curs 5 echipamente si instalatii din treapta avansata (tertiara ) a statiilor de epurare a apelor...

8/10/2019 CURS 5 Echipamente Si Instalatii Din Treapta Avansata (Tertiara ) a Statiilor de Epurare a Apelor Uzate

1/25

CURS 5 ECHIPAMENTE I INSTALAII DIN TREAPTA AVANSAT (TERIAR) ASTAIILOR DE EPURARE A APELOR UZATE

Noiuneade epurare avansat a apelor uzatepoate fi definit ca un proces tehnologic de tratare a apeloruzate care s produc un efluent cu o calitate mai mare dect cea care poate fi obinut prin procedeele clasice, nstaiile mecano-biologice. n general procesul de epurare avansat presupune metode i instalaii care nu suntutilizate n mod normal n staiile clasice mecano-biologice, care au rolul de a elimina n grad avansat, mult superior

celui obinut cu procedee clasice, suspensiile solide, nutrienii, substanele greu de eliminat prin procedee clasicesaumicroorganismele patogene, astfel nct efluentul rezultat s poat fi deversat fr nici un pericol pentru mediu nbazinul hidrografic sau s poat fi folosit pentru scopuri industriale sau menajere.

n staiile de epurare a apelor uzate, epurarea avansat se poate realiz pe trei ci i anume:

- prin introducerea unei trepte teriare (avansate) care se ataaz la structura unei staii mecano-biologiceclasice nemodificate; aceast treapt trebuie s aib o structur adecvat putnd avea n componen dup necesiti urmtoarele tipuri de instalaii specifice cu procese de lucru artificiale (ca de exemplu: instalaii de eliminare anutrienilor i anume: azotului i fosforului, instalaii de micrositare sau filtrare, instalaii de absorbie a substanelororganice sau minerale, instalaii de schimb ionic, instalaii de oxidare chimic, instalaii de post-aerare instalaii dedezinfecie i altele) sau cu procese de lucru naturale (ca de exemplu: cmpuri de infiltrare -percolare, cmpuri deirigare, iazuri sau lagune naturale sau aerate i altele);

- prin cuplarea unei trepte teriare la ostaie mecano-biologic a crei structur a fost astfel modificat iadaptatnct s favorizeze desfurarea corespunztoare a proceselor din treapta teriar i prin aceasta s conducla atingerea performanelor de epurare urmrite; n general n treapta teriar a unei astfel de staii se gsesc , nfuncie de situaie, tot unele din tipurile de instalaii prezentate n cazul anterior, numai c n acest caz acestea vor fivor lucra n combinaie i vor fi astfel conectate cu anumite obiecte tehnologice din treaptele mecanic i biologicnct eficiena procesului de epurare s fie maximizat;

- prin realiazrea unor staii de epurare cu structur complet diferit de cea a staiilor de epurare clasice(structur neconvenional) n care procedeele de tratare sunt astfel alese i se succed de o asemenea manier ncts se obin performanele de epurare optime.

n continuare vor fi prezentate principiile de funcionare i construcia a unora din cele mai reprezentativeobiecte tehnologice din treapta avansat a staiilor de epurare a apelor uzate i anume: instalaii de eliminre anutrienilor (azotul i fosforul), instalaii de reinere avansat a suspensiilor solide, instalaii de eliminare a

substanelor greu dereinut prin procedee clasice iinstalaii pentru dezinfectare.

5.1 Instalaii de eliminre a nutrienilor din apele uzate

n situaia n care n efluenii staiilor de epurare a apelor uzate care sunt deversai n diveri receptori suntprezente concentraii excesive de compui de azotsau fosfor (substane care poart numele de nutrieni) atunci areloc o proliferare excesiv a algelor i fitoplanctonului n cursul de ap receptor, fenomen denumit eutrofizarei careare efecte deosebit de duntoare asupra calitii apelor.

Formele foarte periculoase sub care nutrienii din apele uzate pot produce fenomenul de eutrifizare areceptorilor sunt: azotul sub form de amoniac (NH3), ioni de amoniu (NH4

-), ioni de nitrii (NO2-), ioni de nitrai

(NO3-), azot organic (din punct de vedere al proporiilor n apele uzate menajere azotul se gsete n principal sub

form de azot amoniacal 60-70% i sub form de azot organic 30 -40%), iarfosforulsub form de fosfai (denumiii ortofosfai), polifosfai i fosfor legat organic.

5.1.1 Eliminarea azotului din apele uzate urbane

n epurarea apelor uzate eliminarea azotului se face prin dou procese biologice consecutive i anumenitrificareai denitrificarea.

Nitrificareaeste un proces biologic aerob n dou faze prin care azotul amoniacal sau organic este oxidatmai nti prin aciunea unor bacterii autotrofe la nitrii (NO 2

-), dup care nitriii sunt oxdai prin aciunea aceloraibacterii aerobe la nitrai (NO3

-). Ambele faze se desfoar simultan, biomasa bacterial gsindu-se dispersat n apauzat supus tratamentului sub form de nmol activ (n cadrul unor bazine aerate) sau sub form de pelicul

biologic, fixat pe diferii supori (n cadrul biofiltrelor, biodiscurilor sau a bioreactoarelor cu pat integrat saumobil). Bacteriile nitrificatoare cele mai reprezentative pentru prima faz a procesului sunt din specia Nitrosomonasdar mai pot contribui i alte specii cum ar fi Nitrosococcus sau Nitrosospira, n timp ce bateriile cele maireprezentative pentru a doua faz a procesului suntdin speciaNitrobacterdar mai contribuie i alte specii bacterienecum ar fiNitrospina,NitrococcusiNitrospira(vezi schema procesului de nitrificare din figura 5.1).

Toate aceste specii de bacterii sunt clasificate ca bacterii autrotrofe deoarece acestea elibereaz energia

rezultat din oxidarea compuilor anorganici (n cazul de fa compui pe baz de azot) i utilizeaz ca surs dehran carbonul anorganic (CO2). Bacteriile nitrificatoare necesit o cantitate semnificativ de oxigen pentru arealizareaciile biochimice, produc o cantitate mic de biomas nou i distrug alcalinitatea apei prin consumul de bioxid


2/25

de carbon i producerea de ioni de hidrogen. Se poate meniona c fa de activitatea bacteriilor heterotrofe dincadrul procesului de epurarea biologic a substanelor organice cu nmol activ, dezvoltarea bacteriilor nitrificatoareeste mult mai lent iar cantitatea de biomas nou creat raportat la cantitatea de substrat consumat este mult maimic. Din aceast cauz durata de desfurare necesar procesului de nitrificare n condiii de oxigenare i de pHadecvate este de 1020 zile la 10C i de 4 7 zile la 20C.

Fig.5.1Schema procesul biologic aerob de nitrificare

Denitrificareaeste un proces biologic de reducere a nitrailor i nitriilor din apa uzat la azot gazos (N 2)dup o succesiune de reacii (indicate n relaia 5.1):

NO3- NO2

- NO N2O N2 (5.1)

Procesul de denitrificare este realizat de o varietate de bacterii comune heterotrofe care n mod normal segsesc n procesele biologice aerobe, cele mai multe fiind bacterii facultativ aerobe care au abilitatea de a utilizanitraii, nitriii sau oxigenul elementar pentru oxidarea materiilor organice. Bacteriile capabile de a realizadenitrificare aparin urmtoarelor specii: Achromobacter, Acinetobacter, Agrobacterium, Alcaligene, Arthrobacter,

Bacillus, Chromobacterium, Corynebacterium, Flavobacterium, Hypomicrobium, Moraxella, Nesseria, Paracoccus,

Propinibacteria, Pseudomonas, Rhizobium, Rhodopseudomonas, Spirillum i Vibrio. Studii recente au artat creducerea nitriilor la azot gazos este realizat de un numr mult mai mare de specii specializate dect cele carereduc nitraii la nitrii.

Bacteriile heterotrofe denitrificatoare, care dup cum s-a artat anterior sunt bacterii facultativ aerobe, caren mod normal ar utiliza preferenial oxigenul liber, dizolvat n ap, ns n absena acestuia, vor utiliza i oxigenullegat chimic din nitrai i nitrii realiznd reducerea acestora n cadru unui proces anaerob (vezi figura 5.2). Semenioneaz c pentru a face o distincie ntre condiiile anaerode specifice procesului anaerob aplicat materiilororganice i condiiile procesului anaerob aplicat nitrailor i nitriilor, acesta din urma va purta denumirea de procesanoxic, denumire care va fi utilizat n continuare.

Fig. 5.2Schema procesul biologic anoxic de denitrificare


3/25

Cu toate c se cunoate c prezena oxigenului liber, dizolvat n ap inhib denitrificare, totui s -a observatc se produce denitrificare chiar i n prezena unei anumite cantiti de oxigen dizolvat n ap. Astfel se poateconside c o zon din reactorul biologic poate fi socotit anoxic chiar i n prezen unei cantiti de oxigendizolvat n ap depinde de un numr de factori cum ar fi: concentraia de nmol activ, temperatur, adncime iconcentraia de hran a bacteriilor. Astfel este posibil s fie create condiii, ca in acelai bazin cu nmol activ sau

biofiltru s se produc simultan att nitrificare ct i denitrificare. Se menioneaz c concentraia limit maxim deoxigen dizolvat n ap de la care se consider c denitrificarea este complet inhibat variaz ntre 10 50 mg/l.

Sursa de hran pentru bacteriile heterotrofe denitrificatoare poate fi: materiile organice dizolvate n apuzat, att influente sau produse prin hidroliz din anumii compui influeni i substanele organice provenite dinactivitatea bacterian. Se menioneaz c dac procesul de denitrificare are loc n treapta biologic concomitent cuepurarea biologic a substanelor organice atunci este necesar o cantitate de 4 g de CBO5pentru fiecare gram denitrat eliminat, iar dac procesul de denitrificare are loc ntr-o instalaie separat, consecutiv treptei biologice atuncieste nevoie de o surs suplimentar distinct de substan organic pentru hrana bacteriilor heterotrofe (substrat). Casubstrat se poate utiliza: acid acetic, etanol, zahr, glicerol sau alte soluii depinznd de nevoile particulare alemicroorganismelor, dar de regul n acest tip de instalaii se utilizeaz ca substrat tipic metanolul.

n urma reaciilor biochimice de denitrificare se produce biomas heterotrofic nou i alcalinitate. Astfel,bazat pe stoichiometria reaciilor se poate arta c denitrificare poate produce 3,57 mg/l alcalinitate echivalentCaCO3, i cca. 0,4 g biomas heterotrofic nou pentru fiecare gram de CBO 5 consumat. Formarea de biomasheterotrofic nou este influenat de o serie de factori cum ar fi: tipul i concentraia substratului, concentraia deoxigen dizolvat, alcalinitatea, pH-ul i temperatura dintre care cel mai important este calitatea substratului (sursei de

carbon utilizate).Instalaiile pentru eliminarea azotului se gsesc n practic ntr-o mare varietate de sisteme cu configuraiicare se pot clasifica dup urmtoarele criterii:

- dup modul n care se gsete biomasa activ n reactor:

- sisteme cu biomas dispersat n bazinul de reacie (sub form de nmol activ); - sisteme cu biomas sub form de pelicul fixat pe diveri supori;- sisteme combinate.

- dup tipul proceselor care au loc n reactor:

- sisteme de nitrificare, n care au loc procese de nitrificare;- sisteme de denitrificare, n care au loc procese de denitrificare;- sisteme combinate, n care au loc att procese de nitrificare, ct i procese de denitrificare.

- dup locul i modul n care se desfoar procesul de eliminare a azotului:

- sisteme integrate, n care procesul de eliminare a azotului are loc n treapta biologic (secundar)a staiilor de epurare, n aceeai instalaie n care se elimin i substaele organice, procesele fiind concomitente;

- sisteme independente, n care procesul de eliminare a azotului are loc n treapta teriar(avansat) a staiilor de epurare, ntr-o instalaie de sine stttoare, procesul de eliminare a azotului fiind consecutiv

procesului de eliminare a substanelor organice, care are loc n treapta biologic (secundar) a staiilor de epurare;

Din acest ultim punct de vedere, n prezent n practic au fost dezvoltate att sisteme integrate de eliminarebiologic a azotului concomitent cu eliminarea biologic a materiilor organice prin modificarea instalaiior existenten treapta biologic a staiilor de epurare mecano-biologice clasice ct i sisteme separate de eliminare biologic aazotului prin constituirea unor instalaii de evacuare a azotului de sine stattoare n treapta avansat a staiilor deepuarre a apelor uzate.

n figura 5.3 sunt prezentate cteva din cele mai frecvent ntlnitesisteme integrate combinate de eliminarebiologic a azotului cu biomas dispersat n bazinul de reacie sub form de nmol activ , i anume:sistemul cu un

singur bazin (proces modificat Ludzck Ettinger - MLE)(vezi figura 5.3 a), sistemul n patru faze (procesBardenpho)(vezi figura 5.3 b), sistemul cu reactor secvenial (SRB)(vezi figura 5.3 c),sistemul cu reactor cu circuitnchis (vezi figura 5.3 d) isistemul cu administrare fracionat a influentului(vezi figura 5.3 e).

Sistemele integrate combinate de eliminare biologic a azotului cu biomas sub form de pelicul fixat pediveri suporisunt constituite n general prin introducerea n bazinul cu nmol activ, existent al treptei biologice alstaiilor de epurare a apelor uzate, a unor corpuri sau reele sau corpuri, cu forme speciale, care se constituie casupori pentru biomasa bacterian activ, care se dezvolt pe suprafaa acestora sub form de pelicul biologic.Aceste corpuri sau reele de corpuri sunt astfel concepute i realizate nct pentru un anumit volum s oferesuprafee ct mai ntinse de formare a peliculei biologice n scopul mririi semnificative a concentraiei biomasei

bacteriene active n bazin, prin aceasta realizndu-se o cretere semnificativ a eficienei procesului fa desistemului clasic. Aceti supori sunt sub forma corpuri plutitoare cu diverse forme geometrice (sfere profilate,cilindri profilai dar i alte forme), reele din fire cu diferite forme de mpletituri sau baterii de membrane, i suntrealizate de regul din materiale plastice, polimeri i uneori din fibre textile. Dintre cele mai frecvent ntlnitesisteme integrate combinate de eliminare biologic a azotului cu biomas sub form de pelicul fixat pe diverisupori aflai n bazinul de reacie se pot enumera: bioreactoare cu pat integrat de formare a peliculei biologice


4/25

(Integrated Fixed-Film Activated Sludge IFAS), bioreactoare cu pat mobil de formare a peliculei biologice(Moving-Bed Film Bio-Reactor MBBR) i bioreactoare cu membrane (MBR).

a

b

c

d

e

Fig. 5.3Variante de sisteme integrate combinate de eliminare biologic a azotului cu biomas dispersat n bazinulde reacie sub form de nmol activ


5/25

Sistemele independente de eliminare a azotului, sunt constituite din ansambluri de construcii i instalaii desine stattoare, situate n treapta de epurare avansat (teriar)a staiilor de epurare a apelor uzate. Aceste sisteme

prelucreaz efluentul provenit de la treapta secundar (biologic) a staiilor de epurare a apeloruzate. Componentelesistemelor de eliminare a azotului, din treapta teriar sunt instalaiile de nitrificare, care pot avea biomasa activdispersatsausub form de pelicul biologic, fixat n bioreactor, i instalaiile de denitrificare. n figura 5.4 este

prezentat o schem sugestiv de amplasare a obiectelor tehnologice de eliminare a azotului n treapta teriar(avansat) a staiilor de epurare a apelor uzate, cu indicarea i a tipurilor de instalaii cel mai frecvent utilizate.

Fig. 5.4Schema de amplasare a obiectelor tehnologice de eliminare a azotului n treapta teriar (avansat) a staiilorde epurare a apelor uzate

Instalaiile de nitrificare cu biomasa activ dispersat n bazinul de reacie, sub form de nmol activ, suntasemntoare cu bazinele cu nmol activ utilizate la eliminarea materiilor organice (din treapta biologic a staiilorclasice de epurare a apelor uzate) impunndu-se cerinele ca timpul de retenie a apei uzate supus tratamentului ncadrul acestor instalaii s fie suficient pentru formarea unei populaii stabile de bacterii nitrificatoare, i cacirculaia hidraulic n bioreactor s fie de aa manier nct biomasa bacterian s acioneze ct mai eficient asuprancrcrii de azot amoniacal i organic din apa uzat influent. De obicei, pentru acest tip de instalaii, parametrulcel mai important care trebuie s fie determinat este durata (timpul) de retenie a apei n instalaie, care depinde n

principal de ncrcarea cu poluani a influentului de ap uzat (ncrcarea cu materii organice, ncrcarea cu azotamoniacal i organic), de condiiile de mediu (clim, temperatur) i de debitele caracteristice ale influentului de apuzat (mediu zilnic, maxim zilnic, orar sau lunar). Nitrificarea se poate realiza complet n bazinele aerate cu nmolactiv impunnd o durat de reinere corespunzroare i insuflnd o cantitate suficient de aer pentru a se menine

permanent n bazin o valoare a cantitii de oxigen dizolvat mai mare sau egal cu 2 mg/l. Pentru instalaiile care audificulti de realizare a procesului de nitrificare, mai ales din cauza unui volum insuficient a bazinului

bioreactorului, se pot lua msuri pentru intensificarea activitii biomasei de bacterii nitrificatoare sau prin sporireacantitii de biomas de bacterii nitrificatoare, msuri care poart numele generic de procedee de bioaugmentaie.

Instalaiile de nitrificare cu biomasaform de pelicul fixat pe supori cele mai frecvent ntlnite npractic sunt de tip filtre biologice. n aceste instalaii procesul biologic de nitrificare se iniiaz i desfoar deregul dup ce s-a finalizat procesul biologic de eliminare a materiilor organice, deoarece exist o puternicconcuren ntre biomasele de bacterii heterotrofe i biomasele de bacterii autotrofe nitrificatoare pentru accesul laoxigen i la spaiu de formare a peliculei biologice pe suporii instalaiei, ctigat de bacteriile heterotrofe.

n general impunerea realizrii nitrificrii n instalaii de tip filtre biologice prezint marele dezavantaj cpentru a avea loc n integralitate, procesul de nitrificare este n totalitate dependent de necesitatea introducerii uneicantiti suplimentare de materie organic i aer, fapt care a fcut ca biofiltrele sau biodiscurile s fie mai puinutilizate n comparaie cu instalaiile cu bazine cu nmol activ. Totui n ultima perioad au fost concepute irealizate noi tipuri de instalaii denumite biofiltre aeratecare au capacitatea de a realiza att procesul biologic deeliminare a materiilor organice ct i procesul biologic de nitrificare. n figura 5.5 este prezentat un astfel de

biofiltru aerat, la care umplutura este realizat sub forma unei reele de elemente din material plastic, astfel profilatei stratificate nct influentul care circul de sus n jos, s parcurgnd succesiv straturile de distribuie respectiv delucru unde este format pelicula biologic format din bacterii heterotrofe i nitrificatoare. Aerarea se face forat

prin intermediul unor suflante.


6/25

Fig. 5.5 Instalaie de nitrificare de tip filtru biologic aerat

Instalaiile independente de denitrificare din treapta de epurare avansat a staiilor de epurare a apeloruzate urbane sunt situate consecutiv instalaiilor de nitrificare i pot de tipul bazinelor cu nmol activdar mai ales

sub forma unor coloane de denitrificare (pe structura unor filtre rapide nchise) la care biomas activ de bacteriiheterotrofe este fixat pe particulele stratului filtrant granular. Avantajul principal al acestui tip de instalaii este cacestea realizeaz simultan procesele de denitrificare i de microfiltrare n scopul eliminrii suspensiilor solide.Coloanele de denitrificare care sunt n fapt filtre rapide cu strat granular gros de filtrare, constituite n principal dinstratul filtrant granular, stratul de sprijin din pietri, radierul drenant, blocul de sub radierul drenant, sistemul dedeversoare pentru introducerea influentului, sistem de conducte cu diuze pentru introducerea substratului (n celemai frecvente cazuri metanol); procesul de lucru este urmtorul: n faza de filtrare, influentul este introdus prindeversoarele plasate n partea superioar a filtrului i ptrunde i trece prin stratul fitrant unde se realizeazsepararea suspensiilor solide; simultan, datorit introducerii de substrat prin diuzele aflate tot n partea superioar afiltrului are loc procesul anaerob de denitrificare realizat de bacteriile heterotrofe fixate sub form de pelicul

biologic pe stratul filtrant, n urma cruia are loc conversia nitrailor din apa supus tratamentului n azot gazoscare este antrenat i se fixeaz ntre particulele stratului, mrind considerabil rezistena hidraulic la parcurgereafiltrului; pentru curarea filtrului de suspensiile solide reinute, se prevede o faz de curare prin trecerea unui

curent de ap i aer comprimat prin stratul filtrant, n sens invers (de jos n su s) celui de la faza de filtrare; pentrueliminarea azotului gazos reinut n stratul filtrant sunt prevzute ciclic faze de antrenare a azotului gazos prinintermediul unor jeturi de lichid cu acelai sens cu cel din faza de filtrare, obinute prin inversa rea pentru scurte

perioade de timp a sensului de pompare al pompelor de antrenare a apei de curare.

5.1.2 Eliminarea fosforului din apele uzate urbane

Eliminarea fosforului din apele uzate se poate face pe dou ci diferite i anumeprin tratamente chimice(cea mai frecvent ntlnit modalitate de eliminare a fosforului) sau prin tratamente biologice.

Eliminarea fosforului din apele uzate prin metode chimiceeste o metod clasic, fiabil, validat de timp.Pentru eliminarea fosforului se utilizeaz diferii coagulani care se introduc n apa uzat supus tratamentului,acetia reacionnd cu fosfaii solubili din aceasta formnd precipitai insolubili care sunt eliminai printr-un procesde separare, cel mai frecvent prin sedimentare. Cei mai utilizai coagulani sunt srurile de metale (sulfat de

aluminiu, clorur feric i alii)sau varul nestins (oxid de calciu). Adugarea de polimeri sau ali aditivi pot favorizaprocesul de floculare deci i eficiena de sedimentare.

Coaugulanii pe baz de sruri metalice, dintre care cei mai utilizai sunt sulfatul de aluminiu i cloruraferic, sunt folosii att la tratarea apelor uzate urbane ct i a apelor uzate industriale. Acetia sunt mai puin


7/25

corozivi, formeaz o cantitate mai mic de nmol i sunt comod de manipulat n comparaie cu cu varul nestins.Sulfatul de aluminiu poate fi administrat n apa supus tratamentului att sub form solid (pulbere) ct i sub formde soluie, ambele forme fiind necorozive. Clorura feric se administreaz sub form de soluie, aceasta prezentndcorozivitate i necesitnd luarea unor msuri corespunztoare de manipulare.

Reaciile care au loc la introducerea sulfatului de aluminiu i clorurii ferice n apa uzat care conine fosfaisunt urmtoarele:

Al2(SO4)3(14H2O) + 2H2PO4-+ 4HCO3

- 2AlPO4+ 4CO2+ 3SO42-+ 18H2O (5.2)

FeCl3(6H2O) + H2PO4-+ 2HCO3- FePO4+ 3Cl-+ 2CO2+ 8H2O (5.3)

Tratamentul cu var nestins este de asemenea o cale de tratament pentru eliminarea fosforului din apeleuzate, care se aplic din ce n ce mai rar mai ales din cauza corozivitii varului nestins, care reacioneazinstantaneu cu apa formnd hidroxidul de calciu, care este o substan foarte coroziv i care necesit mari precauiila manipulare i n instalaii. Atunci cnd varul nestins este introdus n ap acesta reacioneaz mai nti cualcalinitatea din ap formnd carbonat de calciu (CaCO3). Aceasta crete pH-ul apei supuse tratamentului la valori

peste 10, astfel nct ionii de calciu n exces vor reaciona cu ioni de fosfai formnd un compus precipitabil denumithidroxilapatit (Ca5(OH)(PO4)3). Din cauz c varul nestins reacioneaz mai nti cu alcalinitatea din apa supustratamentului, doz de var nestins nu depinde de cantitatea de fosfai din apa uzat , ci de alcalinitate acesteia,valorile tipice ale dozei de var fiind ntre 1,4/1 - 1,6/1 fat de alcalinitatea total a apei uzate, exprimat n CaCO3.

Reacia tipic dintre compuii de calciu i fosfai este urmtoarea:

5Ca

2+

+ OH

-

+ 3HPO4-

Ca5OH(PO4)3+ 3H2O (5.4)Dup cum a fost artat anterior, tratamentul chimic cu sruri metalice sau var nestins care se aplic apelor

uzate n vederea eliminrii fosforului poate avea loc n diferite puncte ale staiei de epurare a apelor uzate, n funciede aceste puncte de aplicare putndu-se defini noiunile de pre-precipitare,atunci cnd tratamentul de precipitareare loc n cadrul treaptei primare, de co-precipitare,atunci cnd tratamentul de precipitare are loc n cadrul treapteisecundare, concomitent cu tratamentul biologic i post-precipitare,atunci cnd tratamentul de precipitare are loc ncadrul treaptei teriare unde este urmat de obicei de un tratament de sedimentare sau filtrare. n schema din figura5.6 sunt prezentate sintetic toate poziiile posibile pe care le poate ocupa nstalaia chimic de eliminare a fosforului.

Fig. 5.6 Posibiliti de plasare a instalaiei de tratare a apei uzate cu precipitani n vederea eliminrii fosforului

Alegerea uneia sau alteia din variantele de defosforizare chimic prezentate se face innd cont deurmtoarele considerente:

- tratarea cu precipitani n treapta primar prezint avantajele unei instalri mai facile a instalaiei chimiceprecum i o reducere semnificativ a ncrcrii organice i cu suspensii solide a efluentului rezultat dar idezavantajul necesitii unor doze mrite de reactivi chimici (coagulani);

- tratarea cu coagulani n treapta biologic are avantajele unei influene pozitive asupra condiiei nmoluluiactiv, a reducerii cantitii de nmol plutitor i a unei economii importante de reactivi chimici prin recirculareanmolului din decantorul secundar;

- tratarea ntr-o instalaie chimic, de sine stttoare plasat n treapta teriar, are avantajul eficienei celeimai ridicate de eliminare a fosforului, deoarece ca urmare a tratamentului biologic, polifosfaii i fosforul legatorganic aflai n influentul iniial, au fost transformai n ortofosfai, care sunt compui mult mai simpli i care pot fieliminai mai uor prin tratamentul chimic, dar i dezavantajul necesitii unor cheltuieli de investiii ridicate pentrurealizarea instalaiei.

Eliminarea biologic a fosforului (metod mai rar folosit) este realizat n bazine cu nmol activ demicroorganisme acumulatoare de fosfor (PAO), care se dezvolt n fluxul de nmol activ i care folosesc ca substrat


8/25

(hran) acizii grai volatili. n condiii anaerobe, care se creaz n anumite zone ale bazinului cu nmol activ, liberede nitrai i oxigen liber dizolvat, PAO-urile nglobeaz acizii grai volatili polimerizai n scopul formrii desubstan celular nou. Pentru realizarea acestui proces, PAO-urile utilizeaz energia provenit din evacuareafosforului, acumulat anterior n interiorul celulei, n mediul nconjurtor (apa uzat supus tratamentului amestecatcu de nmol activ). n condiii aerobe, acizii grai volatili polimerizai nglobai sunt metabolizai de ctre PAO -uri,

proces care se realizeaz cu un consum important de energie. Pentru a regulariza consumul de energie, PAO-uriabsorb fosforul din mediul nconjurtor, elibernd astfel apa uzat supus tratamentului de ncrcarea cu fosfor. Demenionat c acest proces are loc n zonele aerobe ale bazinelor cu nmol activ, ns numaipn n momentulapariiei de nitrai n mediul de dezvoltare a PAO-urilor (declanarea procesului de nitrificare) care inhib absoriade fosfor. n zonele anoxice, n care are loc denitrificarea, prin reducerea cantitii de nitrai apare o situaiefavorabil n care PAO-urile intr n contact din nou cu acizii grai volatili polimerizai din mediul nconjurtor, ichiar au loc reacii de fermentare a unor substane organice uor biodegradabile cu formare de acetai i propionai.n figura 5.7 este prezentat sintetic, sub forma unei scheme, mecanismul de eliminare biologic a fosforului dinapele uzate.

Fig. 5.7Schema mecanismul de eliminare biologic a fosforului din apele uzate

Pentru ca eliminarea biologic a s se produc n condiii eficiente, adic cantitile de fosfor din efluent sajung sub 1 mg/l, trebuie ca n amestecul de nmol activ i ap uzat, supus tratamentului s fie ndepliniteurmtoarele condiii: raportul ntre cantitile de CCO (consum chimic de oxigen) i fosforul total s fie cel puin40/1, raportul ntre cantitile de CBO (consum biologic de oxigen), iar fosforul total s fie cel puin 18/1.

De menionat c eliminarea biologic a fosforului poate avea loc simultan sau independent cu eliminareabiologic a azotului, dar n majoritatea cazurilor procesele sunt conduse simultan. n figura 5.8 sunt prezentate douinstalaii de eliminare biologic a fosforului n bazine cu nmol activ, una pentru eliminarea fosforului concomitentcu eliminarea materiilor organice (Sistemul Pho-redox simplu (A/O)) (vezi figura 5.8 sus), iar cealalt pentrueliminarea att a materiei organice ct i a fosforului i azotului(Pho-redox cu trei zone (A2/O))(vezi figura 5.8 jos).

Fig. 5.8Sistemele Pho-redox simplu (A/O) i Pho-redox cu trei zone (A2/O)


9/25

5.2 Instalaiide reinere avansat a suspensiilor solide din apele uzate

Avnd n vedere c unul dintre principlele deziderate ale epurrii avansate l reprezint eliminareasuspensiilor solide i a coloizilor ntr-un grad mult superior celui realizat n staiile clasice de epurare a apelor uzate,metoda cea mai adecvat de separare utilizatn acest scop este filtrarea. Filtrarea este procesul de separare a unuisistem eterogen lichid solid n fazele constituente cu ajutorul unui mediu de filtrare poros. Fora motrice careimpune procesul de filtrare este de obicei diferena dintre presiunile care se exercit pe suprafeele libere alesistemului eterogen i mediului de filtrare. Sub aciunea forei motrice lichidul din sistemul eterogen trece prin poriimediului de filtrare separndu-se sub form de filtrat (adic lichid liber de faza solid) n timp ce particulele solide,aflate n suspensie n mediul eterogen, sunt reinute de mediul filtrant, pe suprafaa sa n special, dar i n porii sintr-o oarecare msur.Astfel, pe msur ce procesul de filtrare are loc, pe suprafaa mediului filtrant se formeazun strat de precipitat umed care la rndul su va aciona ca un mediu de filtrare suplimentar, ponderea sa n procesulde filtrare fiind din ce n ce mai mare pe msur ce grosimea stratului de precipitat crete. De obicei, separarea prinfiltrare este foarte avansat n ceea ce privete calitatea filtratului, dar mai puin avansat n ceea ce privete calitatea

precipitatului, care totdeauna rmne mbibat cu lichidul din care a fost separat.Procedeele cel mai frecvent utilizate n scopul eliminrii avansate a suspensiilor solide n treapta teriar a

staiilor de epurare sunt micrositarea, filtrarea prin strat granular, filtrarea prin membrane, ultrafiltrarea prinosmoza invers i electrodializa.

5.2.1 Instalaii de reinere prin micrositare a suspensiilor solide din apele uzate

Micrositarea este un procedeu mixt de eliminare avansat a suspensilor solide utilizat mai ales ntratamentele din treapta teriar, dar care mai este utilizat i n tratamentele preliminare (n treapta mecanic), sau ntratarea apelor meteorice. Echipamentele care realizeaz micrositarea se numesc instalaii de micrositarei acestease pot mpri n dou mari categorii, dup forma suprafeelor active de separare, i anume: instalaii de micrositarecu tamburi instalaii micrositare cu discuri.

Instalaiile de micrositare cu tambur sunt constituite dintr-un tambur rotativ cu ax orizontal care areprevzut pe suprafaa sa cilindric lateral (care se constituie n suprafaa activ de separare) o estur cu ochiurifoarte fine. Principiul su de lucru, relativ simplu, este urmtorul (vezi schemele din figura 5.9): influentul de apuzat brut este introdus n interiorul tamburului de micrositare, care se rotete cu turaie mic, i trece(gravitaional) prin sa suprafaa activ, pe care sunt reinute suspensiile solide. Efluentul clarificat, rezultat dintrecerea apei supuse tratamentului prin suprafaa filtrant, este evacuat ntr-un rezervor inferior (n care tamburuleste imersat parial). Pe msur ce procesul de micrositare are loc, suprafaa activ se ncarc cu reineri i astfel se

formeaz un strat de precipitat care realizeaz filtrarea fluxului de ap uzat supus tra tamentului. Ca rezultat alformrii stratului de filtrare, are loc creterea rezistenei la trecerea apei prin suprafaa activ a tamburului i nivelulapei din interiorul acestuia crete. Pentru obinerea unui flux constant de ap care parcurge instalaia, suprafaaactiv a tamburului trebuie periodic curat i n acest scop, de regul sunt prevzute jeturi de ap curat sub

presiune, orientate dinspre exteriorul ctre interiorul tamburului, care creaz un curent de ap de splare caremobilizeaz i nglobeaz reinerile din ochiurile esturii filtrante. Curentul de ap de splare este captat ninteriorul unor jgheaburi special prevzute, de unde este evacuat la canalizare. De menionat c faza de curare asuprafeei active are loc fr ntrerupereaprocesului de micrositare, comanda de pornire-oprire a jeturilor de splarefiind iniiat automat de valoarea nivelului apei din interorul tamburului, i c apa necesar splarii este preluat dinefluentul clarificat, reprezentnd un mic procent din acesta.

Fig. 5.9Principiul de funcionare al instalaiilor de micrositare cu tambur []

Instalaiile de micrositare cu discuri au avantajulc la acelai gabarit prezint o suprafa activ de reineremult mai mare dect a instalaiilor de micrositare cu tambur. Principial (vezi schemele din figura 5.10) acestea suntconstituite dintr-o multitudine de discuri rotative (cu axa de rotaie orizontal) a cror suprafee frontale sunt


10/25

constituite din estur cu ochiuri fine. Infuentul de ap uzat brut ptrunde gravitaional n interiorul tuturordiscurilor printr-un jgeab central de distribuie, apoi trece prin suprafeele filtrante ale discurilor, separndu-se desuspensiile solide care sunt reinute pe prile interioare ale suprafeelor filtrante ale discurilor. C i la variantele de microsite cu tambur, curarea suprafeelor filtrante de reinere a suspensiilor solide este realizat tot cu jeturi de apcurat sub presiune, orientate dinspre exteriorul ctre interiorul discurilor, n numr i cu distribuie corespunztoare.Comanda iniierii sau opririi jeturilor se face tot pe baza valorii nivelului de ap din interiorul discurilor, splareafcndu-se, de asemenea, fr ntreruperea procesului de lucru. De menionat c curenii de ap de splare isuspensii mobilizate sunt preluai n interiorul unor jgheaburi speciale, plasate tot n zona central a discurilor (ca isistemul de distribuie a influentului), de unde sunt evacuai la canalizare.

Fig. 5.10Principiul de funcionare ale instalaiilor de micrositare cu discuri []

5.2.2 Instalaii de reinere a suspensiilor solide din apele uzateprin filtrare prin strat granular

Filtrarea prin strat granular este un procedeu frecvent folosit pentru clarificarea att a apelor uzate ct i aapelor de alimentare. Filtrele cu strat granular sunt instalaii care asigur o eficien de ndeprtare a suspensiilorsolide de pn la 60%, pentru filtrele cu un singur strat granular i de pn la 75%, pentru filtrele cu straturigranulare multiple.

Parametrul caracteristic al filtrelor cu strat granular este viteza de filtrare w f [m/h] care se stabilete curelaia:

A

Qw f (5.5)

n care: Q [m3/h]debitul de ap ce strbate filtrul;A [m2]aria suprafeei orizontale ocupat de stratul granular.

Clasificarea filtrelor cu strat granular se face dup mai multe criterii i anume:

- dup viteza de filtrare:

- filtre lente, cu valori ale vitezei de filtrare ntre 0,104 0,167 m/h (2,5 - 4 m/zi);- filtre rapide, cu valori ale vitezei de filtrare ntre 5 7 m/h (se utilizeaz la tratamentul n

vederea potabilizrii apei) i 7 15 m/h (se utilizeaz la tratamentul apelor industriale);- filtre ultrarapide, cu valori ale vitezei de filtrare peste 15 m/h.

- dup compoziia stratului granular:

- filtre uni-strat, la care stratul granular de lucru este constituit n totalitate din particule cu aceleaicaracteristici;

- filtre multi-strat, la care stratul granular de lucru este constituit din mai multe straturi aezatesuccesiv (unul peste altul), formate din particule cu caracteristici diferite.

- dup presiunea de lucru:

- filtre deschise (cu nivel liber), care lucreaz la presiune atmosferic;- filtre nchise, care lucreaz sub presiune.


11/25

n continuare vor fi prezentate cele mai reprezentative tipuri de filtre cu strat granular ntlnite mai frecvent

n practica epurrii avansate a apelor uzate i anumefiltrele rapide deschise (gravitaionale)ifiltrele rapide nchise(sub presiune).

La filtrele rapide reinerea suspensiilor solide se face n tot volumul stratului granular i din cauz laaceast categorie de filtre nu se formeaz pelicul biologic pe suprafaa stratului granular, efluentul rezultatnecesito operaie de dezinfectare ulterioar. Procesul de filtrare rapid poate fi mult mbuntit dac se realizeazo tratare prealabil cu coagulani.

Filtrele rapide deschiseau urmtoarea componen (vezi figura 5.11): o camer frontal care este conectatla conducta de admisie 1, conducta de golire a camerei frontale 4 i conducta de preaplin 6; un numr de jgheaburiconectate cu camera frontal, stratul granular, radierul drenant i camera de ap filtrat care este conectat laconducta de evacuare a apei filtrate 2, la conducta de admisie a apei de splare 3 i la conducta de golire a camereide ap filtrat 5.

Fig. 5.11Filtru cu strat granular rapid deschis []

Filtrele rapide deschise au ciclul de funcionare format din urmtoarele faze succesive:

- faza de filtrare a apei care se face astfel: se introduce apa brut n camera frontal prin deschiderearobinetului conductei de admisie 1, (n aceast faz fiind nchide robinetele conductei de splare 3, conductei degolire a camerei frontale 4 i conductei de golire a camerei de ap filtrat 5) de unde este distribuit n mod ct maiuniform pe toat suprafaa stratului granular pe care l parcurge de sus n jos, trece prin radierul drenant i ajunge ncamera de ap filtrat de unde este evacuat prin conducta 2, al crei robinet este deschis; faza de filtrare sedesfoar corespunztor o perioad de timp n care porii stratului granular acumuleaz suspensii solide i period ncare pierderea de sarcin a filtrului crete de la o valoare iniial minim, corespunztoare nceputului fazei defiltrare, pn la o valoare limit maxim, corespuztoare sfritului fazei de filtrare, atunci cnd la trecerea apei prin

porii colmatai ai stratului granular conduce la antrenarea suspensiilor reinute i apa iese tulbure din filtru, avndcalitate necorespunztoare;-faza de curare a filtrului se face n momentul apariei apei filtrate cu calitate necorespunztoare, astfel:

se nchid robinetele conductei de alimentare 1, conductei de evacuare a apei filtrate 2 i conductei de golire 5 i sedeschide robinetul conductei de admisie a apei de splare 3 i se creeaz un curent de ap de splare (ap curat,limpezit), care parcurge ct mai uniform stratul granular de jos n sus (adic n sens invers circulaiei apei n fazade filtrare) cu vitez de 7 10 ori mai mare dect cea din faza de filtrare; sub aciunea curentului de ap de splarestratul granular se expandeaz, particulele sale constituente se agit i se lovesc ntre ele elibernd suspensiile solidereinute care sunt antrenate de curentul ascendent; apa de splare mpreun cu suspensiile antrenate sunt colectate n

jgeaburile de uniformizare de unde sunt evacuate n camera frontal i de aici la canalizare prin conducta 4, al careirobinet este deschis; viteza curentului de ap de splare se regleaz astfel nct sub aciunea sa stratul granular s seexpandeze i agite suficient de energic dar s se produc antrenarea n curentul de ap numai a suspensiilor reinute,dar nu i a granulelor stratului; splarea filtrului dureaz 15-20 minute i se face de ori cte ori este nevoie (de

regul, de 1-2 ori n 24 ore de funcionare)Filtrele rapide nchise pot fi de tip vertical sau orizontal ( dup direcia de circulaie a apei prin filtru). nfigura 5.12 este prezentat un filtru rapid nchis vertical care au urmtoarea componen: un rezervor nchis (construitde obicei din tabl de oel), prevzut cu un radier drenant pe care se dispune stratul granular. n camera de ap brut,


12/25

format deasupra stratului granular (care mai este denumit i camer superioar), sunt prevzute conducta deadmisie 1 a influentului de ap brut, plnia de captare 8 i conducta de evacuare 4 a apei de splare i con ducta deaerisire 6. n camera de ap filtrat (denumit i camer inferioar), format sub radierul drenant sunt prevzuteconductele de evacuare a apei filtrate 2, de admisie a apei de splare 3, de golire 5 i de aerisire 7 De menionat, cn zona de deasupra stratului granular, filtrul este prevzut cu o gur de vizitare. Dimensional, filtrele nchise serealizeaz pn la diametre de maximum 3 m.

Fig. 5.12Filtru cu strat granular rapid nchis []

Filtrele rapide nchise au ciclul de funcionare similar cu cel al filtrelor rapide deschise, cu urmtoareleparticulariti:

-faza de filtrare a apei care se face astfel: se introduce apa brut, sub presiune, n camera superioar prindeschiderea robinetului conductei de admisie 1, (n aceast faz fiind nchide robinetele conductei de admisie a apei

splare 3, conductei de evacuare a apei splare 4 i conductei de golire 5) i strbate stratul granular de sus n jos, ncare are loc de reinere a suspensiilor solide; dup parcurgerea stratului granular, apa clarificat trece prin radieruldrenant i ajunge n camera inferioar de unde este evacuat prin conducta de evacuare a apei filtrate, al creirobinet 2 este deschis; ca i la filtrele rapide deschise, faza de filtrare se desfoar corespunztor pe perioada detimp n care pierderea de sarcin a filtrului are valori sub valoarea limit maxim, iar calitatea apei filtrate estecorespunztoare (nu este tulbure); de menionat c la iniierea fazei de filtrare, pentru a avea o funcionarecorespunztoare, trebuie neaprat s fie evacuat aerul din instalaie, operaie care se realizeaz prin intermediulrobinetelor de aerisire 6 i 7, dup care acestea se nchid;

-faza de curare a filtrului se iniiaz n momentul apariiei apei filtrate cu calitate necorespunztoare,astfel: se nchid robinetele conductei de alimentare 1, conductei de evacuare a apei filtrate 2 i conductei de golire 5,

precum i robinetele de aerisire 6 i 7 i se deschide robinetul conductei de admisie a apei de splare 3 i robinetulconductei de evacuare a apei de splare 4 i similar cu curarea filtrelor rapide deschise, se creeaz un curent de apde splare (ap curat, limpezit), care parcurge stratul granular de jos n sus i care expandeaz i agit particulele

sale constituente, elibernd astfel suspensiile solide reinute; curentul de ap de splare i reineri mobilizate estecaptat n plnia 8 de unde sunt evacuate la canalizare prin conducta de evacuare a apei de splare; de menionat c in acest caz viteza curentului de ap de splare trebuie s fie astfel reglat nct sub aciunea s aib loc expandareai agitarea corespunztoare a stratului granular, dar fr antrenarea granulelor stratului cu curentul de ap de splare;se menioneaz de asemenea c toate interveniile asupra componentelor interioare ale filtrului rapid nchis, precumi formarea i scoaterea stratului granular se realizeaz prin gura de vizitare, cu filtrul golit de ap.

5.2.3 Instalaii de reinere a suspensiilor solide din apele uzateprin filtrare prin membrane

Tratarea apelor uzate utiliznd membrane de microfiltrare sau ultrafiltrare a aprut i s -a dezvoltat ca unprocedeu distinct care se constituiue ca o alternativ la tratamentul clasic, mecano-biologic al apelor uzate. Acestprocedeu prezint urmtoarele avantaje n comparaie cu modul clasic de tratare a apelor uzate: se modific i sesimplific radical structura staiilor de epurare a apelor uzate fcnd posibil renunarea la anumite obiecte

tehnologice din staiile clasice (cum ar fi decantoarele, de exemplu), i prin aceasta se reduc semnificativ suprafeelenecesare pentru dispunerea staiilor de epurare; se pot prelucra apa uzate cu ncrcri mari de poluani, cu valoripn la 20000 mg/l; microfiltrarea i ultrafiltrarea prin membrane conduce la reinerea majoritii materiilor volatilesolubile cu mas molecular mare, situaie care favorizeaz eliminarea acestora prin mijloace biologice


13/25

(biodegradare); prezint o bun capacitate de dezinfectare, asigurnd reduceri apreciabile ale ncrcrii apei cubacterii i virusuri; asigur obinerea unor eflueni cu o calitate superioar. Principial, procedeul de tratarea apelorprin utilizarea membranelor este constituit din combinarea unui tratament biologic cu nmol activ i trecereaefluentului rezultat printr-un ansamblu (baterie) de membrane de microfiltrare sau ultrafiltrare. Astfel se combin

beneficiile epurrii biologice i micro sau ultra-filtrarii, i se asigur o separare avansat a ncrcrilor cu suspensiisolide i substane dizolvate, organice sau anorganice, din apele uzate, precum i o biodegradare accentuat areinerilor, mai ales datorit duratei mari de retenie a mapei uzate n bioreactor (ntre 30 60 zile).

Principial, au fost dezvoltate dou variante de sis teme de tratare a apelor uzate prin utilizarea membranelori anume: sistemul n care micro sau ultra-filtrarea prin membrane se face separat, n afara bioreactorului (cumembrane externe), caz n care ansamblul de membrane se constituie ntr-o instalaie separat, plasat consecutiv

bioreactorului, isistemul n care micro sau ultra-filtrarea prin membrane se face chiar n bioreactor (cu membraneinterne), caz n care ansamblul de membrane este plasat chiar n interiorul bazinului bioreactorului, ntr-oconstrucie integrat.

Fig. 5.13Schema de principiu a sistemului cu membrane externe

Sistemul cu membrane externe (vezi figura 5.13) are urmtoarea structur: un bioreactor, o staie depompare i instalaia de microfiltrare cu membrane. Funcionarea sistemului este urmtoarea: influentul de ap esteintrodus n bazinul bioreactorului, n care are loc tratarea biologic a acestuia (n diferite condiii: aerobe, anaerobesau anoxice) dup care efluentul bioreactorului este absorbit cu pomp i transmis cu presiune nalt (280 400 kPa)instalaiei de microfiltrare cu membrane n care sunt separate majoritatea suspensilor i substanelor dizolvate,minerale i organice; mpuritile reinute, sub form de nmol, sunt recirculate n bazinul bioreactorului unde suntsupuse din nou tratamentului biologic; efluentul de ap microfiltrat (filtratul) este evacuat ctre receptor.

Fig. 5.14Schema de principiu a sistemului cu membrane interne

Sistemul cu membrane interne(vezi figura 5.14) are urmtoarea structur: un bioreactor, n al crui bazinsunt cufundate bateriile de membrane, i o staie de pompare. Funcionarea sistemului este urmtoarea: influentul deap este introdus n bazinulbioreactorului n care are loc tratarea biologic a acestuia (n diferite condiii: aerobe,

anaerobe sau anoxice); evacuarea efluentului din bioreactor se face sub aciunea unei pompe, care trece apa tratatbiologic prin porii membranelor, pe suprafeeleactive ale acestora fiind reinute, ca i n cazul anterior, suspensiilesolide i substanele dizolvate. De menionat c n acest aranjament presiunea necesar procesului de microfiltrareeste mult mai redus (28 56 kPa) iar reinerile organice de pe membrane sunt atacate direct de biomasa de bacterii


14/25

din bazinul de reacie, care formeaz i pelicule biologice, pe suprafeele active ale membranelor (n acest caz, numai este nevoie de recircularea reinerilor, ca la sistemele cu membrane externe, ceea c e se constituie ntr-unimportant avantaj).

Pentru a putea face o eventual alegere ntre cele dou variante de sisteme n continuare sunt prezentatecomparativ avantajele i dezavantajelele acestora, i anume:

- pentru sistemele cu membrane externe- costuri cu aerarea n bazinele bioreactoarelor reduse (cca. 20%din costurile de la bazinele bioreactoarelor cu membrane interne); costuri mari pentru pomparea apei; suprafaa

necesar redus pentru plasarea sistemului, curare mai frecvent a membranelor;costuri de exploatare mai ridicate,costuri de investiii mai reduse,

- pentru sistemele cu membrane interne - costuri cu aerarea n bazinele bioreactoarelor ridicate; costurireduse pentru pomparea apei (cca. 28% din costurile de la sistemele cu membran e externe); suprafaa necesar

pentru plasarea sistemului mai mare dect la sistemele cu membrane externe, curare mai rar a membranelor;costuri de exploatare mai reduse, costuri de investiii mai ridicate.

5.2.4 Instalaii de reinere aunor impuriti din apele uzate prin osmoz invers i eletrodializ

5.2.4.1 Eliminarea impuritilor din apeprin osmoz invers

Osmozaeste un fenomen care are loc atunci cnd dou soluii cu concentraii diferite sunt separate printr-omembran semipermeabil (adic permeabil numai pentru solvent i nu pentru substana dizolvat), n care

solventul trece prin membrana semipermeabil dinspre soluia mai diluat ctre soluia mai concentrat pn nmomentul n care presiunea hidrostatic care se exercit asupra soluiei mai concentrate atinge o valoare de echilibrudenumit presiune osmotic (vezi schema de principiu din figura 5.15). Presiunea osmotic este o proprietate asoluiilor i pentru o anumit soluie valoarea acesteia depinde de concentraia substanei dizolvate i de temperatur.

Osmoza invers este un proces care se realizeaz n sens invers osmozei normale prin care se exercitasupra soluiei mai concentrate o presiune mai mare dect presiunea osmotic, ceea ce determin o circulaie inversa solventului fa de osmoza normal, adic dinspre soluia mai concentrat ctre soluia mai diluat.

Fig. 5.15Schema de principiu a osmozei

n tratamentul apelor, osmoza invers se aplic pentru purificarea avansat, obinndu-se eflueni cu gradfoarte ridicat de epurare (de peste 99%), dar i pentru eliminarea diferitelor substane dizolvate (de exemplu sruriale unor metale).

n scopul realizrii tratamentului prin osmoz invers influentul de ap brut este trecut sub presiune (vezifigura 5.16) printr-o celul de n care sunt dispuse spiralat mai multe membrane osmotice, care sunt ansambluri cuurmtoarea componen: membrana semipermeabil care pe o parte are situat o folie perforat care se constituientr-un strat (cavitate) de alimentare cu ap brut, iar pe cealalt parte o folie din material poros care absoarbefiltratul care parcurge membrana osmotic. Acest ansamblu este izolat pe ambele pri cu folii impermeabile.Influentul de ap brut sub presiune este introdus printr-una din extremitile laterale ale celulei de osmoz i ajunge

pe suprafeele active ale membranelor osmotice prin intermediul cavitilor de alimentare. Dup de parcurgemembranele osmotice, filtratul este absorbit de straturile din material poros care l conduce i l descarc ntr-un tub

central perforat de unde este evacuat sub form de efluent de ap tratat printr-o conduct central. Substanelereinute pe suprafeele active ale membranelor osmotice sunt antrenate de curenii de ap brut, care nu traverseazmembrana osmotic, parcurg pe direcie longitudinal cavitile de alimentare i prasesc celula de osmoz pe lacealalt extremitate lateral, sub form de soluie concentrat.


15/25

Fig. 5.16Schema structurii unei celule de osmoz invers

1.4.3.3 Eliminarea impuritilor din apeprin electrodializ

Electrodializaeste un procedeu de separare prin membrane a unei soluii ionizate, prin care ionii din soluiesunt transportai prin membrane semipermeabile, sub aciunea unei potenial electric. Membranele utilizate suntanion sau cation selective, adic aceste membrane permit n timpul procesului de electrodializ trecerea doar aionilor pozitivi, respectiv a ionilor negativi. Membranele cation-selective sunt realizate din polielectrolii ncrcainegativ care resping ionii negativi i permit trecerea numai a ionilor pozitivi, n timp ce membranele anion-selectiveresping ionii pozitivi i permit trecerea numai a ionilor negativi (vezi figura 5.17, n care este prezentata procesul deelectrodializ pentru o aplicaie tipic care este tratamentul de desalinizare a apelor srturate).

Fig. 5.17Schema de principiu a electrodializei (proces de desalinizare prin electrodializ)

5.3 Instalaii de eliminare a unor substanelor greu de reinutprin procedee clasice din apele uzate

5.3.1 Eliminarea substanelor organicei mineraleprin absorbie pe carbon activ

Eliminarea substanelor organice dizolvate se face n modul cel mai eficient prin utilizarea carbonului activ.Sistemelor de tratare cu carbon activ, pe lng faptul c prezint o mare capacitate de eliminare a substanelororganice, mai prezint avantajul unei mari flexibiliti putnd fi utilizate cu succes pentru absoria unei mari varieti

de substane, multe dintre ele fiind nebiodegradabile.Instalaiile de tratare cu carbon activ se prezint n practic sub forma unor filtre rapide cu strat granular, lacare stratul granular este constituit din granule de carbon activat. Proprietile de absorbie ale filtrel or cu strat decarbon activ se datoresc ndeosebi suprafeei mari de absorbie pe care o prezint structura poroas a stratului de


16/25

carbon activat. Pe lng capacitile de absobie, filtrele cu strat de carbon activ mai prezint n anumite situaii iproprieti de filtrare.

La parcugerea stratului granular de carbon activ de ctre influentul de ap brut, eliminarea substanelororganice se face prin dou mecanisme distincte i anume: absorbia, care apare la trecerea substanelor organicedizolvate, antrenate de curentul de influent, prin porii stratului granular, care ader la granulele de carbon activdatorit forelor de atracie intermolecular i biodegradarea, n care substanele organice reinute se constituie nsubstrat pentru biomasa bacterian care se dezvolt n stratul granular. Din studiile efectuate se poate spune cfenomenul de absorbie este predominant dar i fenomenul de biodegradare i are importana sa, i are o contribuiemai semnificativ pe msur ce biomasa bacterian se dezvolt.

n general filtrele cu carbon activ se pot clasifica dup mai multe criterii i anume:

- dup direcia de parcurgere a stratului granular de carbon activ de ctre influentul de ap brut:

- cu direcia de parcurgere a stratului granular de sus njos;- cu direcia de parcurgere a stratului granular de jos n sus;

- dup modul n care se asigur presiunea de lucru necesar desfurrii procesului :

- sub form de filtre rapide deschise (cu nivel liber), la care presiunea de lucru se asigur pe calegravitaional;

- sub form de filtre rapide nchise, la care presiunea de lucru se asigur prin utilizarea pompelor;

- dup tipul stratului granular cu carbon activ:

- cu strat granular fixat;- cu strat granular mobil;

- dup tipul aranjamemtul instalaiilor de absobie cu carbon activ:

- instalaii individuale (ntr-o singur treapt), care de obicei se plaseaz n paralel;- instalaii plasate n serie (n mai multe trepte);

n figura 5.18 este prezentat un filtru rapid deschis cu strat din carbon activ, iar n figura 5.19 este prezentatun filtru rapid nchis cu strat din carbon activ, care sunt instalaiile tipice de absorbie pe carbon activ, avandstructuri similare celor descrise n paragraful referitor la filtrele rapide cu strat granular.

Fig. 5.18Filtru rapid deschis cu strat granular din carbon activ


17/25

Fig. 5.19Filtru rapid nchis cu strat granular din carbon activ

Componentul cu cea mai mare importan din structura instalaiilor cu carbon activ l reprezint chiar

materialul granular i anume carbonul activ. Carbonul activ se poate obine dintr-o mare varietate de materiale cumar: crbune, lignit, lemn carbonizat, turb, smburi vegetali, trestie de zahr, rumegu, oase sau reziduri petroliere.Toate materialele din care se obine carbonul activ trebuie, n principiu, s aib o structur oarecum poroas ioriginea bazat pe carbon. Proprietile absorbante ale carbonului activat sunt direct legate de originea sa (carbonulactiv de cea mai bun calitate se obine din crbune, lignit, smburi vegetali i reziduri petroliere) i de modul su deobinere (procesare).

Modul de obinere a carbonului activ, denumit i proces de activare i const n tratarea termic amaterialelor indicate anterior cu aburi la temperaturi de 750 - 950C n atmosfer srcit n oxigen. Reacia dintrecarbon i aburi este urmtoarea.

C + H2O H2+ CO31 kcal (5.6)

Reacia poate fi favorizat prin utilizarea unuia sau mai multor ageni de dezhidratare (de exemplu: clorura

de zinc, acidul fosforic sau alii).Activarea carbonului se realizeaz mai ales n Europa dup o schem alternativ, care utilizeaztemperaturi de proces mai reduse (400 - 600C). De asemenea se utilizeaz i metode de activare chimic acarbonului prin utilizarea de ageni de deshidratare, ns fr aciunea aburului sau altor gaze oxidante. De remarcatc pentru obinerea de carbon activat cu caracteristici superioare (adic cu calitate i caracteristici uniforme) trebuieca procedura de activare s fiefoarte riguros respectat. Odat activat, materialul obinut este, dup caz, mrunitsau agregat, i apoi splat succesiv cu acid i cu ap, dup care este nscuit sau mpachetat. De menionat c pe

pia este comercializat carbon activ cu o mare varietate de granulaii.Prin activare structura oarecum poroas a materialului iniial devine una cu porozitate accentuat format

din pori cu dimensiuni neregulate cuprini ntr-o structur cristalin grafitic. Gama de valori ale dimensiunilorporilor se ncadreaz ntre 10 1000 anstromi (de la dimensiunile celor mai fine capilare la dimensiunilemacroporilor). Deci, caracterul puternic absorbant al carbonului activ provine chiar din caracteristicile structurii sale

poroase care ofer o suprafa enorm pentru absorbie.

Unul dintre cei mai importani parametri ai tratamentului cu carbon activ l reprezint timpul de retenie alapei brute supuse absorbiei pe carbon activ n instalaie care are valori recomandate ntre 10 40 minute.ncrcarea hidraulic a filtrului cu carbon activ este un parametru dup care se face dimensionarea fizic a

instalaiei, dar care nu are legtur fenomenul de absorbie.


18/25

Funcionarea filtrului rapid cu carbon activ se desfoar atta timp ct capacitatea absorbie a stratul uigranular de carbon activ nu s-a epuizat, fenomenul de epuizare reprezentnd pierderea capacitii de absorbie astratului granular, care se produce n momentul n care cantitatea de molecule absorbite de carbonul activ este nechilibru cu cantitatea de molecule din soluia supus tratamentului. n acest moment, tratamentul de absorie pecarbon activ se ntrerupe i are loc o alt faz important a procesului de lucru al filtrelor rapide cu carbon activ ianume regenerarea stratului granular de carbon activ.

5.3.2 Eliminarea substanelor organicei mineraleprin schimb ionic

Tratamentul apelor uzate prin schimb ionic const n punerea n contact a apei uzate cu o categorie desubstane denumite zeolii, care au capacitatea de a schimba ionii proprii, cu ionii unor substane dizolvate n apasupus tratamentului. Zeoliii pot fi de origine natural sau artificial. n prezent, n instalaiile de schimb ionic din

practic, pe scar larg se utilizeaz zeoliii artificiali sub forma unor rini sintetice (cel mai frecvent polistirenicesau poliacrilice), produse industrial. Aceste rini, sub form de granule cu dimensiuni ntre 0,3 1,3 mm, senglobeaz ntr-un amestec cu cca. 50% ap, formnd geluri cu o structur extrem de poroas. Se menioneaz czeoliii sintetici sunt insolubili n ap sau solveni organici.

Principiul procesului de schimb ionic este urmtorul (vezi figura 5.20 stnga): la fiecare granul dinstructura zeolitului sunt ataate grupri chimice, denumite grupuri funcionale; atunci cnd zeolitul intr n contactcu apa brut, apare tendina ca grupurile funcionale, ataate la zeolii, s intre n interaciune cu substaneledizolvate n ap, n special cu substanele ionizate; interaciunea dintre ionii din ap i grupurile funcionale ale

zeolitului se produce pe cale electrostatic, i const n nlocuirea ionilor din gruprile funcionale ale zeolitului cuioni din apa brut supus tratamentului; avnd n vedere c legturile electrostatice sunt relativ slabe, i aceti ioni larndul lor, sunt schimbai cu ali ioni aflai n apa brut din jurul granulei de zeolit i aa mai departe; avnd nvedere c ionii dizolvai n ap pot fi

Fig. 5.20Schemele proceselor de schimb ionic i de regenerare a schimbtorilor de ioni []

ncrcai pozitiv sau negativ, i zeoliii care interacioneaz cu ionii sunt din dou categorii: schimbtori de ionianionici (care interacioneaz cu ioniinegativi din ap brut) i schimbtori de ioni cationici (care interacioneaz cuionii pozitivi din ap brut); dac se analizeaz o anumit variant de ioni din apa supus tratamentului, se remarcc aceasta cuprinde o mare varietate de ioni, de exemplu ionii pozitivi, denumii i cationi pot fi din diferite categoriisi anume: substane alcaline (sodiu, potasiu), substane alcalino pmntoase (magneziu, calciu, stroniu, bariu,lantaniu, iridiu), metale grele (plumb, cobalt, nichel, mercur), metale u oare (aluminiu, beriliu, titan), materialesemiconductoare (germaniu, galiu, indiu), metale preioase (aur, argint, platin, paladiu); dac se studiaz aborbiacationilor de ctre diferii schimbtori de ioni cationici, se remarc c acetia interacioneaz diferit rezultnd cntre anumii cationi i anumii schimbtori cationici se creeaz legturi puternice, n timp ce ntre alte asemenea

perechi, legturile sunt mult mai slabe; aceast caracteristic este valabil i n cazul perechilor anioni schimbtori

anionici i se constituie ntr-o proprietate a cuplurilor ionischimbtori de ioni denumit selectivitate, care este oproprietate foarte important pentru tratamentele de schimb ionic, prin care se pot ndeprta varieti distincte deioni, utiliznd anumite cupluri ioni schimbtori de ioni; procesul de schimb ionic se produce atta timp ct


19/25

grupurile funcionale ale schimbtorilor de ioni nu sunt nc saturate cu ioni, din apa uzat supus tratamentului,care formeaz formeaz legturi electrostatice puternice; s-ar putea crede c procesul de schimb ionic ar ncetaatunci cnd toi ionii iniiali din grupurile funcionale ale schimbtorilor de ioni (care formeaz legturi slabe) ar finlocuii cu ioni din apa brut care formeaz legturi puternice, dar n realitate nu este chiar aa, fiindc procesul vanceta chiar cnd un anumit numr de ioni iniiali din grupurile funcionale ale zeolitului nc nu au fost nlocuii,fenomen care poart numele de efect de mascare face ca procesul de schimb ionic s nceteze chiar n prezenaionilor care formeaz legturi puternice (denumii ioni selectivi), atunci cnd concentraia ionilor iniiali este foartemare (bineneles, mult mai mare dect concentraia de ioni selectivi) i contracareaz procesul de schimb ionic; nmomentul ncetrii capacitii de schimb ionic a zeolitului, procesul se ntrerupe i are loc faza de regenerare a

zeolitului(vezi figura 5.20 dreapta), care se face cu o soluie concentrat de ioni iniiali, avnd o concentraie mul tmai mare dect a ionilor selectivi legai de grupurile funcionale n timpul procesului de schimb ionic, pe care inlocuiete printr-un proces invers (avnd n vedere i cele artate anterior); pentru ca regenerarea s aib loc maieficient se pot folosi, pe lng soluiile concentrate de ioni iniiali i soluii acide (cu exces de ioni H+), respectivsoluii bazice (cu exces de ioni OH -); de menionat c odat cu trecerea soluiilor de regenerare prin instalaie, suntantrenai i se ndeprteaz i ionii selectivi, extrai din apa uzat n timpul fazei de schimb ionic; odat utilizate,soluiile de regenerare pot fi evacuate sau pot fi colectate i tratate (pentru reinerea ionilor selectivi extrai, nscopul reutilizrii acestora).

Schema de principiu a unei instalaii de schimb ionic este prezentat n figura 5.21.

Fig. 5.21Schema de principiu a unei instalaii de schib ionic []

Instalaia este compus dintr-un recipient n care este plasat un strat de granule de zeolit (rinschimbtoare de ioni), pe un radier drenant, un sistem format din conducte i robinete care comunic cu partea derecipient de deasupra stratului de zeolit, respectiv un sistem format din conducte i robinete care comunic cu parteade recipient de dedesuptul stratului de zeolit. n timpul procesului de schimb ionic recipientul lucreaz sub presiune.De menionat c recipientul este prevzut cu o gur de vizitare, pe unde, n timpul unor intervenii cu instalaiascoas din funciune, se poate introduce sau scoate zeolit , sau se poate interveni n caz de nevoie.

Ciclul de funcionare a unei instalaii de schimb ionic este format din urmtoarele faze succesive:

- faza de schimb ionic propriu-zis n care apa uzat brut ntr n instalaie sub presiune pe la parteasuperioar a stratului de granule de zeolit, l parcurge de sus n jos, dup care prsete nstalaia pe la parteainferioar a stratului de granule de zeolit sub form de ap purificat;

- faza de regenerare n care soluia de regenerare ptrunde n instalaie, tot sub presiune, pe la parteasuperioar a stratului de granule de zeolit, pe care l parcurge tot de sus n jos, dup care prsete instalaia pe la

partea inferioar a stratului de granule de zeolit, sub form de soluie de regenerare epuizat care conine substanelepoluante absorbite de granulele de zeolit n tipul fazei de schimb ionic propriu-zis;

-faza de splarea stratului de zeolit, care se realizeaz cu ap purificat sub presiune, n sens contrar celorde la fazele de schimb ionic i regenerare, adic de jos n sus, care produce afnarea stratului de granule de zeolitregenerat i evacuarea unor substane formate n cadrul fazei de regenerare, reinute n stratul de zeolit.

5.3.3 Eliminarea compuilor organici biorezisteni prin oxidare chimic

n procesele tehnologice din diferite industrii cum ar fi: industria celulozei i hrtiei, industria farmaceutic,industria chimic i altele se utilizeaz compui organici compleci ca ageni importani i indispensabili. Anumitecantiti din aceste substane, deosebit de periculoase i toxice pentru om i natur, ajung i n apa uzat industrial


20/25

evacuat de unitile din aceste industrii, pe care o polueaz. Eliminarea din apa uzat a acestei categorii de poluanieste deosebit de dificil,nefiind posibil prin mijloacele clasice utilizate n staiile de epurare mecano-biologice.

n scopul eliminrii acestor compui organici greu biodegradabili (cum ar fi: aldehide, fenoli, componentefitofarmaceutice, detergeni, etc) dar i pentru eliminarea anumitor substane minerale nedorite (cum ar fi: fierul,manganul, sulfaii, sulfurile, cianurile, etc.) se utilizeaz diferite procedee chimice de tratament, majoritatea dintreele bazate pe reacii de oxireducere. utilizndu-se diferii ageni oxidani cum ar fi: clorul, ozonul, gruparea hidroxil,etc., sau tratamentele de iradire sau eletrochimice.

n prezent, pentru eliminarea compuilor chimici greu biodegradabili se utilizeaz o serie de procedeemoderne, denumite generic tehnologii de oxidare chimic, care, n principiu utilizeaz cam acelai mecanism delucru i anume: modificarea structurii compuilor organici greu biodegradabili prin aciunea agenilor oxidani, prinfragmentarea acesteia, rezultnd compui cu o structur mult mai simpl (cum ar fi: alcooli, acizi carboxilici, etc.)care pot fi fi mult mai uor eliminai biologic n comparaie cu compuii de origine. Principalele tehnologii deoxidare chimic utilizate n lume la ora actual sunt:

-procesele de oxidare avansatcare n care se folosesc ca ageni de oxidare: ozonul (O3) activat cu radiaiiUV, ozonul activat cu peroxid de hidrogen (H2O2ap oxigenat) sau peroxidul de hidrogen activat cu radiaii UV,se utilizeaz cu eficien foarte ridicat la eliminarea din ap uzat a unui mare numr de varieti de compuiorganici cum ar fi: hidrocarburi aromatice, alchene, fenoli, compui halogenai i altele;

-procesele de iradiere cu plasm non-termalcare utilizeaz mijloace ca: plasma produs prin iradiere cufascicule de electroni, descrcrile pulsatorii Corona sau strpungerea mediilor dielectrice, pentru producerea n apasupus tratamentului a unei mari cantiti de ageni extrem de oxidani cum ar fi: oxigen atomic n stare nativ,

oxigen atomic activat i radicali de hidroxil; n condiii normale de temperatur i presiune; sub aciunea acestorageni oxidani compuii organici compleci sunt transformai n compui simpli nepericuloi (ap, bioxid de carbon,acizi i sruri minerale); simultan mai sunt eliminate i alte categorii de substane poluante minerale i organice cumar fi: oxizii de sulf, oxizii de azot, compui organici volatili, etc.

-procese de cavitaie electrohidrauliccare const n crearea de bule de gaze n apa supus tratamentuluisub aciunea unei iradieri continue sau pulsatoare cu ultrasunete; n timpul tratamentului, sub aciunea ultrasunetelor,

bulele de gaz implodeaz (n fraciuni extrem de scurte de timp, mai mici de 1 s, pe durata crora se creeazcondiii de temperatur i presiune foarte ridicate, adic temperaturi cu valori mai mari de 500K i presiuni cuvalori mai mari de 100 atm) i elibereaz gazele i vaporii coninui, care devin ageni deosebit de oxidani; prinacest procedeu se pot elimina compui organici cum ar fi: tetraclormetanul sau hidrogenul sulfurat care sunt oxidaila produi finali ca: bioxid de carbon, radicali de clorur i sulfat;

-procese de iradiere cu fascicule de electroni sau cu raze gamma (adic cu radiaii ionizante) care aplicateapelor uzate supuse tratamentului produc disocierea moleculelor de ap n componentele primare ca: hidrogenul

atomic, hidroxilul nativ, ionii de H i de OH, hidrogenul molecular H2 i peroxidul de hidrogen H2O2; acestecomponente primare se constituie n ageni oxidani, care acioneaz direct sau care se combin cu anumitesubstane din apa brut, formnd radicali puternic oxidani; aceti ageni oxidani reacioneaz cu compuii organicicompleci din apa supus tratamentului din apa supus tratamentului modificndu-le structura prin fracionare ncompui mai simpli, mai uor biodegradabili; prin acest procedeu se pot elimina compui organici greu

biodegradabili ca: bifenil policlorinat, tetraclorometan, tricloroetilen, tetracloroetilen, benzen i alii;- procese de oxidare cu aer umed n care se produce oxidarea chimic a compuilor organici sau a

substanelor minerale oxidabile din apa uzat supus tratamentului, prin aciunea unui flux de gaz oxidant (de regul,un amestec de aer i vapori de ap) la temperatur nalt, cu valori ntre 125-320C i la presiune mare, cu valorintre 5-200 atm; prin acest procedeu se pot elimina din apele supuse tratamentului o gam foarte larg de compuiorganici compleci, precum i o serie de compui anorganici cum ar fi: amoniacul, nitai, azotul, sulfai, fosfai,clorurile, etc.; de menionat c eficacitatea tratamentului este mult crecut dac n cadrul tratamentului se adaugcatalizatori i ageni oxidani (ozon sau peroxid de hidrogen);

-procese de oxidare supercriticcare este o versiune intensiv a oxidrii cu aer umed n care tratamentulse produce la presiuni i temperaturi cu valori peste punctul critic al apei (374C i 221,3 atm); tratamentul areavantajul c permite eliminarea unor compui organici foarte refractari din punct de vedere al biodegradabilitii,fr producerea de oxizi de azot; cu acest tratament se elimin cu succes fenolul, compuii organici halogenai,deeurile farmaceutice, agenii chimici de uz militar, carburanii hidrolizai pentru rachete i nmolurile bio logice;

-procese electrochimicesunt tratamente n care apa uzat brut este supus aciunii unor cmpuri electricecare provoac fenomene de electroliz; n cadrul tuturor acestor procese, radicalii organici sunt atrai, colectai ioxidai (sub aciunea unor ageni oxidani) pe suprafaa anodului, n timp ce metalele sunt atrase i colectate pesuprafaa catodului; acest procedeu se utilizeaz n principal pentru recuperarea din apele uzate a diferitelor metale(cuprului, plumbului, mercurului, zincului, cromului, aurului, argintului, cobaltului i cadmiului), rezultate mai alesdin procesele tehnologice din industriile metalurgic i de prelucrare a metalelor, concomitent cu oxidarea unorsubstane organice greu biodegradabile (de exemplu cianurile);

- procese de fotocatalizcare sunt tratamente prin care n apa uzat brut sunt introdui fotocatalizatoricare reacioneaz la lumina din spectrul vizibil sau UV; prin acest procedeu, care este foarte modern i eficient icare prezint avantajul c se desfoar n condiii normale de temperatur i presiune, pot fi eliminati din apele


21/25

uzate o gam variat de substane poluante de origine organic (hidrocarburi aromatice, compui organoclorurai,compui organofosforoi, etc.), i mineral.

n practica epurrii apelor uzate, utilizarea procedeelor de oxidare chimic este costisitoare att din punctde vedere al investiiilor ct i din punct de vedere al exploatrii ceea ce a condus la o utilizare a sa destul de limitat.

5.4 Instalaii pentru dezinfectarea apelelor uzate

Dezinfectarea este o operaie de eliminare sau de reducere sub o anumit limit admisibil a numrului demicroorganisme din apele supuse tratamentului. n apele uzate menajere se gsesc i se dezvolt microorganisme

patogene, care provoac boli deosebit de periculoase, transmisibile prin ap, cum ar fi: bacterii (Escherichia,Salmonella typhi, Salmonella, Shigella, Vibrio cholerae), protozoare(Balantidium coli, Cryptosporidium parvum,Entamoeba histolyca, Giardia lamblia), viermi (Ascaris lumbricoides, T solium, Trichuris trichiura) i virui(Enterovirus (72 de varieti), virusul Hepatitei A, agentul Norwalk). Aceste microorganisme se gsesc de regul napele uzate, dar se ntlnesc i n cursurile de ap contaminate.

Dezinfectarea este principalul mijloc de inactivare i distrugere a acestor microorganismelor patogene nvederea prevenirii rspndirii unor boli transmisibile prin ap care pot afecta major sntatea oamenilor ianimalelor.

Dezinfectarea se poate face prin mai multe categorii de metode, care se pot clasifica dup urmtoarelecriterii:

- metode care se bazeaz pe utilizarea unor ageni chimici:- clorinarea (clorizarea);- ozonizarea;

- metode care se bazeaz pe utilizarea unor ageni fizici:

- iradierea cu radiaii ultraviolete (UV);- metode care utilizeaz electricitatea;- metode care utilizeaz cldura;

- metode care se bazeaz pe utilizarea unor ageni biologici:

- utilizearea membranelor biologice (de exemplu, n filtrele lente);

-metode oligo-dinamice(bazate pe utilizarea ionilor unor metale,care au aciune bactericid):

- utilizarea argintului;- utilizarea cuprului;- utilizarea aurului;

n continuare vor fi prezentate metodele de dezinfectare a apelor cele mai frecvent utiliz ate n practic ianume: clorinarea, ozonizarea i iradierea cu radiaii UV.

5.4.1 Dezinfectarea apelor uzate prin clorinare

Dezinfectarea apei cu clor este o metod utilizat pe scar larg n practic. n condiii normale de presiune i temperatur,clorul este un gaz galben-verzui, de 2,5 ori mai greu dect

aerul. Lichefierea clorului se produce la temperaturi sub 33C, la presiune atmosferic, sau prin comprimare lapeste 6 atm n condiiile mediului ambiant.

La introducerea clorului gazos n ap acesta se dizolv, formnd mai nti acid hipocloros HOCl, apoihipoclorit ClO-, astfel:

Cl2+ H2O HOCl + HCl (5.7)

HOCl H++ ClO- (5.8)

De menionat c n funcie de pH-ul apei, predominant devine doar unul dintre compui rezultai astfel: napele cu caracter acid predomin acidul hipocloros, n timp ce n apele cu caracter bazic. predomin hipocloritul.Acesti compui (care poart denumirea generic de clor rezidual liber) care se comport ca ageni puternic reactivi(de menionat totui c acidul hipocloros este un agent mai reactiv dect hipocloritul). Sub oricare dintre acesteforme, clorul rezidual liber, fiind un agent deosebit de activ reacioneaz cu un mare numr de compui din apasupus tratamentului. Astfel, acesta reacioneaz ntr-o prim faz cu substane ca hidrogenul sulfurat, fierul,manganul i tiosulfaii, practic cu aproape toi compuii anorganici, ns compuii rezultai din aceste reacii nu au

efect dezinfectant pentru ap. n faza imediat ulterioar, clorul rezidual liber reacioneaz cu substanele organicedin apa supus tratamentului formnd compui cloroorganici (de menionat c din reacia clorului rezidual liber cuamoniacul sau cu compuii organicii pe baz de azot rezult cloraminele, substane care pe de o parte slbescaciunea dezinfectant a clorului dar pe de alt parte prelungesc perioada de aciune a acestuia), de asemenea cu


22/25

aciune nesemnificativ din punct de vedere al dezinfectrii apei. Efectul dezinfectant al clorului rezidual liber aparenumai la contactul acestuia cu microorganismele unicelulare, efectul puternic oxidant al acestuia afectndiremediabil membrana celular i alte organe vitale, i prin aceasta distrugndu -le. De aceea, pentru a se producedezinfectarea eficient a apei supuse tratamentului, este foarte important stabilirea corespunztoare a principalilor

parametri ai procesului, i anume: doza de clorcare trebuie aplicat i durata de reteniea clorului n contact cu apa.Principalii factori care influeneaz procesul de dezinfectare sunt: ncrcarea cu microorganisme a apei supusetratamentului, pH-ul apei (factor care influeneaz mai ales forma sub care se gsete clorul rezidual lider),temperatura apei (factor care accelereaz procesul de dezinfectare odat cu creterea sa, i invers, ncetinete

procesul de dezinfectare odat cu scderea sa), agitarea apei(factor care favorizeaz contactul intim dintre clorulrezidual liber i microorganisme).

Doza de clor necesar unui tratament corespunztor se stabilete att pe baza cerinei de clor pentrudezinfecie ct i pe baza cantitii de clor necesar pentru oxidarea substanelor organice i anorganice din apasupus tratamentului (a crei valoare pentru un timp de contact de 15 minute, se consider a fi de 0,5 mg/l).

n instalaiile de dezinfectare prin clorinare se utilizeaz pe scar larg clorul gazos, care se dozeaz i seinjecteaz n apa supus tratamentului (cazul cel mai frecvent ntlnit n practic), dar n anumite cazuri specifice(dezinfectarea piscinelor, bazinelor i izvoarelor) se poate utiliza ca agent de dezinfectare i hipoclorit de sodiu saude calciu, produse industrial sub form de pulbere, care se administreaz ca atare sau sub forma unor soluii obinute

prin dizolvarea pulberii n ap.Principial o instalaie de dezinfectare prin clorinare cu clor (vezi figura 5.22) este constituit dintr-un

rezervor de clor, un echipament de dozare a clorului gazos, un echipament de injecie a clorului gazos n influentul

de ap brut i un bazin de contact. De menionat c la instalaiile moderne de clorinare cu clor gazos, doza de clorgazos este controlat permanent printr-un sistem de reglare automat.

Fig 5.22Schema de principiu a unei de instalaii de dezinfectare cu clor gazos []

O alt problem a tratamentului de dezinfectare cu clor, apare din cauza caracterului volatil al clorului, carepoate disprea prea repede din bazinul de contact, ceea ce face ca dozele de clor s fie uor supradimensionate. Nici

concentraii de clor rezidual n efluentul instalaiei de dezinfectare cu clor, peste limita admis (0,003 mg/lpermanent, sau 0,005 mg/l, timp de 30 de minute n 24 de ore) nu sunt admise deoarece prezint o toxicitate ridicatpentru fauna acvatic a receptorului. n acest scop, n anumite cazuri se utilizeaz instalaii de declorinare aefluentului n punctul de evacuare a acestuia din instalaia de dezinfecie. Declorinare se face cu instalaii chimice


23/25

speciale, prin utilizarea unor reactivi ca: bioxidul de sulf, disulfatul de sodiu, sulfitul de sodiu, tiosulftul de sodiu,sau prin absorbie n filtre cu carbon activat. n figura 5.23 este prezentat schema de principiu al unei instalaiichimice de declorinare cu bioxid de sulf.

Fig 5.23Schema de principiu a unei de instalaii chimice de declorinare cu bioxid de sulf []

5.4.2 Dezinfectarea apelor uzate prin ozonizare

Ozonul este un agent puternic oxidant bactericid i virucid care extermin microorganismele att prindistrugerea pereilor lor celulari (prin oxidare direct), ct i prin afectarea ireversibil a constituenilor celulari, mai ales a acizilor nucleici (de asemenea prin oxidare direct).

Ozonul (O3) este un gaz instabil produs din asocierea a trei atomi de oxigen, rezultai din disociereaoxigenului molecular (O2) sub aciunea unui flux de energie. Cele mai multe generatoare de ozon utilizeaz ca sursde energie descrcrile electrice ale unui cmp electric alternativ de mare tensiune (6 20 kV) ntr-un mediudielectric care conine oxigen gazos (molecular). Ozonul produs este foarte instabil i se descompune n oxigenatomic la o foarte scurt perioad dup ce a fost generat, atomii liberi de oxigen reasociindu -se rapid n oxigen

molecular, care este forma stabil a oxigenului Atunci cnd ozonul se descompune n ap, oxigenul atomic nativ,care este un agent oxidat deosebit de reactiv, interacioneaz cu moleculele de ap i se formeaz radicali liberi deperoxid de hidrogen (H2O2) i de hidroxil (OH) care au o mare capacitate de oxidare i realizeaz procesul dedistrugere a microorganismelor aa cum s-a artat anterior (ca urmare a unor studii, n prezent, se consider cdistrugerea microorganismelor apare mai ales datorit dezintegrrii pereilor celulari prin oxidare protoplasmatic).Eficiena procesului de dezinfectare cu ozon depinde de sensibilitatea microorganismelor care se caut a fi distrusela aciunea acestui agent, de concentraia de ozon din apa supus tratamentului i de durata de contact dintre ozon iap.

Schema de principiu a unei instalaii de dezinfectare a apei prin ozonizare este prezentat n figura 5.24 .Instalaia este compus n principal din: sistemul de condiionare a gazului de alimentare (care poate fi aeratmosferic sau oxigen gazos), generatorul de ozon, bazinul de contact i echipamentul de distrugere a ozonuluiremanent.

Fig 5.24Schema de principiu a unei instalaii de dezinfectare a apei prin ozonizare []


24/25

Sistemul de condiionare a gazului de alimentare este format dup caz din echipamente de absobie, defiltrare i de uscare a a aerului atmosferic (dac gazul de alimentare utilizat este aerul atmosferic) sau dinechipamente de producere i stocare a oxigenului gazos (dac gazul de alimentare utilizat este oxigenul molecular).

Generatoarele de ozon cel mai frecvent utilizate n practic se bazeaz, aa cum a fost artat anterior pemetoda descrcrilor electrice n mediu dielectric, utiliznd mai ales descrcri produse de cmpuri electrice alternative de nalt tensiune cu frecven mic sau mare. Gazul de alimentare poate fi aer extrem de uscat sauoxigen pur (cu temperatur de condensare de -60C sau mai joas). Efluentul de gaz produs de generatorul de ozon

poate avea o concentraie masic de ozon ntre 0,5 3% dac se utilizeaz aer uscat, n timp ce dac se utilizeazoxigen pur, concentraiile de ozon din efluent pot avea valori de 2 pn la 4 ori mai mari.

Dup generare, efluentul de gaz ozonat este introdus sub form de bule, ntr-un bazin de contact, prinintermediul unor difuzoare plasate pe radierul acestuia, i se deplaseaz de jos n sus prin curentul de ap uzat.Deoarece ozonul se consum repede trebuie ca difuzoarele s fie ct mai uniform plasate pe radierul bazinului, iarnlimea curentului de ap supus tratamentului s fie aleas corespunztor.

Pentru o bun eficien a tratamentului de dezinfectare cu ozon trebuie ca, n timpul procesului, doza deozon s fie meninut riguros la o valoarea corespunztoare.

Gazele reziduale care parsesc bazinul de contact dup ce au parcurs curentul de ap uzat nu trebuiescpate n mediu nconjurtor dect dup ce a fost eliminat orice urm de ozon, n caz contrar putndu -se pune n

pericol mai ales integritatea operatorilor ins talaiei dar i a populaiei limitrofe. Astfel, dac se utilizeaz ca gaz dealimentare oxigenul molecular, gazele reziduale se capteaz i se recircul la generatorul de ozon, n schimb dac seutilizeaz aer atmosferic, atunci instalaia este dotat cu un echipament care distruge ozonul remanent din gazele

reziduale, dup care acestea sunt evacuate n atmosfer fr pericol.Principalele avantaje ale dezinfectrii prin ozonizare sunt: ozonul este un agent dezinfectant mult maiputernic dect clorul, distrugnd o gam foarte larg de bacterii i virui; procesul de deinfectare prin ozonizareutilizeaz durate de reinere mici, cu valori ntre 10 30 minute; n urma dezinfeciei prin ozonizarea nu aparcompui toxici reziduali, care trebuie s fie ndeprtai din apa supus tratamentului, deoarece ozonul sedescompune repede i nu formeaz compui toxici; dup tratamentul de ozonizare nu se produc fenomene dereapariie a microorganismelor distruse; ozonul este un agent care se genereaz direct n cadrul instalaiei dedezinfectare, deci nu apar probleme de transport, manipulare sau depozitare; ozonizarea produce creterea cantitiide oxigen dizolvat din efluent; pe lng dezinfectare, tratamentul de ozonizare are ca efecte favorabile dezodorizareai decolorarea apei supuse tratamentului.

Dezavantajele dezinfectrii prin ozonizare sunt: tehnologia de dezinfectare prin ozonizare este mult maicomplex i costisitoare dect tehnologiile de dezinfectare prin clorinare sau iradiere cu radiaii UV; dozele de ozoncare au eficien n distrugerea microorganismelor, au valori relativ mari; ozonul este un agent puternic reactiv i

corosiv i de aceea instalaiile de ozonizare trebuie s fie construite din materiale anticorozive; ozonizarea nu este unprocedeu economic pentru dezinfectarea apelor cu ncrcri mari de suspensii solide i materii organice; ozonul esteun agent deosebit de iritant i posibil toxic i din aceast cauz trebuie luate msuri mpotriva scprii acestuia nmediul nconjurtor; costurile de investiii i exploatare a instalaiilor de dezinfectare prin ozonizare sunt relativmari.

5.4.3 Dezinfectarea apelor prin iradiere cu radiaii ultraviolete (UV)

Un procedeu de dezinfectare din ce n ce mai utilizat la tratarea efluenilor staiilor de epurare, esteiradierea apelor cu radiaii ultraviolete (UV). Radiaiile UV penetreaz pereii celulari ai micro -organismelor idistrug capacitatea acestora de a se reproduce. Eficacitatea dezinfeciei cu radiaii UV depinde de caracteristicileapelor uzate tratate (n principal de turbiditate i de concentraia de particule coloidale), de intensitatea radiaiilorUV, de durata de retenie a apei tratate n zona de iradiere i de configuraia bazinului de reacie.

Sursele de radiaii UV care se utilizeaz n practic sunt lmpile UV, care de regul sunt lmpi cu vapori demercur de joas sau medie presiune, care emit radiaii cu lungime ade und n gama 250 -270 nm. Lmpile UV dejoas presiune, care sunt cel frecvent utilizate, emit radiaii monocromatice cu lungimea de und de 253,7 nm, audimensiuni standardizate (lungimi de 0,75 - 1,5 m i diametre de 1,5 2 cm) i lucreaz n domenii de temperaturntre 35 - 48C, n timp ce lmpile UV de medie presiune, care de regul se folosesc la instalaii de dezinfecie mari,lucreaz la intensiti de 15-20 mai mari dect lmpile de de joas presiune, au o capacitate de penetrare a radiaiilormult mai mare (datorit intensitii mrite), dar lucreaz la temperaturi mai ridicate i au consumuri de energie mairidicate. Din punct de vedere al contactului direct cu apa tratat exist dou tipuri de lmpi UV i anume lmpi carefuncioneaz n contact direct cu ap

curs 5 echipamente si instalatii din treapta avansata (tertiara ) a statiilor de epurare a apelor...

Documents