CURS 3 CARACTERISTICILE POLURII APELOR N MEDIUL RURAL

CURS 8 PROCEDEE EXTENSIVE DE EPURARE A APELOR UZATE.

Procedeele extensive de epurare sunt procedee de purificare a apelor uzate care sunt foarte apropiate de procesele naturale de purificare a apelor (procese de autoepurare) la care, dup cum s-a artat anterior, rolul principal l joac microorganismele (bacteriile). n mod natural, n masa de ap impurificat se gsesc alge microscopice care utilizeaz energia (radiaia) solar pentru a produce prin fotosintez oxigenul necesar culturilor bacteriene, care se gsesc dispesate sau fixate pe diferii supori n apa supus procesului, pentru a realiza purificarea apelor printr-un proces biologic. De aceea procedeele extensive de epurare prezint marele avantaj c n marea lor majoritate, nu au nevoie de un aport exterior de energie pentru desfurarea proceselor de lucru, fiind astfel extrem de economice. De asemenea instalaiile (sistemele) extensive de epurare prezint avantajul unor eficiene foarte ridicate de ndeprtare a ncrcrilor organice i nutrienilor din apa supus tratamentului furniznd eflueni de foarte bun calitate, care pot fi deversai fr nici un pericol n cursurile de ape naturale. Un alt avantaj, deloc neglijabil, al sistemelor extensive de epurare a apei este acela c acestea au un aspect foarte natural (nu aspect de instalaie industrial), ncadrndu-se perfect n peisajul natural, fr a-l afecta cu nimic.

Dezavantajul principal al sistemelor extensive de epurare l constituie faptul c acestea sunt eficiente doar la debite reduse ale influenilor de ap uzat procesai, cu ncrcri poluante, de asemenea, foarte reduse. Rezult c pentru realizarea procesului de epurare a apelor, aceste sisteme necesit att suprafee (spaii) mari de amplasare (vezi figura 8.1, n care este prezentat o schem structural pentru luarea deciziei la alegerea tipului de sistem de epurare care s deserveasc o anumit localitate n funcie de spaiul disponibil), ct i durate mari ale procesului de epurare, de cteva ori sau zeci de ori mai mari ca n cazul sistemelor intensive. De aceea, astfel de sisteme extensive de epurare a apelor uzate au fost dezvoltate n diferite ri europene (Frana, Germania, Spania, Olanda, etc.) n general pentru deservirea unor obiective (de exemplu comuniti mici) cu o populaie mai mic de 500 locuitori echivaleni. nfiinare unor instalaii extensive de epurare a apelor pentru deservirea unor localitii cu o populaie mai mare de 500 de locuitori echivaleni, pn la 5000 de locuitori echivaleni, poate fi considerat posibil, ns cu luarea n considerare a unor precauii specifice, care vor fi subliniate n prezentarea ulterioar. De asemenea la decizia nfiinrii unui sistem extensiv de epurare a apelor uzate care s deserveasc o anumit localitate, trebuie avui n vedere i factorii climatici din zon, avnd n vedere c perioadele cu temperaturile ridicate sau periodele de nghe au o influen puternic asupra calitii procesului de funcionare al sistemelor, care este aproape n totalitate biologic.

n continuare vor fi descrise principalele tipuri de instalaii extensive, care pot fi clasificate dup modul n care culturile bacteriene se gsesc n apa uzat supus procesului de epurare, i anume: fixate pe anumii supori, sub form de pelicule biologice, sau dispersate sub form de nmol activ.

Astfel instalaiile extensive cu biomasa bacterian sub form de pelicul biologic sunt urmtoarele:- cmpuri de infiltrare percolare;- filtre cu vegetaie cu flux vertical;

- filtre cu vegetaie cu flux orizontal.

Instalaiile extensive cu biomasa bacterian sub form de nmol activ sunt urmtoarele:

- lagune naturale (cu microfite);

- lagune naturale cu macrofite;

- lagune aerate.

De menionat c n instalaiile extensive, la epurarea apelor uzate, pe lng procesele biologice, mai concur i unele procese fizice, cum ar fi: filtrarea apei printr-un strat granular (n cazul cmpurilor de infiltrare) sau prin sistemele radiculare ale unor plante (n cazul filtrelor cu

Fig. 8.1 Schema structural pentru luarea deciziei la alegerea tipului de sistem de epurare

care s deserveasc o anumit localitate n funcie de spaiul disponibilvegetaie) sau sedimentarea suspensiilor solide i coloizilor (n cazul lagunelor naturale sau de sedimentare) sau procese chimice, cum ar fi: precipitarea compuilor insolubili sau co-precipitarea cu compui insolubili (N,P), adsorbia unor compui pe anumite substraturi (cu diferite caracteristici, plasate n instalaia de epurare) sau de ctre plante (N,P, metale, etc.), distrugerea microorganismelor i viruilor prin iradiere natural cu radiaii UV, oxidarea sau reducerea unor compui (metale).

Procesele biologice produse de biomasa bacterian, fixat sau dispersat n apa uzat supus tratamentului, pot fi procese aerobe, acestea producnd degradarea ncrcrii organice din ape i nitrificare i defosforizare sau procese anaerobe, acestea producnd denitrificare. Procesele aerobe au loc n zonele aerobe care se gsesc mai ales n apropiere de suprafaa liber a apei (n aceste procese un rol foarte important l are dezvoltarea algelor microscopice care furnizeaz prin fotosintez oxigenul liber, dizolvat n ap, necesar acestor procese), n timp ce procese anaerobe au loc n zonele anaerobe plasate mai ales n apropirea sedimentelor de pe radier.8.1 Cmpuri de infiltrare -percolare

Cmpurile de infiltrare- percolare sunt instalaii extensive cu biomasa bacterian aerob sub form de pelicul fixat pe un mediu granular cu granulaie mic, care realizeaz epurarea apelor prin intermediul a dou procese principale, i anume:

- filtrarea superficial a apei supuse tratamentului, prin care suspensiile solide sunt nlturate prin reinere la suprafaa i n porii patului filtrant; avnd n vedere c suspensiile solide reinute sunt att de origine mineral ct i biologic, rezult c prin procesul de filtrare superficial se elimin i o parte semnificativ din ncrcarea organic a apei supuse tratamentului;

- fermentarea aerob a ncrcrii poluante dizolvate a apei supuse tratamentului, prin care materia organic dizolvat (cuantificat prin CBO) precum i azotul amoniacal i organic sunt transformate biochimic de ctre o pelicul biologic de bacterii aerobe care se formeaz pe suprafeele particulelor materialului granular al paturilor filtrante, mai ales la suprafaa, dar i n interiorul acestora; de fapt paturile filtrante de material granular devin adevrate reactoare biologice care ofer o zona de suport cu suprafa foarte mare pentru formarea peliculei biologice; aerarea n interiorul stratului granular se produce i este chiar intensificat att de convecia cauzat de micarea de infiltrare a apei prin mediul granular, ct i de difuzia aerului de la suprafeele paturilor n interiorul straturilor de material granular prin adsorbie pe mediile poroase reprezentate de acestea.

Oxidarea biochimic a materiei organice este nsoit de dezvoltarea culturii bacteriene, adic ngroarea peliculei biologice, proces care trebuie s fie astfel dirijat nct s se evite att nfundarea mediului granular cu biomas bacterian ct i pierderile ocazionale de biomas bacterian prin antrenare de ctre apele de nfiltraie, care sunt inevitabile atunci cnd ncrcrile hidraulice cu influent sunt prea mari i provoac curgerea cu viteze mari a apei prin stratul granular. Auto-ajustarea cantitii de biomas se poate realiza prin utilizarea unor cmpuri de infiltrare compuse din mai multe paturi de infiltrare care nu sunt alimentate permanent cu influent, ci discontinuu, dup un anumit ciclu. n timpul perioadelor de inactivitate a paturilor de infiltrare (adic atunci cnd acestea nu sunt alimentate cu influent), dezvoltarea bacteriilor este mult redus, din cauza "regimului alimentar deficitar". Perioadele de inactivitate ale paturilor filtrante nu trebuie s fie ns prea mari, astfel nct procesele de epurare biologic s poat reporni rapid, atunci cnd alimentarea cu influent este reluat. De cele mai multe ori, cmpurile de infiltrare sunt proiectate s aib de regul un numr total de paturi de material granular, care este de regul, multiplu de trei, mprite n grupuri de cte trei paturi, iar n fiecare grup fiecare pat este alimentat pe rnd, succesiv. n general o alimentare cu ap uzat a unui pat se face pe o durat de 3 - 4 zile consecutive. De menionat c aceast gestionare controlat a dezvoltrii peliculei bacteriene evit necesitatea separrii apei clarificate (purificate) de nmolul biologic, avnd n vedere c la instalaiile cu biomasa bacterian aerob sub form de pelicul fixat pe un mediu granular fin, nu sunt prevzute n structur echipamente de decantare.

Un pat de infiltrare-percolare este compus din (vezi figura 8.2): sistemul de distribuie al influentului de ap uzat, format dintr-o reea de conducte peforate, stratul de infiltrare din material granular i sistemul de colectare a apei purificate, format dintr-o reea de conducte de drenaj plasat ntr-un strat de piatr selectat plasat sub stratul de material granular. Dac terenul de baz pe care se construiete patul de infiltrare este impermeabil, atunci patul de infiltrare este realizat direct pe terenul de baz, fr nici un fel de izolaie (vezi figura 8.2 a), n timp ce dac terenul de baz pe care se construiete patul de infiltrare este permeabil, atunci patul de infiltrare se izoleaz fa de terenul de baz cu o membran impermeabil (vezi figura 8.2 b).

EMBED PBrush

a

bFig. 8.2 Schema unui pat al unui cmp de infiltrare-percolare

Sistemul de distribuie a influentului pe unitile de infiltrare (paturile de material granular) trebuie s realizeze o distribuie ct mai uniform a acestuia, astfel nct s poat fi utilizat ntreaga suprafa superioar a paturilor de material granular, precum i o omogenizare a sarcinilor hidraulice de aplicare a influentului. De menionat c influentul distribuit pe cmpurile de infiltrare-percolare nu este ap uzat brut, aa cum vine prin sistemul de canalizare, ci o ap pretratat mecanic n scopul separrii suspensiilor solide, grosiere i decantabile, n scopul prevenirii colmatrii rapide a paturilor de infiltrare; n acest scop apa uzat brut este trecut printr-o treapt preliminar mecanic, compus dintr-o instalaie de sitare i un decantor i este de regul prevzut i cu un rezervor tampon de stocare a apei pretratate mecanic. Alimentarea cu influent a paturilor de infiltrare se face n arje, fie prin inundarea temporar a paturilor de infiltratre, fie prin stropirea uniform a suprafeelor lor superioare. De menionat c aceast operaie se realizeaz prin golirea rapid, cu debite, mari a rezervorului tampon din treapta preliminar, utiliznd diferite metode cum ar fi: sifonarea, pomparea, curgerea gravitaional, etc. Alimentarea intermitent cu influent a paturilor de material granular favorizeaz, pe lng gestionarea echilibrat a dezvoltrii biomasei bacteriene, i meninerea unor concentraii ridicate ale oxigenului n straturile granulare, mai ales datorit fenomenelor de difuzie a aerului prin adsorbia n materialul poros al straturilor granulare, care au loc n special perioadele de inactivitate dintre dou alimentri consecutive cu influent. De regul la o alimentare cu influent, sunt udate concomitent cte un pat din fiecare grup de paturi, sarcina hidraulic avnd valori de cteva sute de m3/m2.zi. De menionat c suprafeele superioare ale paturilor, pe care se face distribuia influentului, trebuie s fie permanent meninute n aer liber (neacoperite) i s fie vizibile.Materialul din care se constituie paturile filtrante este de regul nisipul, care fie este special adus cu mijloace de transport, fie locul de constituire a instalaiei cu cmpuri de infiltrare-percolare, se alege pe, sau n preajma unei dune de nisip existente. Nisipul utilizat la construcia paturilor filtrante trebuie s aib anumite caracteristici specifice pentru a se obine un echilibru ntre prevenirea riscului de nfundare (care apare mai ales atunci cnd nisipul utilizat este prea fin) i prevenirea apariiei unui flux prea rapid de circulaie a apei prin straturile granulare (care apare mai ales atunci cnd particulele de nisip sunt prea grosiere). Caracteristicile optime ale nisipului utilizat pentru constituirea paturilor de material granular ale cmpurilor de infiltrare-percolare sunt urmtoarele: nisipul trebuie s aib constituia pe baz de silicai, nisipul trebuie s fie curat (de regul se utilizeaz nisip splat), granulaia nisipului trebuie s fie ntre 0,25 0,4 mm, gradul de uniformitate al dimensiunii particulelor de nisip trebuie s fie ntre 3 6, iar coninutul de material fin, cu dimensiuni mai mici dect granulaia minim impus, trebuie s fie mai mic de 3%. Este necesar ca aceste caracteristici ale materialului granular s fie prezervate (meninute) pe toat durata de utilizare a cmpurilor de infiltrare-percolare.

Din punct de vedere constructiv, paturile de material granular de infiltrare ale cmpurilor de infiltrare-percolare se pot dispune supranlat pe suprafaa terenului de baz, sau ngropate n terenul de baz. Circulaia apei prin paturile de infiltrare se poate face pe direcie orizontal, caz n care grosimea straturilor de material granular este cuprins ntre 0,8 -1 m, sau pe direcie vertical, caz n care grosimea straturilor de material granular poate ajunge pn la 3 m. Valoarea de dimensionare la nfinarea cmpurilor de infiltrare-percolare este de cca. 1,5 m2/locuitor echivalent al obiectivului sau localitii deservite de instalaia de epurare cu cmpuri de infiltrare-percolare) pentru filtre cu flux orizontal, i de cca. 3,5 m2/locuitor echivalent pentru filtre cu flux vertical.

Performanele care se obin cu instalaiile de epurare cu cmpuri de infiltrare-percolare sunt urmtoarele:

- reduceri ale CBO5 (sub 25mg/l), CCO (sub 90mg/l), i suspensiilor solide SS (sub 30mg/l) n efluentul rezultat din instalaie;

- nitrificare virtual complet;

- denitrificare limitat, valorile obinute fiind diferite n funcie de tipul de instalaie i anume: reducerea cantitii de azot cu pn la 40% n instalaiile cu flux vertical i pn la 50% n instalaiile cu flux orizontal;

- reducerea fosforului este relativ ridicat (circa 60-70%), n primii 3-4 ani de funcionare, dup care se diminueaz progresiv pn la anulare, dup o perioad de 8-10 ani de funcionare;

- posibilitatea eliminrii contaminrii cu bacteriile din fecale, dac exist o nlime suficient a stratului de material granular i dac filtrarea se realizeaz ct mai uniform n stratul granular, fr trasee prefereniale (se obin reduceri de 1000 de ori a numrului de bacterii fecale pentru fiecare 1 m de grosime a stratului de material granular).Principalele avantaje ale folosirii instalaiilor de epurare cu cmpuri de infiltrare-percolare sunt urmtoarele:- rezultate excelente ale reducerii CBO5, CCO, SS din apa supus tratmentului;- nivel nalt de nitrificare;

- suprafaa necesar pentru nfiinarea instalaiei este mult mai mic dect n cazul lagunelor naturale;

- o capacitate semnificativ de dezinfectare, care devine interesant i poate fi luat n calcul;

Dezavantajele folosirii instalaiilor de epurare cu cmpuri de infiltrare-percolare sunt urmtoarele:- necesit un tratament mecanic preliminar al influentului (ntr-o treapt preliminar mecanic compus de regul din instalaie de sitare i decantor);- riscul nfundrilor materialului granular trebuie s fie rezolvat (mai ales prin utilizare de nisip curat cu granulaie corespuztoare, dar i prin modul de alimentare cu influent);

- necesit cantiti mari de nisip la nfiinarea cmpurilor de infiltrare-percolare, ceea ce conduce la creterea de costuri de capital, mai ales n cazul n care nu se gsete nisip cu calitate corespunztoare n apropierea locului de nfiinare a instalaiei de epurare;

- adaptare limitat la suprasarcinile hidrulice ale alimentrii cu influent.8.2 Filtre cu vegetaie cu flux verticalFiltrele cu vegetaie cu flux vertical (vezi figura 8.3) sunt instalaii extensive cu biomasa bacterian aerob sub form de pelicul fixat pe materialul granular al unor straturi succesive de umplutur (pietri sau nisip, de regul cu granulaii diferite, n funcie de ncrcarea poluant a apei uzate tratate), plasate ntr-o excavaie neizolat, dac este realizat n teren impermeabil, sau impermeabilizat cu geomembran izolatoare, dac este realizat n sol permeabil. Pe suprafa stratului granular al filtrului este plantat i se dezvoltat o cultur de plante specifice mlatinilor (de exemplu: stuf, papur, etc.).

Fig. 8.3 Filtru cu vegetaie cu flux vertical

n cadrul acestui tip de instalaie epurarea apelor se realizeaz printr-un complex de procese, mecanice, chimice i biologice i anume:

- filtrarea apei supuse tratamentului, prin straturile de umplutur ale filtrului (proces mecanic);

- adsorbia unor compui ai ncrcrii poluante a apelor uzate, de ctre mediul poros adsorbant constituit de materialul granular al straturilor de umplutur (proces chimic);

- fermentarea aerob a ncrcrii poluante dizolvate, de natur organic a apei supuse tratamentului, produs de biomasa bacterian aerob fixat sub form de pelicul biologic pe granulele straturilor de umplutur (proces biologic);

- sintetizarea de ctre vegetaia filtrului, prin absorbie de ctre sistemele radiculare ale plantelor, a unei pri din ncrcarea poluant a apei uzate supus tratamentului, ca atare sau descompus de ctre pelicula biologic din umplutura filtrului, cum ar fi de exemplu: absorbia nutrienilor (N, P), dar a altor compui poluani (proces biologic).

Un sistem de epurare a apei uzate menajere cu filtre cu vegetaie cu flux vertical este constituit de regul dintr-o treapt de pretratare mecanic, compus dintr-o instalaie de sitare (pentru nlturarea suspensiilor grosiere din apa uzat supus tratamentului), i dou trepte succesive, constituite din filtre cu vegetaie cu flux vertical.De menionat c uneori aceste sisteme sunt alimentate cu ap uzat menajer adus cu cisterne sau vidanje, caz n care instalaia de sitare este de regul sub forma unui grtar cu curare manual.Fiecare din cele dou trepte (vezi figura 8.4) sunt compartimentate n mai multe uniti de filtrare independente, fapt care d posibilitatea unei alimentri intermitente i alternative cu influent, i, ca i n cazul paturilor din cmpurile de infiltrare, unitile de filtrare au perioade active, cnd sunt alimentate cu influent i perioade de inactivitate. Acest tip de funcionare face posibil o oxigenare corespunztoare a straturilor granulare de umplutur, att n perioadele de active atunci cnd aerarea se realizeaz prin convecie, datorit circulaiei apei de infiltraie, ct i n perioadele de inactivitate, cnd aerarea se realizeaz prin difuzie, aerul atmosferic fiind adsorbit datorit porozitii straturilor de material granular. De menionat c n stratul de umplutur exist oxigen liber i n zonele din vecintatea rdcinilor sau rizomilor plantelor, ns n cantiti nesemnificative n raport cu necesitile procesului de fermentare bilogic aerob a apei uzate.

Dimensionarea treptelor sistemelor de epurare cu filtre cu vegetaie cu flux vertical se face pe baza unei valorii impuse a sarcinii hidraulice a ncrcrii cu materie organic a influentului la care trebuie s lucreze instalaia, valoare care se ncadreaz n intervalul dintre valorile limit zilnice, minime i maxime, acceptabile pentru sarcin hidraulic a ncrcrii cu materie organic a influentului, stabilite pe baze empirice, i anume: 20 25 g CBO5/m2.zi pentru ntreaga suprafaa cultivat a sisemului.

Prima treapt va fi astfel proiectat nct s primeasc o sarcin hidraulic a ncrcrii cu materie organic a influentului de aproximativ 40 g CBO5/m2.zi, acest lucru corespunznd la 60% din suprafaa total cultivat a celor dou trepte, cantitate care corespunde la o valoare de dimensionare de cca. 1,2 m2/locuitor echivalent al localitii sau obiectivului deservite de sistemul extensiv de epurare cu filtre cu vegetaie cu flux vertical. n funcie de tipul reelei de canalizare cuplat la sistemul de epurare cu filtre cu vegetaie cu flux vertical (mixt sau separativ), valoarea de dimensionare a treptei nti cu filtre cu vegetaie cu flux vertical, poate fi majorat pn la 1,5 m2/locuitori echivaleni. Constructiv prima treapt este compus dintr-un numr total de filtre cu vegetaie cu flux vertical care trebuie s fie multiplu de trei, mprite n grupuri de cte trei. Alimentarea cu influent a filtrelor din fiecare grup se face pe rnd, n mod succesiv, acest lucru permind ca la un ciclu complet de alimentare cu influent a tuturor grupurilor de filtre cu flux vertical, perioadele de activitate ale tuturor filtrelor s reprezinte 1/3 din durata ciclului, iar perioadele de inactivitate s reprezinte 2/3 din din durata ciclului. Acest mod de alimentare cu influent, permite, ca i n cazul sistemelor extensive de epurare cu cmpuri de infiltrare-percolare, o gestionare controlat a dezvoltrii peliculei bacteriene fixate pe materialul granular de umplutur al filtrelor, care s evite att nfundarea stratului granular al filtrelor din cauza dezvoltrii excesive a biomasei bacteriene ct i necesitatea introducerii unor sisteme de separare a apei clarificate (purificate) de nmolul biologic, deoarece nici la aceste instalaii nu sunt prevzute n structur instalaii de decantare.

Fig. 8.4 Structura treptelor extensive ale sistemelor de epurare cu filtre cu vegetaie cu flux vertical

Suprafaa trepte a doua se dimensioneaz astfel nct aceasta s reprezinte 40% din suprafaa total cultivat a treptelor instalaiei, care corespunde unei valori de dimensionare de cca. 0,8 m2/locuitor echivalent. i treapta doua este compartimentat, avnd un numr total de filtre cu vegetaie cu flux vertical care trebuie s fie multiplu de doi, mprite n grupuri de cte dou, filtrele din fiecare grup fiind alimentate pe rnd, alternativ. n acest caz, la un ciclu complet de alimentare cu influent a tuturor grupurilor de filtre cu flux vertical din treapta a doua, perioadele de activitate reprezint 1/2 din durata ciclului, iar perioadele de inactivitate reprezint tot 1/2 din din durata ciclului. Acest lucru este permis i din punctul de vedere al gestionrii controlate a dezvoltrii peliculei bacteriene, fixate pe materialul granular de umplutur al filtrelor din treapta a dou, datorit valorii reduse a sarcinii hidraulice a ncrcrii cu materie organic a influentului treptei a doua. Alimentarea unitilor de filtre cu vegetaie cu flux vertical se face prin sisteme de distribuie formate din reele de conducte care distribuie prin stropire influentul, n mai multe puncte, uniform repartizate pe ntreaga suprafaa cultivat a filtrelor cu vegetaie. La alimentarea cu influent trebuie s se in seama c debitul de alimentare cu influent trebuie s fie mai mare dect debitul de infiltrare a apei prin stratul de material granular n scopul unei distribuiri ct mai uniforme a influentului pe ntreaga suprafa a umpluturii filtrului. Se menioneaz c acest tip de instalaie, depozitele de suspensii acumulate pe suprafaa umpluturii filtrelor contribuie la reducerea intrinsec a permeabilitii acesteia, mbuntind astfel suplimentar uniformitatea de distribuie a influentului pe suprafaa umpluturii. Prezena plantelor cultivate pe suprafaa umpluturii filtrului limiteaz colmatarea acesteia, prin faptul c tulpinile plantelor strpung depozitele de suspensii acumulate.

Materialul granular de umplutur utilizat n cadrul filtrelor vegetaie cu flux vertical din prima treapt este pietriul cu diferite granulaii, stratificat dup cum urmeaz: la suprafa un strat de distribuie subire alctuit din pietris fin cu granulaie sub 2 mm, apoi stratul activ (pe care se formeaz pelicula biologic bacterian), cu o grosime total de aproximativ 0,4 m, care este alctuit din pietri cu o granulaie ntre 2 8 mm, dup care urmeaz stratul de susinere alctuit din pietri cu o granulaie imtermediar ntre 10 20 mm, iar la baz se afl stratul de drenaj, alctuit tot din pietri ns cu o granulaie grosier ntre 20 40 mm.

Materialul granular de umplutur utilizat n cadrul filtrelor vegetaie cu flux vertical din treapta a doua este nisipul. Avnd n vedere c n treapta a doua de regul se rafineaz (finiseaz) tratamentul din prima treapt, cu toate c folosit ca material de umplutur utilizat are granulaie mic, riscul colmatrii este foarte redus. Stratul de umplutur format din nisip are de regul grosimi de cel puin 0,3 m.

Prin straturile de umplutur al filtrelor cu vegetaie cu flux vertical apa se infiltreaz i circul gravitaional, de sus n jos. Apa purificat n urma procesului de epurare ajunge n stratul inferior, de drenaj de unde este colectat printr-o reea de conducte de drenaj din material plastic, rigide i prevzute cu fante largi, n scopul prevenirii riscului colmatrii. Pentru o bun circulaie a apei purificate prin reeaua de drenaj, conductele de drenaj sunt conectate la guri de aerisire.

Din punct de vedere al speciilor de plante care pot fi cultivate pe umplutura filtrelor cu vegetaie cu flux vertical, teoretic, mai multe specii de plante pot fi folosite (Scirpus spp, Typha, .a.). ns, dintre toate aceste plante, s-a impus stuful (mai ales din soiul Phragmites australis), datorit rezistenei la condiiile ntmpinate (perioade mari de inundare cu ap a filtrului, perioade de uscciune, ape cu ncrcare organic mare) i a dezvoltrii rapide a sistemelor de rdcini i rizomi, i este cel mai utilizat n zonele cu climat temperat. De aceea filtrele cu vegetaie mai sunt cunoscute i sub denumirea des utilizat de filtre cu stuf. Densitatea recomandat de plantare este de 4 plante/m2.

Performanele care se obin cu instalaiile de epurare cu filtre cu vegetaie cu flux vertical sunt urmtoarele:- reducerea CBO5 sub 25 mg/l;

- reducerea CCO sub 90 mg/l;

- reducerea coninutului de suspensii solide sub 30 mg/l;

- reducerea azotului organic (determint prin metoda KjN) sub 10 mg/l, n medie, cu maxime care nu depaesc 20mg/l;- reducerea fosforului este de obicei mic i depinde de capacitatea de absorbie a straturilor granulare i de vrsta plantelor);

- reducerea numrului de bacterii patogene (de la 10 pn la 100 de ori).Principalele avantaje ale folosirii instalaiilor de epurare cu filtre cu vegetaie cu flux vertical sunt urmtoarele:

- exploatare uoar a instalaiei i costuri de ntreinere mici, fr consum de energie, dac topografia amplasrii instalaiei o face posibil;

- posibilitatea tratrii eficiente a apei uzate menajere;

- operaiile de gestionare a nmolului reduse la minim (practic inexistente);

- adaptare bun la deservirea unor locaii cu variaii sezoniere de producere a apei uzate menajere (locaii de vacan, campare, caravane, hoteluri).Dezavantajele folosirii instalaiilor de epurare cu filtre cu vegetaie cu flux vertical sunt urmtoarele:- necesitatea unor operaii operaii de ntreinere regulate (tierea anual a prii expuse a plantelor, ndeprtarea manual a buruienilor nainte de rsrirea i creterea plantelor;

- utilizarea acestor sisteme pentru deservirea unor obiective mai mari de 2000 locuitori echivaleni rmne nc neverificat, din punct de vedere al controlului hidraulic i al costurilor, n comparaie cu metodele tradiionale; de aceea perspectiva construirii unui sistem de epurare cu filtre cu vegetaie cu flux vertical cu capacitate mare, poate fi luat n considerare doar dup studii serioase legate de adaptarea bazei modelului i dup stabilirea condiiilor care trebuie ndeplinite pentru a asigura controlul hidraulic al instalaiei;

- riscul apariiei insectelor sau roztoarelor n cadrul instalaiilor.

8.3 Filtre cu vegetaie cu flux orizontalFiltrele cu vegetaie cu flux orizonal (vezi figura 8.5), sunt instalaii extensive cu biomasa bacterian aerob sub form de pelicul fixat pe un material granular de umplutur, plasate tot n excavaii oarecum asemntoare cu cele ale filtrelor cu vegetaie cu flux vertical, ns cu anumite particulariti, i anume: n timpul funcionrii stratul de material granular de umplutur este permanent aproape complet saturat cu apa supus tratamentului (adic este inundat pn la civa centimetri de suprafa); influentul de ap uzat este introdus n instalaie pe la un capt, printr-un sistem de distribuie ngropat n umplutur, care realizeaz o administrare uniform a acetuia pe ntreaga seciunea transversal a patului de umplutur, dup care apa supus procesului de lucru al instalaiei se deplaseaz gravitaional ctre cellalt capt al instalaiei, datorit pantei radierului, pe o direcie practic orizontal, efluentul purifiact fiind colectat la captul opus al instalaiei ntr-un sistem de evacuare plasat pe radierul instalaiei, ntr-un canal de drenaj umplut cu pietri, format dintr-o gur colectoare, cuplat la o conduct care este conectat la un sifon special, care permite ajustarea nlimii la care se face deversarea (evacuarea) efluentului; este evident deci, c poziia la care se realizeaz deversarea efluentului determin poziia nivelulului apei n patul de umplutur, n aa fel, nct acesta s fie ct mai complet imersat n perioada de funcionare a instalaiei (de regul se recomand ca nivelul apei s fie meninut la cca. 5 cm sub suprafaa patului de umplutur); se menioneaz c reglarea nivelului apei n instalaie s fie controlat, nct s nu depesc n nici o situaie suprafaa patului de umplutur, deoarece n caz contrar ar aprea un risc de scurt-circuitare a tratamentului, iar apariia unei oglinzi (suprafee libere) de ap ofer un prilej de proliferare a insectelor; de regul, n acest tip de instalaii, alimentarea cu influent are loc continuu, lucru permis de valoarea ncrcrii cu materie organic a influentului, care n general este sczut.

n cadrul acestui tip de instalaie epurarea apelor se realizeaz printr-un complex de procese, mecanice, chimice i biologice asemntor cu cel al filtrelor cu vegetaie cu flux vertical:

Dimensionarea sistemelor extensive cu filtre cu vegetaie cu flux orizonal a fost fcut pe cale empiric pe baza rezultatelor care se ateptat de la acest proces purificare, i anume:

- pentru ncrcri iniiale cu materii organice ale influentului ntre 150 - 300 mg/l CBO5, valorile de dimensionare pentru suprafeele plantate sunt n jur de 5 m2/locuitor echivalent echivalent al localitii sau obiectivului deservite de sistemul extensiv de epurare cu filtre cu vegetaie cu flux orizontal;

- pentru ncrcri iniiale cu materii organice ale influentului ntre 300 - 600 mg/l CBO5 (valori care corespund n mare msur apele uzate urbane actuale), valoarea de dimensionare a suprafeei cultivate a filtrului este de 10 m2/locuitor echivalent (corespunztor metodei daneze de dimensionare);

- pentru tratarea apelor provenite din precipitaii (ape meteorice) valoarea de dimensionare a suprafeei cultivate a filtrului este n jur de 0,5 m2/locuitor echivalent.Dimensionarea seciunii filtrului se face n funcie de permeabilitatea materialului granular de umplutur utilizat (care trebuie s aib valori iniiale ntre 1 310-3 m/s). De regul, pentru stabilirea permeabilitii umpluturii este recomandat consultarea unui un expert tehnic.Dimensionarea adncimii filtrului este n funcie de adncimea maxim de penetrare a radcinilor plantelor cultivate pe suprafaa patului de umplutur. La utilizarea stufului (soiul Phragmites australis) adncimea recomandat este de cca. 0,6 m.

Fig. 8.5 Filtru cu vegetaie cu flux orizontal

Pentru valori ale suprafeei cultivate mai mari de 500 m2, este recomandat o partiionare n mai multe uniti de dimensiuni reduse, la care este facilitat ntreinerea i se realizeaz un mai bun control hidraulic.

Pentru facilitarea circulaiei apei prin filtru pe direcie orizontal, de la captul de admisie ctre captul de evacuare, este necesar ca radierul filtrului, pe care se aeaz patul de umplutur, s fie prevzut cu o pant. Dimensionarea pantei radierului, care trebuie n mod normal s aib suprafaa neted, trebuie s se fac astfel nct s permit golirea complet, pe cale gravitaional a instalaiei, ns fr a provoca ieirea din ap a rdcinilor plantelor n zona captului de evacuare a apei purificate. O valoare a pantei din care s rezulte o diferen de nivel a radierului de cca. 10% din nlimea patului de umplutur n zona de admisie, ntre poziiile radierului la capetele de admisie, respectiv de evacuare, este admisibil i suficient.Materialul granular de umplutur utilizat iniial n paturile filtrelor cu vegetaie cu flux orizontal a fost solul existent, care a fost astfel prelucrat nct s se asigure, pe termen lung, o conductivitate o conductivitate a acestuia de 310-3 m/s. Un numar semnifictiv de mare de astfel filtre au fost construite, n conformitate cu ipoteza c, conductivitatea hidraulic va crete odat cu dezvoltarea rdcinilor plantelor n paturile de umplutur. n realitate aceast ipotez a fost contrazis, fiindc creterea conductivitii hidraulice datorate dezvoltrii rdcinilor este semnificativ compensat de acumularea n patul de umplutur a suspensiilor solide (SS), separate din apa supus tratamentului, i de dezvoltarea peliculei de materie organic care au produs colmatarea paturilor de umplutur i au adus grave prejudicii de exploatare.n urma acestor experiene neplacute, n prezent este recomandat utilizarea ca material de umplutur a pietriului splat, cu diferite granulaii (ntre 3 - 6 mm, 5 - 10 mm, 6 - 12 mm), n funcie de gradul de ncrcare (poluare) al influentului.

Pe suprafaele paturilor de umplutur a filtrelor cu vegetaie cu flux orizontal se pot cultiva diferite specii de plante specifice mlatinilor. ns, ca i la filtrele cu vegetaie cu flux vertical, planta cel mai des utilizat este stuful din soiul Phragmites australis datorit creterii rapide a acestuia, a dezvoltrii rdcinilor sale i a rezistenei la condiiile de saturare cu ap ale terenului (patul de umplutur) pe care se dezvolt. Cultivarea stufului pe suprafeele paturilor de umplutur se face utiliznd folosind semine, muguri tineri sau rizomi la o densitate de circa 4 plante/m2.

Performanele care se obin cu instalaiile de epurare cu filtre cu vegetaie cu flux orizontal sunt urmtoarele:- reducerea cu 70 90% a CBO - ului efluentului, pentru diferite ncrcri poluante ale influentului care variaz ntre 50 - 200 mg/l CBO5, i pentru valori de dimensionare ntre 3 - 5 m2/locuitor echivalent ale instalaiilor care utilizeaz ca material de umplutur pietriul; aceste valori ale indicatorilor de performan sunt totui prea sczute pentru a fi considerate reprezentative la epurarea apelor uzate urbane i este mai indicat s fie prezentate performaele instalaiilor cu filtre cu vegetaie cu flux orizontal, de concepie danez a anilor 80, dimensionate la o valoari de cca. 10 m2/locuitor echivalent, cu care s-au obinut reduceri de 86% pentru CBO5 i suspensii solide SS, de 37% pentru azotul total i de 27% pentru fosforul total;- nitrificare limitat, dar denitrificarea foarte bun;- eliminarea fosforului depinde de tipul de umplutur utilizat, dar rmne totui relativ scazut.Principalele avantaje ale folosirii instalaiilor de epurare cu filtre cu vegetaie cu flux orizontal sunt urmtoarele:

- consum mic de energie;

- nu este necesar personal cu nalt pregtire pentru ntreinere;

- nu este necesar o pant semnificativ a radierului pentru curgerea gravitational a apei prin instalaie (valori ale pantei sub 1m);

- reactioneaz bine la variaii ale ncrcrii poluante a influentului.

Dezavantajele folosirii instalaiilor de epurare cu filtre cu vegetaie cu flux orizontal sunt urmtoarele:

- este necesar o suprafa mare de teren pentru nfiinare (comparabil cu cea necesar pentru lagunele naturale);

- construcia unor sisteme de epurare extensive cu filtre cu vegetaie cu flux orizontal care s deserveasc locaiti sau obiective cu peste 4000 locuitori echivaleni poate fi luat n considerare numai dac s-au analizat minuios toi parametrii de proiectare, n special parametrii hidraulici.8.4 Lagune naturale (iazuri de stabilizare)

La modul general, lagunele sunt instalaii extensive n care n apa uzat supus tratamentului este purificat (epurat) de ncrcarea poluant organic prin aciunea biologic a unor culturi bacteriene, n principal, de tip aerob, care sunt dispersate n apa supus tratamentului. Oxigenul necesar procesului de fermentare aerob poate proveni, n funcie de mprejurri, din surse naturale sau artificiale, modul de aerare dnd chiar denumirea tipului de instalaie instalaie extensiv, care poate fi cu lagune naturale sau cu lagune aerate. De regul, dup finalizarea tratamentului de epurare biologic, cultura bacterian este separat din apa purificat prin sedimentare n bazine de decantare, de asemene naturale, denumite lagune de sedimentare.

Sistemele extensive cu lagune naturale (denumite i iazuri de stabilizare) sunt sisteme de lagune n care oxigenul necesar dezvoltrii i meninerii biomasei de bacterii aerobe este produs, pe cale natural, prin fotosinteza de ctre o biomas de alge microscopice care se dezvolt n stratul de ap din lagun din vecintatea suprafeei libere (oglinzii) a apei, care este expus radiaiei (luminii) solare (vezi schema din figura 8.6).

Fig. 8.6 Schema procesului biologic din interiorul unei lagune naturale

Prin intermediul metabolismului propriu, bacteriile aerobe descompun materia organic din apa uzat n care sunt dispersate, pe care o transform i o sintetizeaz pentru propria dezvoltare, eliminnd cantiti semnificative de dioxid de carbon i ap. Dioxidul de carbon produs de bacteriile aerobe, precum i srurile minerale coninute n apa uzat supus procesului, permite algelor planctonice sa se multiplice i s dezvolte. Prin urmare la procesul de epurare biologic din cadrul lagunelor naturale, iau parte i se prolifereaz dou populaii de microorganisme interdependente i anume: bacteriile aerobe i algele planctonice, acestea din urm fiind denumite "microfite". Acest proces biologic se auto-menine att timp ct sistemul primete energie solar i materie organic prin influentul de ap uzat. De menionat c n partea inferioar a lagunelor, n vecintatea radierului acestora, acolo unde nu ptrunde lumina solar, se dezvolt biomase de bacterii anaerobe care descompun nmolurile de natur organic sedimentat. n urma acestui proces, de fermentare anerob a materiei organice se degaj dioxid de carbon i metan, sub form de gaz de fermentaie.

De menionat c aceste procese biologice naturale se desfoar relativ lent, i de aceea, pentru a se obine un grad satisfctor de purificare al apei supuse procesului, este nevoie de un timp de retenie mare. De obicei sistemele extensive cu lagune naturale sunt formate din mai multe lagune (bazine) plasate n serie prin care apa supus tratamentului circul succesiv. n practic, configuraia de sistem cu lagune naturale cel mai frecvent ntlnit este cea cu 3 bazine. Cu toate acestea, utiliznd o configuraii ale sistemelor cu 4 - 6 bazine, pe lng obinerea unei puriti avansate a efluentului, se realizeaz i o dezinfecie mai profund a efluentului.

n msura n care nu dezinfectarea apei este preocuparea principal, utilizarea sistemelor cu trei lagune, asigura un bun nivel de fiabilitate de funcionare pentru eliminarea ncrcrii organice a apei uzate. n cadrul acestor sisteme, rolurile fiecruia dintre diferitele bazine sunt urmtoarele:

- primul bazin asigur, mai presus de toate, o reducere nsemnat a ncrcrii organice a apei uzate;

- al doilea bazin asigur eliminarea azotului i fosforului (nutrienilor);

- al treilea bazin rafineaz (finiseaz) tratamentul aplicat apei uzate n bazinele anterioare i face sistemul fiabil, n cazul unor defeciuni aprute la primele dou bazine sau n timpul lucrrilor de ntreinere a sistemului.

ncrcarea specific zilnic cu materie organic a influentului introdus n sistemele de lagune naturale este de aproximativ 4,5 g CBO5/m2.zi (ncrcarea se raporteaz la aria oglinzii apei), ceea ce corespunde unei dimensionri a suprafaei totale a sistemului de lagune naturale, msurat la oglinda apei, de aproximativ 10 - 15 m2/locuitor echivalent al localitii sau obiectivului deservite de sistemul extensiv de epurare cu lagune naturale.

Chiar i la aceste ncrcri reduse de materie organic, aplicate prin influent, pentru o purificare corespuztoare a apei sunt necesare durate foarte mari de reziden n bazinele sistemului. De exemplu, pentru purificarea apei uzate menajere, neamestect cu ap meteoric (din precipitaii), timpul de retenie n sistemul dec lagune naturale este n jur de 70 de zile. Totui n condiiile unor zone cu clim cald i uscat (rile din sudul Europei), suprafa rezultat prin modul de dimensionare prezentat anterior, poate fi redus chiar la jumtate, datorit temperaturii care accelereaz procesele biologice i datorit evaporrii care diminueaz timpul de retenie. Din acest motiv, de multe ori volumele influente de ap uzat, care urmeaz a tratate n sistemele extensive cu lagune naturale, pot n multe momente, complet diferite de volumele efluente de ap purificat, evacuate din sisteme n mediul natural. De aceea pentru controlul bunei funcionri hidraulice a structurilor sistemului, este deci foarte important ca s existe ntotdeauna posibilitatea comparrii debitelor de ap din amonte i avalul sistemului extensiv de lagune naturale, folosind instrumente adecvate de msurare direct sau indirect a debitelor, mai ales n scopul detectrii unor posibile infiltrari sau scurgeri n/din fluxul de ap supus tratamentului.

La proiectarea primului bazin din sistemul de lagune naturale se consider o valoare de dimensionare de 6 m2/locuitor echivalent, valoare care corespunde la o ncarcare specific a influentului cu materie organic de aproximativ 8,3 g CBO5/m2.zi. n cazul sistemelor cu lagune naturale care deservesc obiective cu o populaie variabil, sau n cazul sistemelor cu lagune naturale care opereaz n zone calde i nsorite, dimensionarea poate fi efectuat pe baza debitului zilnic maxim de ap uzat influent. De asemenea forma primului bazin al sistemului cu lagune naturale trebuie s fie astfel adoptat nct s nu fie favorizat dezvoltarea bacteriilor aerobe n detrimentul algelor, sau invers. Echilibru ntre cele dou specii de microorganisme trebuie s fie respectat, astfel nct cantitatea de oxigen din apa supus procesului sa rmn suficient. Pentru a se respecta aceast condiie, forma cea mai potrivit pentru primul bazin este mai degrab mai adanc, dect lung i ngust. Astfel (vezi schema din figura 8.7), raportul L/l dintre lungimea i laimea primului bazin, trebuie s fie mai mic dect 3 (valoare recomandat n Frana).

Fig. 8.7 Schema de dimensionare a bazinelor din

sistemele extensive cu lagune naturale cu 3 bazine

Adncimea primului bazin al sistemului cu lagune naturale trebuie s fie astfel adoptat nct s se respecte urmatoarele:- evitarea creterii i dezvoltrii n bazin a unor forme superioare de plante acvatice;

- obinerea unui maxim de penetrare a luminii n bazin n scopul oxigenrii volumului de ap;Rezult o valoare optim a adncimii a apei n lagun de circa 1 metru ( 0,2 m). Cu toate acestea, pentru a facilita curarea depozitelor de nmol, care n mod normal se dezvolt mai ales n jurul punctului de alimentare cu influent, n aceast parte a lagunei poate fi construit o zon de sedimentare mai adnc. Zona de sedimentare, care poate avea o adncime suplimentar de maxim 1 metru, se refer deci, doar la cteva zeci de m2 din vecintatea punctului de alimentare cu influent. Ptrunderea n zona de sedimentare trebuie s fie ntotdeauna asigurat, att dinspre pereii laterali ai bazinului, ct i prin intermediul unei rampe de acces, construit n acest scop.

La proiectarea bazinelor 2 i 3 din sistemul de lagune naturale, se impune ca bazinele s aib dimensiuni similare, iar pentru stabilirea suprafeei totale a celor dou bazine se consider o valoare de dimensionare de 5 m2/locuitor echivalent al localitii sau obiectivului deservite de sistemul extensiv de epurare cu lagune naturale. De asemenea se impune ca adncimea apei n cele dou bazine trebuie s fie de cca. 1 metru ( 0,2 m). Forma de ansamblu a bazinelor poate varia n conformitate cu anumite constrngeri topografice sau pe baza recomandrilor din certificatul de urbanism, n scopul integrrii adecvate n peisaj.

n scopul unei funcionri corespunztoare, sistemele extensive cu lagune naturale, pe lng amsamblurile de bazine, sunt este dotate i cu o treapt preliminar mecanic compus dintr-o instalaie de sitare (pentru nlturarea suspensiilor grosiere din apa uzat supus tratamentului). De menionat c n cazul sistemelor de epurare cu lagune naturale care deservesc localiti sau obiective cu populaie sub 500 locuitori echivaleni, treapta preliminar mecanic se nlocuiete cu un grtar plutitor mobil pentru reinerea suspensiilor grosiere care este amplasat n zona de alimentare cu influent al primului bazin. De altfel, n general, la toate sistemele extensive cu lagune naturale, n zona de alimentare cu influent a primului bazin, sunt plasate bariere de reinere imersate pn la adncimi de 0,3 0,4 m, care rein suspensiile solide plutitoare.

Pentru nfiinarea unui sistem extensiv cu lagune naturale alegerea terenului depinde mai ales de mrimea suprafeei de dispunere pe care sistemul lagunar l ocup. Suprafaa de dispunere include att suprafeele corpurile de ap, precum i suprafeele celorlalte utiliti, care trebuie s prevzute pentru a facilita exploatarea i ntreinerea sistemului. De exemplu, pentru tratarea apelor uzate rezultate de la o populaie de 400 locuitori echivaleni pentru care rezult o suprafaa total a corpurilor de ap de 4400 m2, dac se consider o valoare de dimensionare a suprafeei totale a ntregului sistem de aproximativ 15 m2/locuitor echivalent, rezult o suprafa total necesar de 0.6 hectare.

Amplasarea sistemelor extensive cu lagune naturale trebuie astfel aleas nct s fie situat n zone ale reliefului ct mai joase, n care vnturile s contribuie la aerarea suprafeei apei din bazine. ns dac n astfel de zone, nu sunt disponibile soluri impermeabile (lutoase sau argiloase), atunci se poate lua n considerare i amplasarea sistemului extensiv cu lagune naturale i n zone ale reliefului mai nalte, dar cu condiii corespunztoare, chiar dac n acest caz se poate lua n calcul necesitatea pomprii influentului de ap uzat. De asemenea la amplasarea bazinelor sistemului trebuie inut cont c nu tebuie existe nici un copac la distane mai mic de 10 metri de bazine, ntruct rdcinile copacilor ar putea crea ci prefereniale prin diguri bazinelor. n plus, frunzele copacilor ar putea cdea n bazine i pot determina o suprancrcare organica, precum i un risc de obstrucionare a conductelor de conectare ntre bazine. Se recomand ca terenurile de amplasare a sistemelor extensiv cu lagune naturale s fie de tip lutos sau argilos, al cror substrat de susinere nu trebuie s fie carstic sau fragmentat.

Topografia terenului pe care se nfiineaz sistemele extensive cu lagune naturale trebuie n aa fel ales nct gravitaia s ajute curgerea apei spre zonele de evacuare. Orice form a terenului care ar putea minimiza volumul de lucrri de construcii trebuie utilizat. Trebuie menionat c totui, terenurile care sunt prea abrupte nu este recomandabil s fie utilizate la construcia sistemelor de lagune naturale din cauza riscurilor de prbuire, eroziune i alunecri de teren ctre zonele de colectare i evacuare a apei limpezite (dac pant terenului de dispunere a bazinelor este prea abrupt, orice ploaie mai torenial sau furtun ar determina creteri importante i foarte brusce a nivelului apei n zonele de colectare ale bazinelor, perturbnd procesul de lucru normal al sistemului de lagune, putndu-se produce chiar i inundaii).

La realizarea bazinelor sistemelor extensive cu lagune naturale o atenie deosebit trebuie acordat construciei malurilor, care pentru a asigura o etanare natural trebuie s fie stabile. Pentru aceasta taluzurile malurilor trebuie s aib pante cu un raport nlime/lime de cel puin 1/2,5 astfel nct:

- s limiteze aciunea eroziv cauzat de sfrmare;

- s faciliteze ntreinerea periodic;

- s permit accesul echipamentelor de ntreinere la toate bazinele.

n scopul protejrii malurilor mpotriva eroziunii cauzate de sfrmare i a posibilelor stricciuni cauzate de roztoare, este util ca nainte s se umple bazinele cu ap, feele ctre ap ale malurilor s fie plantate cu gazon, sau s se consolideze contra surprii cu dale autoblocante sau cleonaje, geogrile, materiale geotextile sau orice alt material care ofer protecie.

Malurile i digurile trebuie construite prin compactri succesive a unor straturi de 15-20 cm, astfel nct pe toat lungimea acestora trebuie s se asigure o structur omogen pn la inima terasamentului. Compactarea taluzurilor (spatele) malurilor i digurilor trebuie s se efectueze abia dup ce s-a finalizat compactarea inimii i a feelor acestora.

n scopul consolidrii malurilor i digurilor este posibil instalarea pe suprafaa lor a unei geomembrane etane, dar aceast variant constructiv are dezavantajul creterii semnificative a costurilor de capital (de investiii) la nfiinarea sistemului de epurare. Trebuie menionat totui c n aceast situaie, panta digurilor poate fi mrit (la 1/1,5), rezultnd o micorare semnificativ a suprafeei totale ocupat de bazine.

Conductele de sifonare dintre bazine trebuie s fie astfel amplasate nct s mpiedice transmiterea ntre bazine a unor materialelor care se gsesc la suprafa apei sub form de pelicule (de exemplu: lintia sau eventuale hidrocarburi).

n scopul facilitrii operaiile de ntreinere i reparaii a bazinelor sistemelor extensive cu lagune naturale (golire, curare, intervenii care necesit izolarea i scoaterea bazinelor din fluxul tehnologic) soluia cel mai frecvent utilizat este instalarea unor conducte de by-pass (scurt-circuitare) pentru fiecare bazin n parte la construcia sistemului.

nainte pe punerea n funciune a sistemelor cu lagune naturale se face o umplere rapid cu ap curat a tuturor bazinelor att n scopul verificrii etaneitii acestora i depistrii i nlturrii unor eventuale scurgeri, ct i pentru iniierea condiiilor pentru dezvoltarea ecosistemului lagunar (inclusiv vegetaia malurilor). De altfel, n scopul evitrii apariiei scurgerilor din sau ntre bazinele lagunare este absolut necesar ca nainte de nceperea construciei sistemelor cu lagune naturale s se fac un studiu hidrogeologic i pedologic al terenului vizat.

De menionat c n timpul exploatrii sistemelor extensive cu lagune naturale pot s apar mirosuri neplcute, mai ales la schimbarea anotimpurilor, legate de fenomenul de anaerobioz, n cazul n care influentul introdus n prima lagun este prea concentrat n materie organic. Este posibil rezolvarea acestei situaii prin recircularea apei din primul bazin sau prin diluarea influentului introdus n primul bazin, folosind n acest scop un curent de ap epurat din sistem.

Performanele care se obin cu sistemele extensive de epurare cu lagune naturale sunt urmtoarele:- reducerea cu mai mult de 75% a ncrcrii cu materie organic a efluentului, calculat pe baza valorilor ncrcrii poluante ale influentului, corespunztor unei valori de aproximativ de 125 mg/l CCO; n plus att debitul de ap uzat supus procesului n sistemul lagunar, ct i debitul efluentului sistemului lagunar pot fi n mod frecvent mult reduse n timpul verii (cu pn la 50%) prin fenomenului de evapotranpiraie;

- concentraiile de azot total, la nivelul efluentului sistemul lagunar natural, sunt foarte mici pe timpul verii, dar pot ajunge la valori de cteva zeci de mg/l (exprimate n N), n timpul iernii;- reducerea fosforului este semnificativ n primii civa ani de exploatare a sistemului lagunar (de peste 60%), apoi se diminueaz progresiv, scznd pn la zero dup aproximativ 20 de ani; aceast scdere a eficienei de reducere a fosforului este cauzat de apariia unor degajri de fosfor din sedimentele naturale; n scopul eliminrii acestui inconvenient se caut restabilirea condiiilor iniiale prin curarea bazinelor (astfel, n cazul n care instalaia este sensibil la reducerea fosforului, curarea trebuie s aibe loc la fiecare 10 ani, i nu la fiecare 20 de ani, aa cum se procedeaz la instalaiile insensibile la reducerea fosforului);- dezinfecia efluentului sistemelor lagunare naturale este important, n special n timpul verii (reducerea ncrcrii microbiane de peste 10000); aceast performan este legat de perioadele lungi de retenie a apei uzate supuse tratamentului n sistem (aproximativ 70 de zile pentru un tratament complet) sub aciunea radiaiilor UV i a competiiei microbiologice.

Principalele avantaje ale folosirii sistemelor extensive de epurare cu lagune naturale sunt urmtoarele:- nu este necesar alimentarea cu energie a instalaiei n cazul n care exist o diferen de nivel favorabil circulaiei gravitaionale a apei n sistem;

- exploatare sistemelor cu lagune naturale este simpl, cu condiia pstrrii cureniei generale, care dac nu este efectuat la timp, reduce accentuat performanele sistemului;

- se elimin o mare parte din poluarea cu nutrieni (azot i fosfor), mai ales n timpul verii;

- se realizeaz o foarte bun eliminare a organismelor patogene n timpul verii (reducere a numrului de microorganisme cu 4-5 uniti logaritmice), i eliminare bun n timpul iernii (reducere cu 3 uniti logaritmice);

- sistemele cu lagune naturale se adapteaz bine la variaiile mari ale sarcinii hidraulice a influentului;

- construciile i instalaiile necesare la nfiinarea sistemelor cu lagune naturale nu sunt foarte complexe i de amploare, ingineria necesar realizrii acestora rmnnd simpl;- se integreaz bine n peisaj;- lipsa producerii polurii sonore;

- se poate constitui ntr-un echipament pedagogic pentru iniierea elevilor i studenilor n microbiologie;

- nmolul rezultat n urma currii bazinelor este bine stabilizat (cu excepia celui de la partea frontal a primului bazinului) i poate fi rspndit pe terenurile agricole fr nici un pericol pentru mediu.Dezavantajele folosirii sistemelor extensive de epurare cu lagune naturale sunt urmtoarele:- necesit un suprafee mari de teren pentru nfiinare;

- costurile de capital (de investiii) depind foarte mult de substratului terenului pe care se nfiineaz sistemul lagunar; n cazul unor terenuri instabile sau nisipoase, este de preferat s nu se ia n considerare nfiinarea sistemelor de epurare cu lagune naturale;

- performana reducerii ncrcrii organice este mai mic dect a altor instalaii extensive; cu toate acestea, ncrcarea organic a efluenilor rezultai din lagune const preponderent din alge i are efecte mai puin nocive dect ncrcarea cu materie organic dizolvat, pentru calitatea receptorilor n acre sunt deversai; mai mult dect att, ncrcarea cu materie organic a apelor supuse tratamentului n sistemul lagunar natural rmne foarte sczut n timpul verii (ca rezultat al evapotranspiraiei) ca i debitele de efluent, cu efecte deosebit de favorabile pentru calitatea receptorilor naturali, pentru care vara este perioada cea mai nefavorabil din punct de vedere a polurii;- calitatea efluenilor sistemelor lagunare variaz n funcie de sezon.8.5 Lagune naturale cu macrofite

Lagunele naturale cu macrofite sunt instalaii extensive n care sunt reproduse ecosistemele din zonele mltinoase cu suprafee libere (oglinzi) de ap, cutndu-se utilizarea beneficiilor ecologice ale acestor ecosisteme naturale n tratarea apelor uzate. Acest tip de sisteme sun rar utilizate n Europa, ns sunt destul de frecvent utilizate n Stalele Unite aleAmericii, mai ales ca instalaii de epurarea avansat (trepte de tratare teriare) n completarea sistemelor de epurare cu lagune naturale sau sistemelor de epurare cu lagune aerate n scopul mbuntirii performanelor acestora (mai ales n reducerea ncrcrii cu materie organic CBO sau suspensii solide SS) sau pentru rafinarea (finisarea) procesului acestora (n eliminarea nutrienilor sau metalelor). Totui, trebuie menionat c utilizarea sistemelor de epurare cu lagune naturale cu microfite este mult mai profitabil datorit eficienei de epurare mai ridicate i uurinei de ntreinere i exploatare.8.6 Lagune aerate

Sistemele extensive cu lagune aerate sunt sisteme de lagune n care oxigenul necesar dezvoltrii i meninerii biomasei de bacterii aerobe, preluat din aer, este introdus prin intermediul unor aeratoare mecanice de suprafa sau sisteme pneumatice de insuflare. Acest tip de instalaii extensive sunt asemntoare cu instalaiile intensive de tip bazin de aerare cu nmol activ, cu diferenele c n acest caz nu are loc nici evacuarea continu a nmolului activ din bazinul de aerare i nici recircularea nmolului activ separat prin sedimentare din efluent. De menionat c n cazul instalaiilor cu lagune aerate este nevoie de alimentarea cu energie pentru desfurarea procesului de lucru, consumul de energie fiind similar instalaiilor intensive cu bazine de aerare cu nmol activ, cu valori n intervalul 1.8 2 kW/kg de CBO5 eliminat.

Mecanismele majore care realizez procesul de lucru n lagunele aerate sunt urmtoarele:

- aerarea, necesar producerii i desfurrii procesului biologic de fermentare aerob, n care apa supus tratamentului intr n contact cu microorganismele aerobe (specii bacteriene i de fungii similare cu cele prezente n nmolul activ din instalaiile intensive), care transform i asimileaz ncrcarea poluant de materie organic i nutrieni (aflai n general n stare dizolvat) din ap;

- decantarea suspensiile solide, care se gsesc n apa supus procesului sub form de grupri de microorganisme, produse de fermentaie i particule solide nglobate, cu densitate mai mare dect cea a apei, se depun formnd astfel un sediment de nmol biologic (activ).

Aceast combinaie a mecanismelor procesului din lagunele aerate a determinat configurarea sistemelor extensive cu lagunele aerate care n mod tipic, sunt compuse din dou trepte distincte succesive (vezi schema din figura 8.8), o treapt anterioar, avnd n componen lagune aerate, n care are loc procesul de fermentare biologic, i o treapt posterioar, avnd n componen lagune simple, de decantare, n care are loc clarificare apei i decantarea nmolului care este eliminat n mod regulat din bazine, de regul prin pompare, atunci cnd volumul ocupat de acesta n bazinele de decantare, crete peste anumite limite.

De menionat c lipsa recirculrii nmolului biologic n cazul lagunelor aerate, conduce la:

- concentraie redus a bacteriilor aerobe n bazinul aerat, fapt care determin o perioad mai lung de retenie a apei supuse tratamentului pentru obinerea calitii impuse a efluentului;

- reducerea floculrii nmolului biologic, din aceast cauz fiind neaprat necesar s se prevad instalarea unor lagune specializate de decantare, dimensionate corespunztor.

Fig. 8.8 Sisteme extensive cu lagune aerate (schem de principiu i de dimensionare)

n scopul nfiinrii unei sistem extensiv de epurare cu lagune aerate este pentru dimensionarea suprafeei totale se ia n considerare o valoare de dimensionare ntre 1,5 3 m2/locuitor echivalent al localitii sau obiectivului deservite de sistemul extensiv de epurare.

Dimensionarea lagunei aerate trebuie s fie fcut astfel nct s asigure un timp (durat) de retenie al apei supuse procesului de cca. 20 de zile (de menionat c timpii de retentie pot fi redui la aproximativ 2 sptmni dupa ctiva ani de operare, n functie volumul de nmol biologic rezultat).

Volumul lagunei aerate se va dimensiona la o valoare de 3 m3/locuitor echivalent (vezi schema din figura 8.8).

Adncimea lagunei aerate poate fi dimensionat la valori de: 2 3,5 m atunci cnd sunt utilizate aeratoare de suprafata, 2,5 3 m atunci cnd sunt sunt folosite turboaeratoare i peste 4 m atunci sunt utilizate sisteme pneumatice de insuflare a aerului, prevzute cu suflante.

Forma n plan orizontal a lagunei aerate va fi astfel prevzut nct s se asigure zone de form ptrat cu dimensiuni corespunztoare specifice, n jurul fiecrui utilaj de aerare mecanic, i n funcie de topografia spaiului disponibil n cazul utilizrii sistemelor pneumatice de insuflare a aerului.

Avnd n vedere c pentru reducerea unui kg de CBO5 din ncrcarea poluant a apei sunt necesare 2 kg de O2, i c n plus sunt necesare i reducerea sedimentelor de nmol biologic la volume care s nu afecteze tratamentul i prevenirea formrii algelor microscopice (fitoplancton), puterea specific de aerare necesar trebuie s aib valori ntre 5 - 6 W/m3 de ap procesat. De menionat c n timpul operrii lagunelor aerate este totdeauna recomandat limitarea duratelor de operare ale utilajelor de aerare de mare putere, n favoarea duratelor de operare a unor utilaje cu puteri mai mici, pentru evitarea suprancrcrilor reelelor de alimentare.

Dimensionarea volumelor lagunelor de decantare se face la valori de 0,6 1 m3/locuitor echivalent. Adncimea lagunelor de decantare poate avea avea valori de cca. 2 m, pentru a asigura n perioadele anterioare extragerii nmolului, un strat superior de apa curat cu adncimea de cel puin 1 m.

Forma recomandat a lagunelor de decantare este dreptunghiular, cu un raport lungime/lime cu valoarea ntre 2 3.

Utilizarea n treapta posterioar, de decantare, a unui sistem de dou lagune de decantare cu timpi de retenie de 4 zile i volume de 0,6 m3/locuitor echivalent (vezi schema din figura 8.8), care funcioneaz alternativ, faciliteaz att exploatarea sistemului ct i extragerea nmolului, operaie care trebuie fcut la fiecare doi ani.

La nfiinarea sistemelor de epurare cu lagune aerate, spre deosebire de sistemele de lagunele naturale, impermeabilizarea bazinelor, n special a celor aerate, cu geomembran este recomandabil, n scopul reducerii riscului de degradare a malurilor din cauza agitrii excesive a apei din bazine. n cazul utilizrii unor terenuri care asigur o impermeabilizare natural, se recomand folosirea unor soluii care asigur protecia malurilor mpotriva agitaiei apei (utilizarea unor cleonaje din beton, utilizarea de geogrile plus plantarea de papur), ntruct durabilitatea instalaiei depinde mult de acest lucru. De asemenea se menioneaz c utilizarea unor dale sau grinzi de beton mbuntesc semnificativ protecia fundaiei bazinelor aerate atunci cnd se folosesc turboaeratoare.

Performanele care se obin cu sistemele extensive de epurare cu lagune aerate sunt urmtoarele:

- asigur o calitate bun a efuentului din punct de vedere al ncrcrii organice (o reducere cu mai mult de 80% a CBO);

- pentru nutrieni, eliminarea este limitat la pragul de asimilare bacterian (reduceri de 25 - 30%); aceaste performane pot fi ns mbuntite prin utilizarea unor aditivi fizico-chimici n vederea eliminrii ortofosfatilor.Principalele avantaje ale folosirii sistemelor extensive de epurare cu lagune aerate sunt legate de faptul c acest tip de instalaie este deosebit de tolerant cu variaiile unor factori care ar determina proast funcionare i performane la celelalte tipuri de instalaii extensive, i anume:

- variaii mari n ceea ce privete ncrcarea hidraulic a influenilor;

- influeni cu ncrcari poluante extrem de ridicate;

- neuniformitatea dispersrii n ap a biomasei bacteriene active care conduce la obinerea unor eflueni un coninut variabil de nutrieni;

- influeni obinuti din amestecarea apelor uzate menajere, uor biodegradabile, cu ape uzate din deversrilor industriale.

Alte avantaje semnificative ale sistemelor extensive de epurare cu lagune aerate sunt urmtoarele:

- integrare foarte bun n peisaj;

- nmolul rezulat din proces este stabilizat, i poate fi evacuat n mediu fr pericol;

- evacuarea nmolului din instalaie se face la perioade ndelungate (din doi ani n doi ani).

Dezavantajele folosirii sistemelor extensive de epurare cu lagune aerate sunt urmtoarele:

- evacuarea unor efluenti de calitate medie (din punctul de vedere al tuturor parametrilor);

- prezena unor echipamentelor electromecanice, a cror ntreinere necesit personal calificat;

- poluarea fonic datorat prezenei sistemului de aerare;

- consum mare de energie.8.7 Sisteme extensive combinate

Asocierea mai multor instalaii extensive, de diferite tipuri, n structuri n serie sau n paralel, este uneori adoptat n scopul adaptrii tratamentului la realizarea unor sarcini specifice (obinerea nuei anumite caliti a efluenilor, tratarea concomitent a apelor meteorice, tratarea unor influeni speciali, etc.).

n Europa, dei experiena n acest domeniu este destul de redus, se pot prezenta mai multe variante promitoare de sisteme extensive combinate i anume:

- sisteme formate din filtre cu vegetaie cu flux vertical i cu flux orizontal, plasate n serie,

care se pot constitui n soluii eficiente de reducere a nutrienilor (azot i fosfor), mai ales n funcie de tipurile de material de umplutur utilizate; un astfel sistem, poate asigura, ntr-o treapt anterioar, compus dintr-un filtru cu flux vertical, o bun reducere a coninutului de suspensii solide SS i materie organic CBO i realizeaz o nitrificare aproape total, iar ntr-o treapt posterioar, compus dintr-un filtru cu flux orizontal, o rafinare a reducerilor de SS i CBO, o bun denitrificare precum i o bun eliminare a fosforului prin adsorbie n stratul de umplutur al filtrului, dac materialul granular folosit are caracteristici bune de adsorbie (se recomand materiale pe baz de Fe, Al, Ca);

- sisteme cu configuraii mai complexe, care sunt utilizate la rafinarea (finisarea) efluenilor secundari sau teriari i anume: sisteme cu lagune naturale sau aerate completate cu o combinaie de lagune cu macrofite, elimin riscul unor eflueni cu calitate mediocr temporar; de asemenea, sisteme cu lagune completate cu lagune cu macrofite sau relativ frecvent folosite la tratarea apei meteorice.

O multitudine de variante de sisteme de instalaii extensive ar putea fi proiectate n scopul reproducerii a numeroase variante de ecosisteme naturale specifice mlatinilor, ns trebuie avut n vedere c creterea complexitii sistemelor se face n detrimentul facilitii de exploatare i ntreinere, precum i a creterii costurilor de capital i exploatare.

De asemenea trebuie c la fundamentarea nfiinrii unor sisteme extensive complexe care s deserveasc obiective cu populaie de peste 4000 locuitori echivaleni, trebuie fcut o comparaie ntre costurile de capital i exploatare estimate pentru astfel de sisteme cu costurile de capital i exploatare ale unor sisteme intensive cu performane similare. n aceast analiz nu trebuie s fie ignorate nici suprafeele de teren necesare pentru nfiinarea sistemelor de epurare extensive.Bibliografie

1. *** - Guide - Extensive Wastewater Treatment Processes - adapted to small and medium sized communities (500 to 5000 population equivalents) - Office of official publications of the European Community, Luxembourg , 2001.