materia organic adus cu apa uzat, circa 10% este distrus n cadrul proceselor biologice pentru obinerea de energie, restul este utilizat pentru formarea unui nmol activ nou; de exemplu, dac nu se elimin nmolul n exces ntr-o staie oreneasc timp de 12 h, se constat c volumul nmolului s-a mrit cu 4%. Debitul de namol n exces care rebuie evacuat, pentru a menine constant cantitatea de namolde recirculare, este, de obicei, cuprins ntre l,5 i 3,0% din debitul influent.

    Astfel, cu ct apa este mai concentrat, cu att cantitatea de nmol este mai mare i, respectiv, este mai mare i procentul de nmol n exces.

    Evacuarea nmolului n exces permite controlul a nc doi parametri foarte importani pentru exploatarea staiilor de epurare: varsta namolului i incarcarea organica a acestuia.

    S-a artat anterior [v. relaia (6.6)] c vrsta nmolului exprim durata n care o particul de nmol activ rmne sub aerare i c se poate obine prin mprirea cantitii totale de nmol din bazinul de aerare la cantitatea de nmol evacuat n exces zilnic. Se consider exemplul discutat mai sus, n care Q =1000 m3/zi; q = 282 m

    3/zi; Qw = 18 m

    3/zi; CN = 2,55 g/1 i n care se mai presupune c timpul de retenie este t = 0,166 zile (4

    h) i concentraia, de nmol in debitul recirculat CNR = 12 g/l. In aceste condiii, volumul bazinului de aerare este:

    V = Q t = 1000 m3/zi 0,166 zile = 166 m3. Cantitatea totalde nmol exprimat ca substan uscata din bazinul de aerare este: VCN = 166 2,55 kg/m

    3 = 423,3 kg SU

    Cantitatea total de nmol n exces evacuat zilnic, exprimat ca substan uscat este:

    Qw CNR = 18 m3/zi 12 kg/ m3 = 216 kg/zi.

    Vrsta nmolului activ este dat de:

    zileCQ

    V

    NRw

    CN 96,1216

    3,423

    Capacitatea nmolului activ, raportat Ia masa acestuia, de a metaboliza impuritile din apele uzate, scade cu creterea vrstei nmolului. Cu alte cuvinte, cu ct un nmol este mai btrn (are o vrst mai mare), cu att este mai redus cantitatea de impuriti ndeprtat de unitatea de mas de nmol. Astfel: l gram de nmol activ (exprimat ca substan volatil) care are vrsta de 2 zile ndeprteaz circa l gram de CBO5 ntr-o zi, iar l gram de nmol cu o vrst de 4 zile ndeprteaz n acelai interval de o zi numai 0,5 grame de CB05. Cu toate c ndeprteaz o cantitate mai mic de CBO5 totui, n bazinele n care nmolul este mai n vrst, se obtin eficiente mai mari de epurare. In acest sens, eficienta de epurare care se obtine cu un namol care are o varsta de doua zile poate fi de 90%, iar eficienta obtinuta cu un namol de 4 zile poate fi de

    96%. Cu toate acestea, ntr-o instalatie nut rebuie meninut un nmol prea n vrst, ntruct sunt necesare cantiti prea mari de aer pentru ntreinerea viabilitii acestuia i se intensific foarte mult procesele prin care nmolul activ se autoconsum (consumul endogen). Nmolul activ cu vrst mai mare suport mult mai bine ocurile de concentraie i de debit care pot s apar n staiile de epurare. Pentru o staie de epurare a apelor uzate oreneti, un nmol cu o vrst cuprins ntre 4 i 6 zile poate s asigure o eficien de epurare de 94-96%.

    Incrcarea organic a nmolului activ [v. relaia (6.3)] reprezint raportul dintre cantitatea de impuriti introduse zilnic n bazinele de aerare i cantitatea total de nmol din bazine. Dac se consider aceleai

  • 33

    exemple de mai sus, n care se mai presupune c n influentul bazinului de aerare concentraia de CBO5 este de C0 = 0,3 g/1, iar de CCO de C0 = 0,4 g/1, se poate calcula ncrcarea n modul urmtor:

    Cantitatea de impuriti introdus zilnic n bazinele de aerare este de: Q C'0 = 1000 m

    3/zi 0,3 kg/m3 CBO5 = 300 kg/zi CBO5

    si

    Q C0 = 1000 m3/zi 0,4 kg/m3 CCO = 400 kg/zi CCO.

    Cantitatea de nmol activ din bazinele de aerare este de 423 kg SU (v. mai sus). Incrcarea organic a nmolului activ este:

    zikgkgkgSU

    ziCBOkgCBOION /71,0

    423

    /300)( 55 CBO5;

    ION(Cco) = zikgkgkgSU

    ziCCOkg /95,0

    423

    /400CCO.

    Cantitatea de impuriti introdus n bazinele de aerare se poate raporta i la volumul acestora i atunci se obine ncrcarea organic a bazinului Iob [v. relaia (6.4)]. Folosind datele exemplelor de mai sus, se obin urmtoarele valori:

    zimkgm

    ziCBOkgI CBOob

    3

    3

    5

    )( /81,1166

    /3005

    CBO5;

    zimkgm

    ziCCOkgI CCOob

    3

    3)(/41,2

    166

    /400CCO

    Oxigenul necesar procesului, n staiile de epurare prevzute cu aerare pneumatic, aerul, respectiv oxigenul este alimentat prin difuzoare, care sunt aezate sub nivelul apei, realizndu-se aa-numita aerare prin bule; n staiile de epurare prevzute cu aerare mecanic, oxigenul din atmosfer este introdus n ag prin acionarea aeratoarelor, realizndu-se aa-numita aerare de suprafa, n ambele tipuri de aerare trebuie asigurat o cantitate de circa 2 mg/1 oxigen n tot volumul bazinului de aerare. Valori de peste 2 mg/1 nu pot fi justificate de necesiti practice.

    La orice bazin de aerare, indiferent de modul de aerare (pneumatic sau mecanic), exist dou ci prin care se transfer oxigenul n volumul bazinului de aerare:

    transferul prin intermediul bulelor de aer, care sunt introduse n volumul bazinului de aerare; . Meninerea unei anumite concentraii de oxigen dizolvat ntr-un bazin de aerare depinde de urmtorii

    factori:

    cantitatea de oxigen transferat lichidului bazinului de aerare prin sistemele de aerare; timpul de staionare a apei n bazinele de aerare; concentraia apelor uzate n impuriti oxidabile; concentraia i caracteristicile nmolului activ din bazinul de aerare. In urma cercetrilor i ca urmare a datelor culese din exploatare, s-a stabilit c la intrarea n bazinul

    de aerare, consumul de oxigen este mai mare dect la ieire; de aceea, se recurge la aerarea mai intens a captului amonte al bazinului i mai puin intens al celui din aval, dac nu s-a adoptat schema de distribuie n etape (fig. 6.5, b i c). Procedeul de a introduce aerul n cantiti variabile de-a lungul bazinului este cunoscut sub numele de aerare treptat. Acest tip de aerare poate conduce, uneori, n exploatare, la economie de energie.

    Initial, cantitatea de aer necesar se stabilea pornind de la consumul biochimic de oxigen al apelor

    influente staiei; se admite c este necesar un consum de l kg oxigen pentru a ndeprta l kg CBO5. ntre timp, s-a artat c exist o relaie ntre oxigenul necesar i cantitatea de CBO5 ndeprtat. Astfel, pentru un randament de epurare a CBO5-ului de 80%, este necesar un consum de 0,5 kg oxigen/kg CBO5 ndeprtat, iar pentru un randament de 98% acest consum ajunge la 1,5 kg/kg. Pentru un randament de 95% a CBO5-ului,

    consumul de oxigen este de 0,9 kg/kg.

  • 34

    Sistemele de aerare trebuie s introduc n bazinele de aerare o cantitate de oxigen mai mare dect cea necesar. Aceasta ntruct se au n vedere o serie de factori care influeneaz transferul, ca: difuzia oxigenului prin ap, temperatura, presiunea atmosferic, prezena nmolului activ etc.

    In acest sens, sistemele de aerare trebuie s aib o anumit capacitate de aerare, care s asigure necesarul. De obicei, aceast capacitate de aerare se calculeaz cu relaii mai complicate, n care se ine seama de influena factorilor prezentai mai sus. Se poate considera pentru simplificare, n cazul general, c ntre capacitatea de oxigenare i necesarul de oxigen exist un raport 2:1.

    Intr-o staie de epurare se pot folosi urmtoarele mijloacele prin care s se realizeze controlul concentraiei de oxigen:

    In cazul aerrii pneumatice: se mrete debitul de aer, prin: mrirea vitezei suflantei; pornirea unor suflante suplimentare; se micoreaz debitul de ape uzate, prin: punerea n funciune a mai multor bazine de aerare, n

    situaia n care exist n cadrul staiei; creterea debitului n anumite bazine, astfel nct debitul n alte bazine s fie suficient de sczut pentru a menine concentraia de oxigen dizolvat la nivel convenabil; by-pasarea unei pri a efluentului bazinului de aerare n receptor. Acest procedeu nu este recomandabil i ar trebui folosit numai ca o ultim msur.

    In cazul aerrii cu dispozitive mecanice: se mrete viteza aeratorului mecanic, dac este posibil; se pun n funciune mai multe echipamente de aerare; se by-paseaz o parte din influentul bazinului de aerare n receptor. Acest procedeu, aa cum s-a

    artat mai sus, nu este recomandabil i ar trebui folosit numai ca ultim msur. Eficiena treptei de epurare cu nmol activ. Toate operaiile care se execut n cadrul exploatrii

    normale a unei trepte biologice urmresc obinerea unor eficiente de epurare ct mai ridicate. Eficiena de epurare depinde de toi parametrii procesului de epurare cu nmol activ, cum ar fi:

    concentraia impuritilor n influentul bazinului de aerare C0(CCO), C0 (CB05);

    debitul influentului Q ;

    timpul de retenie hidraulic t; ncrcarea organic a nmolului activ ION; ncrcarea organic a bazinului de aerare Iob; concentraia nmolului activ n bazinul de aerare CNR; debitul nmolului activ recirculat q ; debitul nmolului activ n exces Qw; concentraia nmolului n debitul recirculat CR; oxigenul introdus n bazinele de aerare. Intre toate aceste elemente, parametrul care influeneaz eficiena procesului de epurare biologic, n mod

    deosebit, este ncrcarea organic a nmolului activ. Aceasta ntruct ncrcarea organic a nmolului activ, ION, este o mrime care nglobeaz influenele celor mai muli parametri ai procesului cu nmol activ.

    Cum se manifest aceast influen a diverilor parametri? Se consider relaia de definiie a ncrcrii organice ION:

    CCN

    CCOCO

    CCOONV

    QI

    )(

    )( ; CN

    C

    CBOONV

    QI

    CBO )('

    )(

    5

    5

    Se urmrete, n continuare, cum parametrii enumerai mai sus influeneaz ncrcarea: creterea debitului influent Q i concentraia influentului n impuriti C0 sau C0' mresc ncrcarea

    organic; creterea volumului V scade ncrcarea organic; raportul Q/V care are semnificaia inversului timpului de retenie hidraulic conine, deci,

    influena lui t asupra ncrcrii; mrirea concentraiei CN a nmolului n bazinul de aerare scade ncrcarea organic a

    nmolului; dar mrirea concentraiei CN se poate realiza prin creterea debitului de recirculare q, sau scderea debitului de nmol n exces Qw; n acelai timp, se poate crete valoarea CN, deci se scade ncrcarea dac se mrete concentraia nmolului activ CNR, la baza decantorului secundar (n recirculat), creterea lui CNR depinde de performanele decantorului;

  • 35

    oxigenul introdus poate influena ncrcarea n modul urmator: lipsa de oxigen contribuie la umflarea nmolului; un nmol umflat nu sedimenteaz bine, deci se obine o concentraie mica CNR in debitul recirculat; reiese clar c o cantitate de oxigen insuficient n bazinele de aerare are ca efect o cretere a ncrcrii.

    Experiena a dovedit c de cele mai multe ori creterea ncrcrii organice este asociat cu scderea eficienei de epurare, iar scderea acesteia cu creterea eficienei.

    De fapt, influena ncrcrii organice poate fi stabilit cu atta siguran doar pentru apele uzate menajere i oreneti, n care ponderea apelor industriale este mic i care au o compoziie destul de asemntoare.

    Pentru apele uzate oreneti, a cror epurare se studiaz nc de la nceputul secolului, au fost ntocmite diagrame i tabele n care este prezentat relaia dintre ncrcarea organic a nmolului activ i eficiena de epurare (tabelul 6.1 i fig. 6.14).

    Pentru celelalte ape uzate, n special cele provenite din industrie i agricultur, i chiar pentru apele uzate oreneti cu o pondere nsemnat de ape uzate industriale, se impune studierea lor separat n scopul stabilirii relaiilor dintre eficien i ceilali parametri ai procesului.

  • 36

    Deranjamente n exploatare. Pot s fie de mai multe feluri. Schimbri ale indicelui de nmol. Cauza: nmolul activ este o cultur de microorganisme, eterogen,

    format dintr-un numr de specii i genuri, ale crei proprieti specifice se modific datorit variaiei caracteristicilor apelor uzate i a condiiilor de exploatare; ca urmare a acestor variaii, indicele de nmol se schimb din timp n timp.

    Indicele de nmolj se modifica atunci cand:. apele uzate conin materii inerte, cu densitate mare, cum ar fi argilele, cenua, particulele fine de

    nisip etc.; n aceste condiii, indicele de nmol scade; scderea arat c nmolul sedimenteaz cu uurin i c nu sunt probleme deosebite n exploatarea decantoarelor secundare;

    apele uzate conin mari cantitati de substane organice, care contribuie la creterea ncrcri nmolului activ: atunci, indicele de nmol crete. Condiiile care provoac creterea indicelui de nmol pot crea probleme deosebite la separarea, concentrarea i recircularea nmolului din decantoarele secundare n bazinele de aerare. Dac indiceje de nmol crete in asemenea masur nc este afectat procesulde epurare biologica, se spune ca nmolul" se "umfla";

    concentraia de oxigen n bazinul de aerare scade sub anumite limite. Se pare c microorganismele care populeaz nmolul umflat" se dezvolt mai bine la concentraii sczute de oxigen.

    Prevenirea i remedierea se realizeaz prin: creterea concentraiilor de nmol activ n bazinul de aerare i meninerea acestora la valori ridicate

    ct mai mult posibil. S-a demonstrat practic c tendina spre umflare" a nmolului este dat de unele microorganisme fila- mentoase sau cu aspect gelatinos, a cror cretere este ncetinit de concentraiile mari de biomas (nmol activ). Meninerea unor concentraii ridicate de biomas n bazinul de aerare depinde de capacitatea sistemului de aerare de a asigura cu oxigen procesul n asemenea condiii i de cea a instalaiilor de recirculare i evacuare a nmolului excedentar;

    creterea cantitii de aer introduse n bazinele de aerare; s-a dovedit, uneori, a avea un efect pozitiv asupra umflrii nmolului;

    administrarea nmolului recirculat, a unor doze de clor alese judicios. Dozele considerate, n general, eficiente sunt de 10-20 mg/1 (valori raportate Ia volumul nmolului recirculat). Dozele de clor se pot raporta si la coninutul de suspensii exprimate ca substan uscat; n acest sens, se recomand doze de clore 0,3-0,6% din substana uscata. Efecul clorului asupra umflrii s-a atribuit mai multor cauze. Printe altele, el ar scoate apa strns legat de materia gelatinoas din namolul activ. Aplicarea clorului pentru controlul umflrii nu nltur cauzele fenomenului, aa nct tratamentul este eficace att timp ct se aplic;

    amestecarea nmolului fermentat anaerob cu nmolul activ. Procedeul presupune amestecarea de nmol fermentat cu nmol activ recirculat n raport de 1:1, aerarea amestecului un anumit interval de timp i introducerea nmolului activ astfel obinut n bazinele de aerare. Scderea indicelui de namol este cu att mai pronunat cu ct cantitatea de nmol fermentat adugat, exprimat sub form desubstan uscat, este mai mare.

    Aceste intervenii n exploatare sunt recomandate, de obicei, pentru combaterea umflrii nmolului n staiile de epurare a apelor uzate oreneti. Aplicarea lor conduce mai mult sau mai puin la scderea indicelui de nmol.

    Problema umflrii nmolului este ns deosebit de important, att pentru staiile de epurare mecano-biologice oreneti, ct i pentru unele staii de epurare biologic industriale, iar combaterea acestui fenomen nu este deloc simpl, ntruct umflarea" apare ca rezultatul influenei unui foarte mare numr de factori.

  • 37

    Ridicarea nmolului activ la suprafa. Cauza: nitrificarea excesiv. Nitrificarea de fapt, provoaca doua dezavantaje majore:

    flotarea nmolului separat n decantor, la suprafaa acestuia. Aciunea se datorete gazelor produse de unele bacterii anaerobe, care n absena oxigenului descompun azotaii dina p, producnd, printre altele, azot i bioxid de carbon. Bulele de gaz n drumul lor ascendent antreneaz i nmolul activ. Aceste fenomene de nitrificare i flotare a nmolului au loc dac se las s se acumuleze la baza decantorului (pe radier) un strat considerabil de nmol. Cnd nrnolul plutete la suprafaa decantorului, n efluentul acestuia se nregistreaz o cretere semnificativ a concentraiei de suspensii;

    accentuarea fenomenelor de eutrofizare (degradare) a receptorilor, din cauza coninutului mare de sruri de azot (azotai i azotii). Aceste sruri au rolul de fertilizani pentru flora acvatic, care se va dezvolta excesiv, iar dup moarte, materia organic pe care o conin contribuie la o scdere pronunat a concentraiei de oxigen, ceea ce pune n pericol existena vieii n receptor.

    Prevenirea i remedierea: cnd apare nmolul plutitor la suprafaa apei n decantoarele secundare, se pot lua urmtoarele msuri:

    se mreste debitul de nmol activ recirculat, care se pompeaz din decantorul secundar; acesta reduce timpul de staionare a nmolului pe radierul decantorului i creste perioada de timp n care nmolul este sub aerare;

    se reduce ncrcarea cu ape uzate a bazinului de aerare, prin punerea n funciune a unor uniti de rezerv;

    se mrete viteza de micare a mecanismelor de colectare namolului; se reduce aerarea prin scoaterea din funciune a unor echipamente de aerare; micorarea aerrii are

    ca efect o reducere a nitrificrii.

    Formarea spumei. Cauza: concentraii mari de detergeni sau alte produse tensioactive n apele uzate.

    Spuma tinde s se formeze pe laturile bazinelor de aerare opuse acelora pe care sunt amplasate dispozitivele de aerare. n cazul turbinelor de aerare cu ax vertical, spuma se strnge la periferia bazinelor.

    Spuma se adun n cantitate mare, se revars peste pasarele i scri de acces, fcndu-le alunecoase i periculoase, mai ales n poriunile n care sunt murdare. Vntul poate mprtia spuma n incinta staiei, murdrind construciile i constituind un pericol pentru sntatea muncitorilor.

    Cantitatea spumei formate crete n funcie de:

    scderea concentr.aiei de materii solide (nmol activ) n lichidul aerat; creterea aerrii si a gradului de amestec: creterea.eficientei de epurare apapelor uzate; creterea temperaturilor atmosferice. Prevenirea i remedierea se realizeaz astfel:

    se stropesc suprafeele acoperite cu spum cu ap curat, efluent epurat, ap decantat etc.;

    se aplic pe suprafaa bazinului cantiti mici de substane anti spumante. Antispumanii sunt substane active care ndeprteaz rapid spuma, dar care nu sunt eficiente dect pe perioade scurte; este de multe ori necesar aplicarea lor de cteva ori pe or;

    se mrete concentraia de nmol activ din bazinul de aerare, prin creterea gradului de recirculare i reducerea evacurii de nmol excedentar. Acest mod de combatere a spumei s-a dovedit cel mai eficient. Pentru a putea fi aplicat cu rezultate bune, este necesar ca nmolul activ a aib un indice al nmolului mic.

    Determinri i nregistrri, n scopul exploatrii i realizrii unei eficiente ct mai ridicate, se determin i se nregistreaz:

    debitul de ap uzat influent bazinului de aerare; concentraia oxigenului dizolvat din bazinele de aerare, decantoarele secundare i sistemul de

    recirculare a nmolului, cel puin o dat pe zi; concentraia substanelor organice exprimate sub forma de CCO i CBO5 n influentul bazinului de aerare i n efluentul decantorului secundar. Pe baza acestor determinri se calculeaz eficiena de epurare a treptei biologice, ncrcarea organic a acesteia, necesarul de oxigen. Determinrile trebuie fcute zilnic pentru staiile mari i nu mai puin de dou ori pe sptmn pentru staiile mici;

    concentraia nmolului activ exprimat ca substan uscat i volatil din bazinele de aerare, efluentul decantorului secundar i din nmolul recirculat;

    cantitatea de nmol recirculat i evacuat ca excedentar;

  • 38

    cantitatea de aer introdus n bazinele de aerare; consumul de curent electric necesar funcionrii utilajelor i aparatelor de msur i control; timpul necesar deservirii curente a bazinelor cu nmo l activ, cel necesar reparaiilor i

    remedierilor de funcionare.

    8

    DEZINFECIA APELOR UZATE EPURATE

    Din ce n ce mai des este menionat n literatura tehnic de specialitate utilizarea dezinfeciei apelor uzate epurate nainte de a fi deversate n emisar.

    De multe ori este considerat ca un procedeu care ine loc de epurare teriar, dar n cele mai multe cazuri dezinfecia urmeaz dup epurarea teriar, ca un'tratament final, n vederea evitrii contaminrii efluentului.

    Procedeul de dezinfecie se aplic n acele situaii n care este necesar a asigura un grad sporit de protecie a emisarului (lacuri, zone costiere), unde o activitate de agrement, turistic, sportiv sau de conservare a biodiversitii poate fi compromis de riscul contaminrii biologice sau bacteriologice de la ape uzate neepurate n suficient msur.

    in acest punct de vedere este de remarcat interesul ce se manifest n rile avansate pentru inactivarea virusurilor ce pot fi prezente n concentraii semnificative n efluentul secundar al staiilor de epurare. Virusurile pot strbate tot procesul de epurare, pot persista n cursurile de ap i pot intra n prizele sistemelor de alimentare cu ap.

    Determinri efectuate n acest sens au scos n eviden persistena, de exemplu, a enterovirusurilor ntr-un procent semnificativ de probe ale apei recoltate din ruri. Astfel, Donald Johnson prezint pentru diferite ruri, datele din tabelul 8.1.

    Din punct de vedere al inactivrii sunt raportate posibile eficiente n cazul epurrii primare sau secundare.

    Astfel, n epurarea primar performanele posibile sunt de cel mult 3%, ceea ce este total insuficient. In epurarea secundar, studii au dovedit posibile performane de la 9-96%. Totui, aceast eficien este

    departe de aceea necesar unui efluent sigur.

    i n acest caz, ca i n epurarea teriar, dezinfecia ca performan este strict dependent de performanele treptelor anterioare de epurare. Astfel, avnd n vedere acest aspect, abilitatea unor tehnologi i apoi a operatorilor este de a concepe i exploata un flux tehnologic complex, n care fiecare procedeu sau instalaie de epurare i aduce aportul la obinerea unei eficiente finale, care n unele cazuri este necesar s fie i de 99,99%.

    Eficiena procedeului de dezinfecie poate fi redus prin interferena unor alte impuriti sau parametri, ca de exemplu: substane organice clorurate, materii n suspensie, pH, amoniu etc.

    Pentru orientare, sunt prezentate 5 scheme tehnologice de epurare care includ ca obiectiv i treapta de dezinfecie, ceea ce a atras reconsiderarea ntregii concepii de alctuire a fluxului tehnologic: S1-S5.

    De remarcat:

    utilizarea clorului ca agent dezinfectant (schemele 1,3,4,5); clorinarea este nsoit de o declorinare (schemele 1,3,4,5), posibil a se face cu crbune activ (schema

    4) sau cu SO2;

    utilizarea oxigenului ca alternativ pentru dezinfecie (schema 2). Ca observaii cu caracter general, pot fi reinute urmtoarele: utilizarea larg a proceselor de epurare fizico-chimic dup epurareacu crbune activ; utilizarea de reactivi chimici cu var, sulfat de aluminiu sau clorur feric, practic bine

    cunoscut n tratarea apelor de alimentare; eficientele posibil a fi atinse sunt de 99,99%. Ca elemente rezultate din practica exploatrii unor instalaii industriale, sunt de reinut urmtoarele

    valori:

    doza de clor: 2-4 mg/1; timp de contact: 30-40 min; doza de SO2 pentru declorinare: 112 din doza de clor; doza de ozon: 3-10 mg/1;

  • 39

    timp de contact: 5-22 min.

    Desigur c exploatarea i ntreinerea unor astfel de instalaii se impun a fi fcute la nivelul efortului depus pentru realizarea instalaiilor.

    9 TRATAREA NMOLURILOR

    In staiile de epurare, ca urmare a diverselor procese tehnologice, se formeaz nmoluri care concentreaz poluanii eliminai din ap. Aceste nmoluri reprezint un pericol deosebit pentru mediul nconjurtor, iar costul prelucrrilor intervine cu o pondere mare n valoarea costurilor de investiie i exploatare a staiilor de epurare.

    Tehnologia de prelucrare a nmolurilor trebuie s fie subordonat valorificrii i evacurii finale, n caz contrar staia de epurare va fi compromis prin nerealizarea integral a scopului su.

    Pentru tratarea nmolurilor, cu toate c nu se pot stabili reete i tehnologii universal valabile, exist totui o serie de procedee tehnice cu ajutorul crora se pot prelucra aceste produse rezultate n procesele de epurare.

    Printre procedeele cele mai uzuale de prelucrare se enumera: ngroarea, fermentarea, condiionarea, deshidratarea, uscarea, incinerarea etc.

    Aplicarea unui anumit procedeu sau a unei combinaii de procedee de prelucrare presupune cunoaterea temeinic a caracteristiclor materialului supus tratrii, precum i a performanelor care se pot obine n procesele unitare.

    9.1. Formarea i caracteristicile nmolului Dup provenienfa apei uzate, exist: nmoluri de la epurarea apelor uzate oreneti; nmoluri de la epurarea apelor industriale; Dup treapta de epurare, se disting: nmol primar din decantoarele primare; nmol secundar din decantoarele secundare; nmol amestecat: nmol activ n exces sau nmol de la filtrele biologice, combinat cu nmolul

    primar;

    Dup stadiul de prelucrare n cadrul gospodriei de nmol, se menioneaz: - nmol proaspt; nmol fermentat, stabilizat aerob, anaerob sau chimic;

    .

    Cantitile de nmol.. Astfel, pentru apele uzate oreneti, cantitile de nmol sunt cuprinse ntre 65 i 90 g/om-zi.

    In ceea ce privete cantitile specifice de nmol provenit din apele uzate industriale, nu se pot indica valori medii, ntruct acestea depind de o serie de factori variabili de la o unitate la alta.

    Caracteristicile fizico-chimice. Caracteristicile fizico-chimice ale nmolurilor depind de proveniena apei uzate i tehnologia de epurare. Pentru a caracteriza nmolurile se apeleaz la indicatori generali (umiditate, greutate specific, pH, raport mineral/volatil, putere caloric etc.) i la indicatori specifici (substane fertilizante, detergeni, metale, uleiuri, grsimi etc.).

    Principalele caracteristici fizico-chimice ale nmolurilor, care prezint interes n tehnologia de prelucrare i evacuare sunt prezentate n continuare.

    Umiditatea nmolurilor variaz n limite destul de largi, n funcie de natura nmolului, de treapta de epurare din care provine. Nisipul reinut n deznisipatoare are o umiditate de circa 60%, nmolul primar proaspt 95-97%, nmolul activ n exces 98-99,5%.

    Greutatea specific a nmolului depinde de greutatea specific a substanelor solide pe care le conine, de umiditatea lor i de proveniena nmolului din cadrul staiei: nmolul primar brut are o greutate specific de 1,004-1,014 t/m

    3, nmolul activ n exces are valori n jur de 1,001 t/m3, iar dup ngroare 1,003 t/m3.

  • 40

    9.2. Clasificarea procedeelor de prelucrare a nmolurilor

    Alegerea procedeelor de prelucrare a nmolurilor n vederea reducerii coninutului de ap i a creterii valorii lor economice trebuie s in seama de o serie de aspecte.

    .

  • 41

  • 42

    Din totalul proceselor de prelucrare enumerate, de cele mai multe ori, se combin dou sau mai multe, n funcie de caracteristicile materialului i de aspectele economice.

    9.3. Ingroarea deshidratarea nmolului

    Ingroarea nmolului constituie cea mai simpl i larg rspndit metod de concentrare a acestuia, avnd drept rezultat reducerea volumului i ameliorarea rezistenei specifice la filtrare.

    Gradul de ngroare depinde 'de mai multe variabile, dintre care mai importante sunt: tipul de nmol (primar, fermentat, activ etc.), concentraia iniial a solidelor, temperatura, utilizarea agenilor chimici, durata de ngroare etc.

    Prin ngroare, volumul nmolului se poate reduce de aproape 20 de ori fa de volumul iniial, dar ngroarea este eficient tehnico-economic pn la o concentraie de solide de 8-10%.

    Ingroarea se poate realiza prin decantare-ngroare gravitaional, flotare sau centrifugare. Cea mai aplicat metod este ngroarea gravitaional.