Curs 8-9

Echipamente şi utilaje în procesarea deşeurilor

Echipamente pentru prelucrarea nămolurilor

PROVENIENTA NAMOLURILOR ÎN STATIILE DE EPURARE ORASENESTI

Epurarea apelor uzate, în vederea evacuării în receptorii naturali sau a

recirculării, conduce la reţinerea şi formarea unor cantităţi importante de nămoluri ce

înglobează atât impurităţile conţinute în apele brute, cât şi cele formate în procesele de

epurare.

Schemele tehnologice aplicate pentru epurarea apelor uzate industriale şi

orăşeneşti, din care rezultă nămoluri se pot grupa în două mari categorii:

scheme de epurare mecano-chimică

scheme de epurare mecano - biologică.

Surse de nămol din staţia de epurare mecano-biologică

1

Pasteurizare, tratare chimică, compostare

Nămolurile provin din apele uzate impurificate cu materii în suspensie cum sunt

cele din industria miniera, chimica, metalurgica, industrie usoara, industrie alimentara,

precum si cele provenind din apele uzate fecaloid-menajere.

Dacă aceste ape încărcate cu materii în suspendie s-ar evacua direct în

cursurile de apă sau dacă nămolurile reţinute în staţiile de epurare s-ar deversa în

cursurile de apă, s-ar produce pe lângă creşterea debitului emisarului o poluare a

acestuia. Materiile în suspensie favorizează dezvoltarea unor bacterii caracteristice

apelor uzate care distrug flora si fauna naturala a cursurilor de apa.

Din punct de vedere fizic, nămolurile provenite din epurarea apelor uzate se

consideră sisteme coloidale complexe, cu compoziţii eterogene, conţinând particule

coloidale ( d < 1 μm), particule dispersate (d = 1 - 100 μm), agregate, material în

suspensie etc., având un aspect gelatinos şi conţinând foarte multă apă. Din punct de

vedere tehnologic, nămolurile se consideră ca fază finală a epurării apelor, în care sunt

înglobate produse ale activităţii metabolice, materii prime, produşi intermediari şi

produse finite ale activităţii industriale.

Surse de nămol din staţia de epurare mecano – chimic

Namolurile provenite din epurarea apelor uzate se pot clasifica dupa mai multe

criterii:

a) Dupa compoziţia chimică, namolurile se împart în:

2

namoluri minerale - contin > 50% substante minerale (exprimate în SU) –

provin de regulă din epurarea mecano-chimică;

namol organic - contine > 50% substante volatile (exprimat în SU) –

provin de regulă din epurarea mecano-biologică;

b) În funcţie de treapta de epurare din care provine, avem:

namol primar, rezultat din treapta de epurare mecanica;

namol secundar, rezultat din treapta de epurare biologica;

namol stabilizat anaerob (rezultat din rezervoarele de fermentare a

namolurilor) sau aerob (rezultat fie din procesul de epurare biologica

avansata, respectiv nitrificare cu stabilizare, fie din stabilizatorul de

namol, de pe linia namolului);

nămol deshidratat;

nămol igienizat (prin pasteurizare, tratare chimică sau compostare);

nămol fixat, rezultat prin solidificare în scopul imobilizării compuşilor

toxici;

cenuşă – rezultată din incinerarea nămolului.

c) În funcţie de provenienţa apelor uzate, namolurile se pot împarti în:

namolurile din epurarea apelor uzate menajere/orasenesti;

namolurile din epurarea apelor uzate industriale.

PROCEDEE DE PRELUCRARE A NAMOLULRILOR

Alegerea tehnologiei de prelucrare a nămolurilor este influenţată de

caracterisiticile nămolului. Caracteristicile nămolului depind de: sursa de provenienta a

namolurilor, perioada de stationare în sistem, modalitatea de procesare luata în

considerare, etc.

Clasificarea proceselor de prelucrare se poate face după diferite criterii, cum ar

fi reducerea umidităţii, mineralizarea componentei organice etc.

În tabelul următor se prezintă o grupare a procedeelor de prelucrare sugerând

posibilitatea alegerii unei scheme tehnologice convenabile fiecărui tip de nămol şi

condiţiilor specifice locale.

3

O altă clasificare clasificare a procedeelor de prelucrare a nămolurilor, în funcţie

de scopul urmărit, se prezintă astfel:

Procedeu de prelucrare Scop

Prelucrare preliminara Reducerea dimensiunii materiilor solide continute în namol

si retinerea acestora, deznisiparea

Conditionarea chimica Îmbunatatirea propietatilor namolurilor în vederea

concentrarii si/sau deshidratarii mecanice

Concentrare Reducerea volumelor de namol

Stabilizare Reducerea cantitatilor de namol prin îndepartarea de

substanta organica

Deshidratare Reducerea volumelor de namol

Uscare Reducerea volumelor de namol

Incinerare Reducerea volumelor de namol

Compostare Stabilizare

Prelucrarea preliminara a namolurilor

1. Sitarea namolurilor

Prin sitarea unui namol se întelege procesul prin care se retin din acesta

particule de dimensiuni mai mari si de diverse compozitii (plastic, lemn, metal, materiale

textile, cauciuc, hârtie, etc.) care pot îngreuna procesele de prelucrare ulterioara.

4

Se prevăd instalatii de sitare cu curatite automată, cu dimensiunea deschiderilor

cuprinsa între 3 si 6 mm.

Cele mai frecvent utilizate instalatii de sitare sunt:

- sitele pasitoare;

- instalatii montate pe conducta de transport a namolului prevazute cu sistem de

presare a retinerilor.

2. Maruntirea namolurilor

Maruntirea namolurilor este un proces, în care o cantitate mare de material

fibros (vâscos) continut de namol este taiat sau împartit în particule mici astfel încât sa

se previna colmatarea sau înfasurarea în jurul echipamentelor în miscare. Un tocator

tipic este prezentat în figura următoare.

Tocatoarele, înca de la început au necesitat o atentie deosebita pentru

întretinere, dar noile proiecte de tocatori cu viteza redusa s-au dovedit mult mai durabile

si mai fiabile.

3. Deznisiparea namolurilor

În statiile de epurare unde nu se folosesc instalatii separate pentru îndepartarea

nisipului înainte de decantoarele primare, sau acolo unde procesul nu permite, este

necesar sa se îndeparteze nisipul înainte ca namolul sa poate fi procesat. Cea mai

eficienta metoda de deznisipare a namolului este supunerea acestuia unor forte

centrifuge pentru separarea particulelor de nisip de namolul organic. Aceasta separare

se obtine prin folosirea unui deznisipator tip ciclon, ce nu are parti mobile.

Eficienta deznisipatorului tip ciclon este influentata de presiunea si de

concentratia de substante organice din namol. Pentru a obtine separarea efectiva a

5

nisipului, namolul trebuie diluat pâna la 1 - 2% substanta uscata. Din moment ce

concentratia creste, marimea particulelor ce pot fi îndepartate descreste.

Conditionarea chimica a namolurilor

Conditionarea chimica reprezinta procedeul de prelucrare a namolurilor utilizat

pentru îmbunatatirea eficientei proceselor de concentrare si deshidratare ale acestora.

Adaosul de reactivi chimici conduce la micsorarea rezistentelor specifice la filtrare a

namolurilor si implicit la separarea mai usoara a apei din namolul trimis la prelucrare.

Pentru conditionarea chimica a namolurilor se utilizeaza în mod frecvent doua

grupe de reactivi:

- reactivi anorganici ;

- polielectroliti organici.

Din categoria reactivilor anorganici mai des utilizati se pot enumera: varul,

clorura ferica (FeCI3), sulfatul feric [Fe2(S04)·9H20], sulfat feros (FeS04, 7H20),

clorosulfat feric (FeS04CI).

De asemenea, în anumite situatii se folosesc si saruri de aluminiu precum

sulfatul de aluminiu Al2(SO4)3.

Varul este folosit pentru ridicarea pH-ului atunci când acesta are valori scazute

datorita utilizarii clorurii ferice pe post de coagulant. Pe lânga controlul pH-ului, varul

mai poate reduce mirosurile produse de sulfuri care sunt transformate în solutie, din

hidrogen sulfurat în sulfura si ion bisulfura, produsi de reactie nevolatili la un pH alcalin.

Formarea precipitatiilor de carbonat si hidroxid de calciu conduce la

îmbunatatirea proceselor de deshidratare, actionând ca un agent de înfoiere care

mareste porozitatea namolului si diminueaza rezistenta la compresiune.

Trebuie evitata dozarea în exces a varului, deoarece aceasta poate afecta

procesul de stabilizare a namolului.

În general dozele de var variaza între 5 si 40% din substanta uscata.

Clorura ferica este un reactiv folosit la coagularea materiilor solide din namol,

proces care decurge în bune conditii la pH mai mare de 6. La pH sub 6, formarea

flocoanelor este slaba iar deshidratarea se realizeaza dificil. De aceea, pentru

corectarea pH-ului se foloseste varul, care va conduce la o deshidratare optima.

Majoritatea namolurilor rezultate în urma epurarii apelor uzate nu pot fi conditionate cu

succes fara a asocia clorura ferica cu varul. Clorura ferica trebuie introdusa în namol

înaintea varului iar punctele de injectie a celor doi reactivi trebuie sa fie seprate.6

În general dozele de clorura ferica variaza între 2 si 10% substanta uscata.

Având în vedere corozivitatea prununtata a clorurii ferice, se recomanda

manipularea si stocarea corespunzatoare a acesteia.

Clorura ferica se livreaza sub forma lichida, în solutie cu o concentratie de 30-

35%.

Polimerii organici cunoscuti si sub numele de polielectroliti, sunt substante

chimice de sinteza cu structura de lant molecular lung, solubile în apa care favorizeaza

procesele de concentrare si deshidratare ale namolurilor retinute în statiile de epurare.

Acestia actioneaza asupra particulelor solide din namol prin neutralizarea sarcinii

electrice a acestora si formarea flocoanelor cu proprietati de deshidratare îmbunatatite.

Functie de sarcina electrica predominanta a acestora, polimerii pot fi:

- neionici – nu prezinta sarcina electrica;

- anionici – utilizati pentru conditionarea namolurilor cu continut preponderent

mineral;

- cationici – pentru conditionarea namolurilor de natura organica.

Poliacrilamida este cel mai utilizat polimer de tip neionic, si se formeaza prin

polimerizarea catenei monomerului acrilamida. Pentru a transporta sarcina electrica

pozitiva sau negativa în solutie apoasa, poliacrilamida trebuie combinata cu monomeri

anionici sau cationici.

Concentrarea (îngrosarea) namolurilor

Procedeul de concentrare (îngrosare) a namolurilor consta în reducerea

umiditatii acestora în vederea prelucrarii ulterioare a unor volume mai mici. Se poate

aplica tuturor namolurilor ce rezulta în urma epurarii apelor uzate.

Functie de proprietatile namolului ce urmeaza a fi concentrat, se pot aplica

scheme cu sau fara conditionarea chimica sau termica a acestuia.

Cele mai utilizate procedee de concentrare a namolurilor provenite dintr-o statie

de epurare sunt:

- concentarea gravitationala;

- concentrarea mecanica, care poate fi realizata în instalatii specifice precum:

- filtru cu vacuum ;

- filtru presa;

- filtru banda;

- unitate de flotatie cu aer dizolvat ; 7

- centrifuga ;

- instalatie de concentrare cu snec.

1. Concentrarea (îngrosarea) gravitationala a namolurilor

Prin concentrare gravitationala se întelege procesul de reducere a umiditatii

namolului datorita fenomenului de separare prin decantare a fazelor lichida si solida din

componenta acestuia, fiind una din cele mai utilzate metode de îngrosare a namolurilor.

Se realizeaza în bazine asemanatoare decantoarelor, în care în loc de apa limpezita se

evacueaza supernatant sau „apa de namol” termen sub care mai este cunoscut lichidul

provenit în urma îngrosarii.

Concentratoarele gravitationale sunt constructii, în general sub forma unor

bazine circulare (v. fig. 6.4 si 6.5), folosite cu precadere pentru prelucrarea urmatoarelor

tipuri de namoluri:

8

- primar sau primar conditionat cu var;

- biologic de la filtrele percolatoare ;

- fermentat anaerob.

6.4.4.3. Eficienta de reducere a umiditatii namolului variaza functie de

caracteristicile acestuia si de prezenta sau absenta conditionarii chimice. Acest

parametru este evidentiat în tabelul următor.

Tipul namoluluiUmiditatea namolului influent la concentrare (%)

Umiditatea namolului concentrat (%)

Reducerea de umiditate la concentrare (%)

Nămol primar 94-98 90-95 3

Nămol biologic rezultat de la filtrele percolatoare

96-99 94-97 2

Nămol biologic rezultat de la filtrele biologice cu discuri

96,5-99 95-98 1-1,5

Nămol în exces de la bazinele de aerare

99,5-98,5 97-98 1,5

Nămol în exces din procedee de epurare biologica ce utilizeaza oxigen pur

99,5 - 98,5 97 - 98 1,5

Nămol în exces din procedee de epurare biologica cu aerare prelungita

99,8 - 99 97 - 98 1,8 - 2

Nămol primar fermentat, provenit din treapta primara de fermentare

92 88 4

Amestec de namoluri:

primar + biologic rezultat de 94 - 98 91 - 95 3

9

la filtrele percolatoare

primar + biologic rezultat de la filtrele biologice cu discuri

94 - 98 92 - 95 2-3

primar + în exces 98,5 - 99,596 - 97,5

94-9693-96

3,5 - 4,51,5 - 3

în exces de la bazinele de aerare + biologic rezultat de la filtrele percolatoare

97,5 - 99,5 96 - 98 1,5

amestec fermentat de namol primar + namol în exces

96 92 4

Namol conditionat chimic:

primar + fier 98 96 2

primar + var în doze mici 95 93 2

primar + var în doze mari 92,5 88 4,5

primar + în exces conditionat cu fier

98,5 97 1,5

primar + în exces conditionat cu aluminiu

99,6 - 99,8 93,5 - 95,5 4,3 - 6,1

primar conditionat cu fier + biologic rezultat de la filtrele percolatoare

99,4 - 99,6 91,5 - 93,5 6,1-7,9

primar conditionat cu fier + în exces

98,2 96,4 1,8

amestec fermentat de namol primar + namol în exces conditionat cu fier

96 94 2

Namol rezultat din epurarea chimica (tertiara) :

cu var în doze mari 95,5 - 97 85 - 88 9 - 10,5

cu var în doze mici 95,5 - 97 88 - 90 7-7,5

cu fier 98,5 - 99,5 96-97 2,5

La proiectarea concentatoarelor de namol se va tine seama de:

- numarul minim de unitati n = 2 ;

- evacuarea supernatantului sa se realizeze pe cât posibil gravitational;

- se va tine seama ca încarcarea cu substanta uscata sa nu depaseasca limita

maxim admisa.

2. Concentrare a (îngrosarea) mecanica a namolurilor

10

Reprezinta procedeul de reducere a umiditatii namolurilor cu ajutorul unor

utilaje si echipamente specializate, capabile sa realizeze performante superioare

concentratoarelor gravitationale.

Atunci când se aplica concentrarea (îngrosarea) mecanica este obligatorie

conditionarea namolului ce urmeaza a fi prelucrat. Prin conditionare se urmareste

reducerea rezistentei specifice la filtrare „r” si a coeficientului de compresibilitate „s”.

Concentrarea mecanica a namolurilor poate fi realizata cu unul din urmatoarele

utilaje:

- unitati de flotatie cu aer dizolvat ;

- centrifuge ;

- concentratoare gravitationale cu banda;

- concentratoare cu tambur rotativ.

a) Unitate de flotatie cu aer dizolvat

Aceasta instalatie functioneaza pe principiul separarii fazei solide de cea

lichida, utilizând flotatia artificiala. Astfel particulele solide din namol sunt antrenate spre

suprafata de catre bulele de aer eliberate în mediul lichid. (fig.6.6)

Se aplică pentru suspensii care au tendinţa de flotare şi sunt rezistente la

compactare prin îngroşare gravitaţională.

Procesul de flotare cu aer se poate realiza prin: flotarea cu aer dispersat, flotare

cu aer dizolvat sub presiune, flotare cu aer la presiune negativă şi flotare biologică. Cel

mai larg utilizat este procesul de flotare cu aer dizolvat sub presiune, care prin

destindere la presiunea apropiată de cea atmosferică elimină bule fine (d ≈ 80 μm),

care se ataşează sau se înglobează în flocoanele de nămol şi le ridică la suprafaţă.

11

Pentru asigurarea unei concentraţii convenabile de materii în suspensie la alimentare,

se practică recircularea unei fracţiuni de efluent.

Principalii parametri ce influenţează procesul de îngroşare prin flotare sunt:

presiunea, raportul de recirculare, concentraţia de solide la alimentare, durata de

retenţie, raportul aer / solide, tipul şi calitatea nămolului, încărcarea hidraulică în solide,

utilizarea agenţilor chimici.

b) Centrifuga

Centrifugele sunt instalatii care pot realiza atât concentrarea cât si

deshidratarea namolurilor provenite din procesele de epurare a apelor uzate si

presupune, în ambele cazuri, separarea particulelor solide din namol prin actiunea

fortelor centrifuge.

Se aplică în general pentru nămolul activ în exces, atunci când nu se dispune

de spaţiu pentru alte instalaţii mai puţin compacte

Constructiv, centrifuga este alcatuita dintr-un cilindru lung, pozitionat orizontal,

în interiorul caruia se afla montat concentric, un snec care se roteste cu o viteza diferita

de cea a cilindrului. Alimentarea cu namol a instalatiei se realizeaza în mod continuu

prin interiorul snecului care are prevazute orificii ce comunica cu zona interioara a

cilindrului (v. fig. 6.7). Datorita fortelor centrifuge generate de rotirea snecului se

produce o separare accelerata a celor doua faze - solida si lichida - partea solida fiind

proiectata spre exterior iar supernatantul acumulându-se în centru.

12

În mod normal, concentrarea namolurilor prin intermediul centrifugarii nu implica

conditionarea chimica a acestora. În cazul în care, prin efectuarea de teste, rezulta

eficiente semnificativ sporite prin adaugarea în namolul influent a polielectrolitilor, se vor

stabili dozele corespunzatoare pentru care eficienta de reducere a umiditatii este

maxima. De aceea, în cea mai mare parte a situatiilor când în statiile de epurare s-a

prevazut concentrare cu centrifuge, exista si unitati de preparare si dozare a

polielectrolitilor. Pentru namolul în exces provenit de la bazinele de aerare, dozele de

polimer variaza între 0 si 4 kg/t substanta uscata.

Utilizând centrifuga cu transportor elicoidal se poate atinge o concentrare de

solide de circa 4% şi un grad de reţinere a solidelor de 90%, la îngroşarea nămolului

activ cu adaos de floculanţi. Ţinând seama de viteza de rotaţie mare a echipamentului

(6000 rot/min), consumul de floculanţi este mai mare datorită fragilităţii şi ruperii

flocoanelor, deci costurile de exploatare sunt mai mari decât în cazul altor procedee.

Datorita costurilor ridicate privind exploatarea si consumul energetic solutia de

concentrare cu instalatii tip centrifuga este avantajoasa mai ales atunci când:

- debitul de namol ce trebuie prelucrat depaseste 0,2 m3/s ;

- spatiul disponibil al statiei de epurare este limitat;

- exista personal specializat de deservire ;

- procedeele de concentrare conventionale sunt ineficiente.

c) Concentrator gravitational cu banda

Echipamentul consta dintr-o banda filtranta tensionata actionata de un sistem

de role cu viteza variabila. Namolul introdus la concentrare este distribuit într-un strat

uniform pe toata latimea activa a benzii. Datorita materialului filtrant din care este

realizata banda, supernatantul se separa pe cale gravitationala si este evacuat într-un

jgheab la partea inferioara a instalatiei. (v. fig. 6.8). Pe întreg parcursul traseului de

deplasare a benzi, dar si pe toata latimea acesteia, în zona de concentrare, namolul

este brazdat de catre un sistem de greble. La capatul aval al benzii, namolul concentrat

este descarcat într-un jgheab colector. În zona inferioara de deplasare a benzii este

montat un dispozitiv de spalare a acesteia.

13

Concentratoarele gravitationale cu banda sunt utilizate în special pentru

prelucrarea: namolului în exces de la bazinele de aerare, namolurilor fermentate pe cale

anaeroba sau aeroba precum si acelora rezultate în urma epurarii chimice a apelor

uzate.

Pentru toate tipurile de namol ce se vor concentra este necesara conditionarea

chimica a acestora prin adaos de polimeri. Pentru stabilirea dozei optime se vor efectua

teste corespunzatoare.

Parametrii de proiectare ai concentratoarelor gravitationale cu banda sunt:

- încarcarea hidraulica cu namol a benzii,

- încarcarea superficiala cu materii solide, variaza între 200 si 600 kg/m2,h ;

- sistemul este proiectat pentru a evacua un namol concentrat cu o umiditate de

93 - 95% ;

- dozajul de polimer necesar îngrosarii namolului în exces de la bazinele de

aerare variaza în intervalul 3 - 7 kg polimer în stare uscata/tona substanta. uscata din

namol.

d) Concentratoare cu tambur rotativ

Sunt instalatii alcatuite dintr- o sita cilindrica rotativa, actionata de un

electromotor având în componenta atât sistemul de injectare a reactivilor cât si reactorul

de floculare a particulelor solide din namol (v. fig. 6.9). În timpul functionarii tamburul se

roteste cu o viteza de 5 - 20 rot/min.

14

3. Stabilizarea namolurilor

Procesul de stabilizare a namolului se poate realiza prin trei metode: stabilizare

anaeroba (fermentare), stabilizare aeroba si stabilizare alcalina.

Stabilizarea anaeroba (fermentare) este probabil metoda cea mai des folosita

în statiile de epurare a apelor uzate. Produce un namol relativ stabil cu costuri moderate

si ca un beneficiu suplimentar, produce biogaz în a carei componenta se gaseste

preponderent gaz metan. Acest biogaz poate fi folosit pentru încalzirea namolului

influent si a anamolului de recirculare la temperatura de proces, iar în marile statii de

epurare poate fi folosit pentru producerea de electricitate si agent termic.

În cadrul statiilor mari de epurare, unde se aplica epurarae avansata a apelor

uzate, se pot prevede rezervoare de fermentare acidogena, necesare pentru

producerea sursei de carbon în procesul de denitrificare.

Unele dezavantaje ale procesului sunt urmatoarele: costuri initiale ridicate, o

cantitate însemnata de echipamente mecanice (în special acolo unde gazul este

valorificat), un supernatant a carui concentratii în poluanti este foarte mare la

fermentarea în doua trepte, namolul trebuie încalzit pentru a mentine temperatura si

procesele dorite si tendinta de supraîncarcare a aproceselor ca rezultat al unei slabe

mixari, nevoia de control a temperaturii, prezenta metalelor grele sau a altor agenti

toxici în influent.

15

Stabilizarea aeroba se întâlneste în statiile de epurare mici si medii. Este un

proces ce necesita multa energie (datorita energiei consumate pentru transferul

oxigenului) comparat cu fermentarea anaeroba, dar necesita costuri mai mici pentru

investitie.

Stabilizarea aeroba este mai putin complexa din punct de vedere functional si

uneori nu are procese separate. Stabilizarea aeroba a namolului se poate produce fie în

bazine dedicate, ca stabilizatoare de namol (pe linia namolului), fie în bazine de aerare

de pe linia apei în care se realizeaza o epurare avansata (de exemplu nitrificare cu

stabilizare, unde datorita timpilor de retentie mari, namolul activat rezulta deja stabilizat.

Stabilizarea alcalina este stabilizarea în urma careia produsul rezultat contine

putini agenti patogeni si poate fi folosit în agricultura sau pentru îmbunatatirea

parametrilor unui pamânt. Un dezavantaj al stabilizarii alcaline este acela ca masa

produsului se mareste prin adaugarea de material alcalin.

A) Stabilizarea (fermentare) anaeroba

Scopul fermentarii anaerobe este acela de a reduce agentii patogeni, cantitatea

de biomasa prin distrugerea partiala a materiilor volatile si producerea de biogaz,

respectiv de gaz metan ce poate fi valorificat. Complexitatea fermentarii anaerobe

apare din sensibilitatea procesului si din interactiunile componentelor ce completeaza

sistemul.

Fermentarea anaeroba are loc, ca rezultat al unei serii complicate de reactii

chimice si biochimice. Reactiile care au loc implica multe tipuri de bacterii, fiecare tip

furnizând o biotransformare unica si indispensabila. Procesele de fermentare cuprind

urmatoarele etape: hidroliza, formarea de compusi organici solubili si acizi organici cu

catene scurte si formarea de metan. În prima etapa (hidroliza), proteinele, celuloza,

lipidele, si alte materii organice complexe sunt solubilizate. În cea de-a doua etapa

(formarea acizilor), produsii primei etape sunt transformati în compusi organici solubili

incluzând acizii grasi cu catene lungi; acesti compusi organici solubili sunt apoi

transformati în acizi organici cu catene scurte (cunoscuta ca acidifiere). În cea de-a treia

etapa (formarea metanului), acizii organici sunt transformati în metan si în dioxid de

carbon. Eficienta stabilizarii prin fermentare anaeroba este masurata prin cantitatea de

materii volatile (organice) reduse în timpul procesului. Deoarece fermentarea anaeroba

este realizata biologic si depinde de dezvoltarea microorganismelor, nu are loc o

reducere completa a materiilor volatile ci în proportie de 40-60% (procent numit limita 16

tehnica de fermentare), în mod obisnuit. Eficienta scazuta are loc atunci când sunt

prezente substante greu biodegradabile. Un procent ridicat de descompunere a

materiilor solide se obtine atunci când namolul este compus din materii usor

degradabile, cum sunt carbohidratii simpli, carbohidratii compusi (celuloza), proteinele si

lipidele. (fig.6.10)

Eficienta si durata fermentarii, productia de gaz si caracteristicile gazului

produs, depind de natura materiilor solide ce urmeaza a fi fermentate.

Factorii cei mai importanti ce afecteaza fermentarea anaeroba sunt timpul de

retentie a materiilor solide, eficienta mixarii, timpul de retentie hidraulic, temperatura,

pH-ul si prezenta substantelor toxice.

Fermentarea anaeroba poate fi considerata ca fiind utila procesului de

stabilizare atunci când concentratia substantelor volatile este mai mare sau egala cu

50% sau chiar mai mare si când sunt prezente sau pot aparea substantele inhibitoare.

Fermentarea namolului primar are ca rezultat o separare a fractiunii solide de cea

lichida în comparatie cu namolul activat. Combinând cele doua tipuri de namol

amestecul va avea rezultat bun în sedimentare, mult mai bun decât namolul activat dar

mai slab decât namolul primar. Reziduurile chimice contin var, fier, aluminiu si alte

substante ce pot fi fermentate cu succes daca substantele volatile continute au un timp

de retentie destul de mare pentru a suporta reactiile biochimice si nu sunt prezente

substantele inhibitoare. Daca o examinare a caracteristicilor namolului indica o varietate

mare a calitatii acestuia, fermentarea anaeroba poate sa nu fie posibila datorita

sensibilitatii sale la schimbarile calitative ale substratului.

Unul dintre avantajele fermentarii anaerobe este producerea de energie. Gazul

metan continut în biogazul produs poate fi folosit pentru a încalzi namolul influent si cel

17

de recirculare la temperatura de proces, iar excesul poate fi folosit pentru încalzirea

cladirilor civile din incinta precum si pentru producerea de energie electrica.

Dezavantajele fermentarii anaerobe sunt urmatoarele: rezervorul de fermentare

poate usor refula datorita conditiilor neasteptate si a accidentelor sau a încarcarilor

ridicate si este greu de restabilizat. Sunt necesare rezervoare de fermentare cu volume

mari datorita dezvoltarii încete a bacteriilor metanogene si a timpului mare de retentie

necesar. Aceste lucruri duc la sporirea costurilor de investitie.

În timpul fermentarii, metalele grele sunt concentrate în namol, ele putând

restrictiona posibilitatile de împrastiere pe pamânt a namolului fermentat. Supernatantul

rezultat este trimis fie în influentul statiei de epurare, fie în amontele decantoarelor

primare, fie la o facilitate separata de epurare a supernatantului. Operatiile de curatare

sunt dificile si periculoase datorita bazinului ce este închis. Încalzirea interioara si

echipamentul de mixare pot avea probleme semnificative datorita coroziunii, a uzurii si a

conditiilor inaccesibile. Sistemul de încalzire exterior, de asemenea, se poate obtura si

are nevoie de întretinere constanta.

Pentru personalul de exploatare, exista pericolul exploziei, ca rezultat al unei

exploatari si întretineri necorespunzatoare, a scurgerilor si a neglijentei. Condensul pe

conducta de gaz sau colmatarea pot provoca probleme de întretinere. Ceea ce necesita

o întretinere ridicata datorita depunerilore, a spumei si a nisipului ce se acumuleaza.

Pe linia namolului la statiile mari si la cele unde se aplica epurarea avansata a

apelor, este indicat a se prevedea un rezervor de fermentare acidogenic necesar pentru

producerea sursei de carbon în procesul de denitrificare.

Procesele de fermentare

Trei configuratii ale procesului pentru fermentarea anaeroba sunt folosite în

mod obisnuit: fermentarea de mica încarcare, fermentarea de mare încarcare si

fermentare în doua etape. În plus, fermentarea anaeroba poate functiona la doua

regimuri ale temperaturii: mezofila (30-38˚C) si termofila (50-60˚C).

Fermentarea anaeroba de mica încarcare

Rezervoarele de fermentare de mica încarcare sunt cele mai vechi sisteme de

fermentare anaeroba si mai sunt numite si rezervoare de fermentare anaerobe

conventionale. Figura 6.11 prezinta un rezervor de fermentare cu debit constant.

Rezervorul de fermentare este compus dintr-un rezervor de forma cilindrica cu panta la

partea inferioara si cu un acoperis plat sau curb. Nu este prezenta amestecarea în

acest sistem.18

Datorita faptului ca nu se face amestecarea la sistemele de fermentare de mica

încarcare apare fenomenul de stratificare în interiorul rezervorului de fermentare.

Biogazul acumulat la partea superioara a rezervorului este evacuat pentru a fi stocat

sau pentru a fi valorificat. Spuma se acumuleaza la partea superioara a lichidului sau a

supernatantului. Supernatantul este evacuat si recirculat înainte de decatorul primar sau

la intrarea în treapta avansata. Supernatantul contine concentratii foarte mari de azot si

fosfor. Particulele stabilizate decanteaza la partea inferioara a rezervorului pentru a fi

îndepartate si apoi prelucrate.

Fermentarea de mica încarcare este caracterizata printr-o alimentare

intermitenta, o încarcare redusa cu substanta organica (volatila) a rezervorului de

fermentare, nu se face amestec decât prin fenomenul de flotare a bulelor de gaz,

dimensiuni mari ale rezervoarelor datorita volumului si timpului de retentie cuprins între

30 si 60 de zile. Nisipul si stratul de spuma (crusta) se vor acumula la partea inferioara

si respectiv la partea superioara, în consecinta, volumul efectiv scade.

Fermentarea anaeroba de mare încarcare, într-o singura treapta

Rezervoarele de fermentare de mare încarcare sunt caracterizate prin mixarea

si încalzirea namolului, debitul de alimentare este uniform si se realizeaza o

concentrare a namolului înainte de a fi fermentat (v. fig. 6.12). Ca rezultat, volumul

rezervorului necesar pentru o fermentare corespunzatoare este redus si stabilitatea

procesului este îmbunatatita.

19

Încalzirea namolului pentru fermentare are ca efect îmbunatatirea dezvoltarii

microorganismelor, a eficientei de fermentare si a productiei de biogaz. Rezervoarele

de fermentare anaeroba de mare încarcare pot functiona la temperaturi mezofile si

termofile. Fermentarea termofila poate oferi câteva avantaje suplimentare fata de

fermentarea mezofila, cum ar fi raportul ridicat al reactiilor ce pot avea ca rezultat

micsorarea volumului necesar desfasurarii procesului de fermentare, cresterea

distrugerii agentilor patogeni si caracteristici de deshidratare mult mai bune. Restrictiile

procesului includ o sensibilitate extrema a microorganismelor la  variatia temperaturii de

proces, o energie necesara mult mai mare (si mai departe costuri ridicate de exploatare

pentru mentinerea temperaturii de proces) comparat cu procesele de fermentare

mezofila si producerea de namol fermentat cu miros mult mai puternic.

Procedeele utilizate în încalzirea namolului sunt: injectarea de aburi, folosirea

schimbatorilor de caldura interiori si folosirea schimbatorilor de caldura exteriori.

Schimbatorii de caldura exteriori sunt cei mai utilizati datorita flexibilitatii lor si a faptului

ca sunt mult mai usor de controlat la suprafata de încalzire. Spiralele interioare se pot

colmata usor si vor trebui întretinute periodic, sau rezervorul de fermentare va trebui

golit pentru ca acestea sa poata fi curatate. Temperatura apei de încalzire este

mentinuta la valori cuprinse între 50 si 62˚C.

Amestecarea namolului din rezervorul de fermentare reduce stratificarea

termica, disperseaza substratul pentru un contact mai bun cu biomasa activa si reduce

formarea crustei. Amestecarea diminueaza, de asemenea, orice substanta inhibatoare

sau pH nefavorabil si caracteristicile temperaturii influentului, în consecinta creste

volumul efectiv al rezervorului.

20

Fermentarea anaeroba de mare încarcare în doua trepte

Fermentarea în doua etape este o extindere a tehnologiei de fermentare de

mare încarcare, ce împarte functiile fermentarii si separarii fractiunii solide de cea

lichida în doua rezervoare separate, legate în serie. Primul rezervor este un rezervor de

fermentare de mare încarcare, în timp ce al doilea este utilizat pentru separarea solid-

lichid, cu eliminarea de supernatant si producerea de biogaz (v. fig. 6.13). Cel de-al

doilea rezervor nu are sisteme de amestecare sau de încalzire.

Materiile solide fermentate anaerob pot sa nu sedimenteze bine, rezultatul

observându-se în supernatant ce contine o concentratie mare de materii solide în

suspensie ce pot fi daunatoare pentru sistemul de epurare a supernatantului.

Dezavantajele acestui sistem sunt caracteristicile slabe de concentrare prin

sedimentare ale namolului fermentat (în prima treapta), datorita bulelor de biogaz

fermentate în prima treapta care prin flotare inhiba partial procesul de concentrare a

namolului.

O etapa de perspectiva o pot constitui rezervoarele de fermentare în doua

trepte ce folosesc fermentarea termofila urmata de fermentare mezofila cu avantaje

operationale superioare.

Dimensionarea rezervorului de fermentare anaerob

Prima consideratie importanta de dimensionare este aceea de a se determina

volumul corect al rezervorului pentru a asigura o stabilizare eficienta a influentului si a

productiei de biogaz, respectiv gaz metan, corespunzatoare.

Datele necesare pentru dimensionare a unui rezervor de fermentare anaeroba

a namolului includ calitatea si cantitatea materiilor solide din influent ce urmeaza a fi 21

fermentate, respectiv ale materiilor solide produse prin sedimentarea primara,

secundara sau avansata (unde este cazul). Sunt necesare informatii suplimentare

precum procentul de materii solide, procentul de materii volatile si raportul dintre

namolul primar si cel biologic ce vor alimenta rezervorul de fermentare.

Colectarea si stocarea biogazului

Biogazul produs prin fermentarea anaeroba a namolului este colectat fie pentru

a fi valorificat, fie este eliminat prin ardere. Odata ce el floteaza prin namol, biogazul

este colectat deasupra suprafetei de lichid si este evacuat. Biogazul este apoi

transportat pentru a încalzi sau pentru a furniza energie echipamentelor (utilizare

imediata), sau este stocat în rezervorul de gaz pentru a fi utilizate mai târziu, iar gazul în

exces este eliminat prin ardere.

Biogazul rezultat în urma fermentarii anaerobe contine aproximativ 65-70%

CH4, 25-30% CO2, si cantitati mici de N2, H2, H2S, vapori de apa, si alte gaze. Biogazul

de fermentare are o gustare specifica de aproximativ 0,86 din greutatea specifica a

aerului. Deoarece productia de biogaz este una dintre cele mai bune metode pentru

progresul fermentarii si deoarece gazul de fermentare poate fi folosit drept agent de

combustie, proiectantul trebuie sa fie familiarizat cu producerea, colectarea si

valorificarea lui.

Gazul metan continut în biogaz la temperatura si presiune normala (20oC si 1

atm), are o valoare termica de 35.800 kJ/m3. Deoarece biogazul de fermentare contine

doar 65% metan, puterea calorica a gazului de fermentare este de 22.400 kJ/m3. Prin

comparatie, gazul natural, care este un amestec de metan, propan, si butan, are o

putere calorica de 37.300 kJ/m3.

Productia de biogaz realizata este corelata în mod direct, biochimic, cu

cantitatea de substante volatile mineralizate si este exprimata ca volumul de biogaz pe

unitatea de masa a materiilor volatile distruse. Acest indice specific al productiei de

biogaz este diferit pentru fiecare substanta organica din rezervorul de fermentare.

Productia de biogaz variaza de la la 0,7 m3 biogaz/kg materii volatile pentru proteine si

carbohidrati pâna la 1,2-1,6 m3 biogaz/kg de materii volatile reduse în cazul grasimilor.

Un rezervor de fermentare anaerob obisnuit alimentat cu namol primar si namol activ în

exces poate produce aproximativ 0,8 - 1 m3 biogaz/kg de substante volatile reduse.

Cantitatea de biogaz produsa este o functie de temperatura, timpul de retentie si de

încarcarea cu materii solide volatile (substanta organica). 22

Biogazul rezultat la fermentare are o putere calorica cuprinsa între 20 si 25

MJ/m3. O valoare medie de 25 MJ/m3 este folosita pentru proiectare.

În cazul statiilor de epurare mari, biogazul de fermentare poate fi folosit drept

combustibil în vederea producerii de energie electrica. Apa fierbinte de la boilere sau

cea utilizata la racirea motoarelor cu ardere interna poate fi folosita la încalzirea

namolului si/sau a constructiilor civile din incinta statiei de epurare.

Surplusul de energie necesar pentru functionarea statiei poate fi vândut uneori

autoritatilor locale ce se ocupa de gestionarea si furnizarea de energie electrica.

Deoarece biogazul de fermentare contine acid sulfuric, azot, particule, si vapori

de apa, biogazul trebuie sa fie epurat în epuratoare de gaze uscate sau umede înainte

de a-l utiliza la motoarele cu ardere interna. Concentratiile în exces de acid sulfuric de

aproximativ 0,1 l/m3 necesita instalatii speciale de desulfurare.

Colectarea biogazului si sistemul de distributie trebuie mentinut la o presiune

pozitiva pentru a evita explozia în cazul în care gazul se amesteca cu aerul atmosferic.

Amestecul de aer cu biogaz de fermentare contine metan în proportie mai mica de 5%,

ce poate fi exploziv. Din acest motiv toate echipamentele mecanice si constructive

trebuie sa fie etanse, iar echipamentele electrice trebuie sa fie protejate împotriva

exploziei.

Sunt folosite doua tipuri de rezervoare de depozitare a gazului: rezervoare cu

capac ce floteaza pe gazul înmagazinat si rezervoare sub presiune.

Rezervoarele cu capac flotant sunt rezervoare cu presiune constanta si volum

variabil.

Rezervoarele sub presiune, au de obicei forma sferica si mentin o presiune

cuprinsa între 140 si 700 kN/m2, cu valori medii cuprinse între 140 si 350 kN/m2.

Biogazul poate fi stocat atât la presiune mica în rezervoarele externe de gaz

care folosesc învelisuri mobile sau la presiune ridicata în rezervoarele de presiune,

daca sunt folosite compresoare de gaz.

O descoperire recenta în cazul învelisurilor rezervoarelor cilindrice este învelisul

de tip membrana realizata dintr-un poliester flexibil.

În cazul rezervoarelor ovoidale, volumul disponibil pentru depozitarea gazului

este mic. Pentru o utilizare eficienta a biogazului di rezervor, este necesara o stocare

externa.

23

Parametrii sugerati pentru dimensionarea sistemelor de amestecare ale

rezervorului de fermentare includ unitatea ce genereaza energie, gradientul de viteza,

gazul ce se degaja unitar, si timpul de reîncarcare a rezervorului de fermentare.

Necesarul de reactivi chimici

Sistemele de alimentare cu reactivi chimici uneori devin necesare datorita

schimbarilor calitative si cantitative ale influentului. Schimbarile alcalinitatii, pH-ului,

sulfurilor sau a concentratiei metalelor grele poate face necesara adaugarea de reactici

chimici în proces. Abilitatea de a adauga reactivi chimici corecti, ca bicarbonatul de

sodiu, clorura ferica, sulfatul feric, varul, trebuie luata în considerare înca din faza

incipienta a proiectarii.

Proiectarea rezervoarelor de fermentare se face astfel încât acestea sa fie

acoperite pentru a colecta gazul, a reduce mirosul, pentru a stabiliza temperatura

interioara a rezervorului de fermentare si pentru a mentine conditiile anaerobe. În plus,

acoperisul trebuie sa suporte sistemul de amestecare si sa permita accesul în rezervor.

Tipurile de acoperisuri utilizate în proiectele rezervoarelor de fermentare anaerobe pot fi

de tip mobil sau fix.

Clasificarea rezervoarelor de fermentare dupa forma

Rezervoarele de fermentare anaerobe pot avea forma rectangulara, cilindrica

sau ovoidala. Rezervoarele rectangulare sunt folosite acolo unde disponibilitatea

suprafetelor este o problema. Costurile de executie sunt mai mici, dar sunt dificil de

exploatat datorita tendintei de a se crea zone moarte, ce se dezvolta din caracteristicile

slabe de amestecare. O configuratie uzuala este un cilindru vertical cu un radier conic.

Aceste rezervoare circulare sunt construite din beton armat, cu pereti laterali verticali cu

adâncimi ce variaza între 6 si 14 m si diametre cuprinse între 8 si 40 m. Un radier de

forma conica, cu o panta ce variaza între 1:3 si 1:6 este de preferat pentru o întretinere

usoara. Pantele mai mari 1:3, cu toate ca sunt dorite pentru îndepartarea pietrisului,

sunt dificil de construit si se întretin greu. Radierul poate avea inclusa o conducta de

evacuare centrala sau poate fi împartit în sectiuni, fiecare sectiune fiind echipata cu

conducte separate de evacuare.

Rezervorul de fermentare de forma cilindrica este mult mai scump de construit

decât proiectele traditionale dar poate reduce costurile de întretinere si frecventa

acestora. Acolo unde a fost necesar, rezervoarele de fermentare cilindrice au fost 24

izolate folosin caramida si spatiu de aer, polistiren, fibre de sticla. O configuratie

optimizata a rezervorului este rezervorul de fermentare de forma ovoidala.

Zona tronconica de la partea superioara si de la partea inferioara ajuta la

eliminarea problemelor aduse de nisip si de spuma (crusta), eliminând sau reducând

necesitatea curatarii. Cerintele de amestecare ale rezervorului de fermentare de forma

ovoidala sunt mult mai mici decât pentru rezervoarele cilindrice uzuale mai putin adânci.

Majoritatea rezervoarelor de fermentare de forma ovoidala sunt prevazute cu tevi ce

injecteaza gaz sau jeturi hidraulice pe la partea inferioara a rezervorului de fermentare

pentru a nu facilita depunerea nisipului. Rezervoarele de fermentare de forma ovoidala

pot fi construite din heton sau din otel si sunt izolate la partea exterioara. (fig.6.14)

B) Stabilizarea aeroba

Stabilizarea aeroba are loc prin oxidarea substantelor organice biodegradabile

si reducerea organismelor patogene prin mecanisme biologice, aerobe. Procesul de

stabilizare aeroba este un proces de epurare biologica cu pelicula în suspensie si este

bazat pe teoriile biologice similare cu cele ale aerarii prelungite ale namolului activat.

25

Obiectivele proceselor de stabilizare aeroba, care pot fi comparate cu cele ale

proceselor de fermentare anaerobe, includ producerea de namol stabil prin oxidarea

substantelor organice biodegradabile, reducerea masei si a volumului, reducerea

organismelor patogene si conditionarea pentru prelucrarea ulterioara. Avantajele

acestor procese aerobe comparate cu fermentarea anaeroba sunt:

- Producerea de namol inofensiv, stabil din punct de vedere biologic;

- Costuri totale mai scazute;

- Functionare mai simpla în reducerea concentratiei substantelor volatile decât

la procesele de fermentare anaerobe;

- Functionare sigura fara pericolul exploziei si probleme reduse ale degajarii

mirosului; si

- Un namol stabilizat cu o concentratie în CB05 mai mica decât cea obtinuta prin

procesele anaerobe.

Primul dezavantaj atribuit procesului de stabilizare aeroba sunt costuri mari

pentru energie asociate cu energia necesara pentru transferul oxigenului. Dezvoltarile

recente în cadrul proceselor de stabilizare aeroba, cum sunt: eficienta ridicata a

echipamentului de transfer a oxigenului si studiile în functionarea la temperaturi ridicate,

pot reduce aceasta problema. Alte dezavantaje includ limitarea aplicabilitatii la statiile

de epurare mici si medii, eficienta redusa a proceselor în timpul perioadelor reci,

incapacitatea de a produce un produs secundar folositor, cum este gazul metan din

procesele anaerobe si rezultate variate obtinute în timpul deshidratarii mecanice a

namolului stabilizat anaerob.

Stabilizarea aeroba se bazeaza pe principiul biologic al respiratiei endogene.

Respiratia endogena are loc atunci când nu se mai face aprovizionare cu hrana si

microorganismele încep sa consume propria lor protoplasma pentru a obtine energia

necesara mentinerii reactiilor din interiorul celulei.

În timpul proceselor de stabilizare, tesutul celular este oxidat aerob în dioxid de

carbon, apa si amoniac sau nitrati. Deoarece procesele de oxidare aeroba sunt

exoterme, în timpul reactiilor are loc o eliberare de caldura. Desi procesele de

stabilizare teoretic ar trebui realizate în totalitate, de fapt doar 75-80% din tesutul celular

este oxidat. Ce ramâne, în proportie de 20-25%, este compus din componente inerte si

componente organice ce nu sunt biodegradabile.

26

Procesul de stabilizare aerob, de fapt, implica doi pasi: oxidarea directa a

materiei biodegradabile si oxidarea materialului celular. Aceste procese sunt descrise

de ecuatiile de mai jos:

Substante organice + NH4+ + O2 → material celular + CO2 + H20     (6.17)

Material celular + O2 → namol fermentat + CO2 + H2O + NO3-          (6.18)

Reactia din cea de-a doua ecuatie este în mod normal un proces de respiratie

endogena si este reactia predominanta ce are loc în sistemul de stabilizare aerob.

Datorita necesitatii mentinerii procesului în faza de respiratie endogena,

namolul activat în exces se stabilizeaza. Includerea namolurilor primare în proces poate

influenta reactia totala, deoarece ele contin putin material celular. Majoritatea

materialului organic din namolul primar constituie o sursa de hrana externa pentru

biomasa activa continuta în namolul biologic. De aceea, este necesar un timp de

retentie cât mai mare pentru a se acomoda metabolismul si dezvoltarea celulara ce

trebuie sa se petreaca înaintea de atingerea conditiilor de respiratie endogena.

Dimensionarea stabilizarii aerobe

Numeroase variabile guverneaza dimensionarea unui sistem de stabilizare

aerob conventional - aceste sisteme functioneaza la o temperatura cuprinsa între 20 si

30°C si folosesc aerul ca sursa de oxigen pentru activitatea biologica. (fig.6.15)

Reducerea substantelor volatile

Reducerea substantelor volatile (organice) variaza între 35 si 50% (procent

numit limita tehnica de stabilizare) din cantitate a materiilor solide în suspensie ce sunt

obtinute în timpul procesului de stabilizare aeroba.

27

Temperatura de functionare a sistemului de stabilizare aeroba este un

parametru critic din cadrul procesului. Un dezavantaj frecvent al procesului aerob este

variatia în eficienta procesului rezultata din schimbarile temperaturii de functionare.

Schimbarile temperaturii de functionare sunt apropiate de temperatura mediului

ambiant, deoarece majoritatea sistemelor de stabilizare aeroba folosesc rezervoare

deschise.

Reactiile biologice ce au loc în timpul procesului de stabilizare aeroba necesita

oxigen pentru respiratia materialului celular din biomasa activa iar în cazul amestecului

cu namol primar, oxigenul necesar transformarii materialul organic în material celular. În

plus, functionarea corespunzatoare a sistemului necesita un amestec adecvat al

continutului pentru a asigura un contact corespunzator al oxigenului, materialul celular

si materialul organic ce constituie sursa de hrana

Volumul necesar sistemului de stabilizare aeroba este guvernat de timpul de

retentie necesar pentru reducerea dorita a substantelor volatile (organice). Timpul de

retentie necesar pentru a reduce 35-50% din substantele volatile (organice), variaza

între 10 si 12 zile la o temperatura de functionare de aproximativ 20°C. Timpul de

retentie total necesar este dependent de temperatura si de biodegrabilitatea namolului,

putând creste pâna la 15 - 16 zile când temperatura scade sub 20°C.

Alte metode de stabilizare aeroba

Mai multe sisteme de stabilizare aerobe mezofile standard, cu aerare, au fost

cercetate în ultimii ani. Dintre acestea se remarca aerarea cu oxigen pur, stabilizarea

termofila autoterma si stabilizarea la temperatura criofila.

Aerarea cu oxigen pur

Aceste modificari ale proceselor de stabilizare aeroba înlocuiesc aerul cu

oxigen pur. Sistemele cu oxigen pur sunt insensibile la schimbarile temperaturii mediului

ambiant datorita activitatii microbiene crescute si naturii exoterme a procesului.

În timp ce o varianta a acestei modificari foloseste rezervoarele deschise,

stabilizarea aeroba ce foloseste oxigenul dur se face în rezervoare închise, similare cu

acelea folosite în procesele namolului activat cu oxigen pur. Folosirea sistemului de

stabilizare aeroba cu oxigen pur, în rezervoare închise, va avea ca rezultat temperaturi

mari pentru functionare, datorita naturii exoterme a procesului de stabilizare.

Dezavantajul principal acestei stabilizari este costul ridicat pentru generarea

oxigenului pur. 28

Stabilizarea alcalina

Varul este unul dintre cele mai folosite si mai scazute ca pret dintre substantele

alcaline disponibile pentru apele uzate industriale. Varul este folosit pentru a reduce

mirosul, pentru cresterea pH-ului în rezervoare de fermentarele etanse, pentru

îndepartarea fosforului în treapta de epurare avansata, si pentru conditionare înainte si

dupa deshidratare mecanica.

Scopul stabilizarii alcaline poate include urmatoarele: reduce semnificativ

numarului de agenti patogeni inhibând cresterea acestora si reduce mirosul produs de

organisme. În consecinta, previne îmbolnavirea oamenilor, creaza un produs stabil ce

poate fi depozitat si reduce pe termen scurt percolarea metalelor ce nu se gasesc în

mod natural în sol.

Procesul de stabilizare alcalina este un proces simplu. Un reactiv chimic alcalin,

este adaugat pentru a creste pH-ul influentului si prin asigurarea unui timp de contact

suficient. La pH = 12, sau mai mare, cu un timp de contact suficient si cu un amestec

omogen al varului cu influentul, agentii patogeni si microorganismele sunt aduse în

stare inactiva sau chiar distruse. Caracteristicile fizice si chimice ale materiilor solide

produse sunt, de asemenea, modificate de reactiile ce au loc cu substantele alcaline.

Chimismul procesului nu este înca bine înteles, desi se crede ca unii compusi

moleculari sunt influentati de reactie, cum este hidroliza si saponificarea.

Atât statiile de epurare mici cât si statiile de epurare mari folosesc stabilizarea

cu var ca un prim proces de stabilizare. Oricum, stabilizarea cu var este mai des folosita

pentru statiile mici. Este mult mai ieftin decât în cazul stabilizarii cu alte tipuri de reactivi.

Unele statii de epurare mari au folosit stabilizarea cu var ca un proces interimar când

procesul de stabilizare primara (ca fermentarea aeroba sau anaeroba) este temporar

nefunctionala. Stabilizarea cu var este, de asemenea, folosita pentru a suplimenta

procesul de stabilizare primara în timpul perioadelor de producere a namolului.

Teoria stabilizarli alcaline

Stabilizarea cu var depinde de mentinerea unui pH la un nivel destul de ridicat

pentru o perioada suficienta de timp pentru a face inactiva populatia de microorganisme

a namolului. Aceasta stagnare sau întârziere substantiala a reactiilor microbiene poate

duce pe de alta parte la producerea mirosului si atractia mustelor, tântarilor etc.

Procesul poate face ca virusii, bacteriile si alte microorganisme sa devina inactive.

29

Procesul de stabilizare cu var implica o gama larga de reactii chimice ce

transforma compozitia chimica a namolului. Urmatoarele ecuatii, simplificate pentru

exemplificare, indica tipurile de reactii care au loc:

Reactiile cu constituentii anorganici includ:

Calciu:                (6.28)

Fosfor:          (6.29)

Dioxid de carbon:                                       (6.30)

Reactiile cu constituentii organici includ:

Acizi: RCOOH + CaO→  RCOOCaOH                                                   (6.31)  

Grasimi: Grasimi+CaO→Acizi grasi                                                  (6.32)

Initial, adaugarea de var creste pH-ul namolului. Apoi, au loc reactii ca cele mai

sus mentionate. Daca este adaugat prea putin var, pH-ul scade si aceste reactii au loc.

De aceea, este nevoie de var în exces.

Activitatea biologica produce compusi ca dioxidul de carbon si acizi organici

care rectioneaza cu varul. Daca activitatea biologica din namolul ce urmeaza a fi

stabilizat nu este înhibata suficient, vor fi produse aceste componente, reducând pH-ul

si rezultând o stabilizare inadecvata.

Dând suficiente informatii exacte despre namol, teoretic, este posibil sa se

calculeze varul necesar a fi adaugat pentru a creste pH-ul la o valoare data.

Daca este adaugat var stins la namol, în reactiile initiale cu apa formeaza varul

hidratat. Acesta reactie este exoterma si elibereaza aproximativ 15.300 cal/g,mol.

Reactia dintre varul stins si dioxidul de carbon este, de asemenea, exoterma, eliberând

aproximativ 43.300 cal/g,mol.

Aceste reactii pot avea ca rezultat o crestere substantiala a temperaturii, în

special la turtele de namol cu un amestec scazut al continutului; iar în unele cazuri,

aceste temperaturi pot fi suficiente pentru a contribui la reducerea agentilor patogeni din

timpul stabilizarii cu var.

Stabilizarea cu var lichid

Stabilizarea cu var lichid implica adaugarea de var pasta în namolul lichid

pentru a atinge stabilizarea necesara. Pentru statiile de epurare care practica

dispunerea pe pamânt a namolului lichid, cum este injectarea subterana, sau aplicarea

în agricultura, varul este adaugat pentru a îngrosa (concentra) materiile solide. Aceasta

practica a fost limitata la statiile de epurare mici si acolo unde distantele pentru a fi

30

depozitat sunt mici. Materiile solide conditionate cu var înainte de a fi deshidratate fac

parte din cea de-a doua metoda pentru stabilizare. Varul este combinat cu alti reactivi

de conditionare, cum sunt sarurile de aluminiu sau de fier, pentru a realiza o

deshidratare mai buna. Aceste metode au fost folosite pentru prima data la filtrele cu

vacuum si la filtrele presa. Stabilizarea este complementara în aceste situatii deoarece

doza de var pentru conditionare depaseste doza necesara pentru stabilizare.

Stabilizarea cu var uscat

Varul uscat sau post stabilizarea cu var implica adaugarea de var uscat sau var

hidratat la turtele de namol ce rezulta în urma deshidratarii. Varul este amestecat cu

turtele folosind o morisca, un malaxor, un mixer cu palete, un transportor cu snec sau

un alt dispozitiv asemanator.

Varul stins, varul hidratat sau alte substante alcaline uscate, pot fi folosite

pentru stabilizarea cu var, desi folosirea varului hidratat se limiteaza la instalatiile de

mici dimensiuni. Varul stins este mai putin scump si mai usor de manevrat decât varul

hidratat. În plus, caldura degajata în urma reactiei de hidroliza în care este implicat varul

stins poate ajuta la distrugerea agentilor patogeni prezenti în turtele de namol.

C. Deshidratarea namolurilor

Procesul de deshidratare a namolurilor retinute în statiile de epurare reprezinta

una din cele mai importante etape de prelucrare a acestora tinând seama de

problemele cu care se confrunta majoritatea operatorilor în ceea ce priveste

manipularea si transportul unor volume semnificative de namoluri.

Prin deshidratere se întelege procedeul prin care namolul îsi reduce umiditatea

astfel încât sa poata fi manipulat cu usurinta, Iara a se lipi de uneltele terasire.

În prezent, în tara noastra, la statiile de epurare existente se practica doua tipuri

de procedee de deshidratare:

- naturala;

- mecanica.

Deshidratarea naturala

Prin deshidratare naturala, materiile solide continute în namol sunt separate de

faza lichida (supernatant) prin procedee fizice precum filtrarea (drenarea) si evaporatia.

Deshidratarea naturala se realizeaza, de regula pe platforme (paturi) de uscare.

Din punct de vedere constructiv platformele de uscare se clasifica în:

- platforme de uscare conventionale, cu pat de nisip; 31

- platforme de uscare cu radier pavat ;

- platforme de uscare cu radier din materiale artificiale ;

- platforme de uscare cu vacuum are ;

- platforme de uscare cu energie solara;

Deshidratarea mecanica

La deshidratarea mecanica se folosesc diferite utilaje special proiectate pentru

a separa partea solida de partea lichida a namolului, într-o perioada mult mai mica

decât în cazul deshidratarii naturale. Procesele fizice ce au loc în timpul deshidratarii

mecanice sunt filtrarea, stoarcerea, actiunea capilara, separarea prin centrifugare si

compactarea. Utilajele folosite în general la deshidratarea mecanica sunt: centrifugele,

filtrele cu banda clasice, filtrele presa, filtrele cu vacuum, filtru presa cu snec sau surub),

etc.

Deshidratarea prin centrifugare

Similar cu centrifuga prezentată anterior.

Separarea solid-lichid în timpul deshidratarii prin centrifugare este analoga

proceselor de separare din concentratoarele gravitationale. În centrifuge, fortele aplicate

pot fi de la 500 pâna la 3000 de ori forta gravitationala. Rezultatele separarii prin fortele

centrifuge conduc la migrarea materiilor solide în suspensie prin lichid spre sau în afara

axei de rotatie a centrifugei, migrare ce depinde de diferenta de densitate dintre faza

lichida si cea solida.

Deshidratarea cu filtre banda

Filtrele cu banda sunt utilaje des folosite în toata lumea, datorita costurilor de

exploatare scazute si a fiabilitatii ridicate.

Namolul este deshidratat treptat, în procesele filtrelor cu banda, urmarind cei

trei pasi de functionare: conditionarea chimica, drenarea gravitationala pâna la

atingerea unei consistente mai mari si compactarea în zona de presare. Figura 6.10

prezinta schematic un filtru cu banda.

Conditionarea chimica cu ajutorul polimerilor organici este metoda cea mai des

utilizata, pentru deshidratarea gravitationala si deshidratarea sub presiune de catre

filtrele cu banda. Polimerul este adaugat într-un bazin separat, localizat în amonte de

presa sau este injectat direct în conducta de alimentare. Amestecarea corespunzatoare

a namolului influent cu polimerul este esentiala în functionarea filtrelor cu banda. 32

Exercitarea fortelor de presiune si comprimare se petrece între doua benzi

filtrante. Multe variabile influenteaza eficienta filtrelor cu banda, incluzând

caracteristicile namolului, metoda si tipul conditionarii chimice, presiunea desfasurata,

configuratia utilajelor, incluzând drenarea gravitationala si viteza benzilor.

Desi rezultatele eficientei presarii cu filtre cu banda indica variatii semnificative

în capacitatea de deshidratare a diferitelor tipuri de namoluri, presarea, în mod normal,

este capabila sa produca deshidratarea turtelor la un continut al materiilor solide de 18-

25% pentru amestecul de namol primar cu cel biologic. În tabelul 6.12 sunt indicate

performantele unui filtru cu banda. (fig.6.16)

Metoda cea mai buna pentru evaluarea eficientei filtrului cu banda pe un anumit

tip de namol este folosirea unei unitati pilot. Datele colectate, ce fac parte din testele

pilot, includ încarcarea hidraulica si încarcarea cu materii solide, tipul polimerului si

consumul, procentul de materii solide si retinerea materiilor solide.

Dozarea polimerului si regimul de alimentare trebuie sa fie optime procesului.

Testele rezistentei specifice si a timpului de suctiune capilara pot fi folosite pentru a

compara caracteristicile filtrarii a diferitelor tipuri de namol si pentru a determina optimul

necesar în coagulare.

Când se evalueaza performantele filtrelor cu banda, ca la oricare alte procese

de deshidratare, trebuiesc luate în considerare cantitatea si calitatea filtratului si a apei

de filtrare si efectele lor asupra sistemului de epurare a apelor uzate.

Cantitatea de namol ce trebuie trecuta prin filtrele cu banda este un prim criteriu

de dimensionare a utilajelor de deshidratare.

33

Deshidratarea cu filtre presa

Principalul avantaj al sistemului cu filtru presa este acela ca adesea produce

turte care sunt mult mai bine deshidratate decât cele produse cu alte sisteme de

deshidratare. Filtrele presa produc turte de namol cu un continut al materiilor solide de

peste 35%. Filtrele presa sunt asaptabile la caracteristicile variate ale materiilor solide.

au o fmbilitate acceptabila, necesar de energie comparabil cu filtrele cu vacuum si

calitatea ridicata de filtrare care micsoreaza cerintele de epurare a debitului de

recirculare.

Principalele dezavantaje ale filtrelor presa sunt costurile de investitie ridicate,

cantitatile subsecvente de reactiv de conditionare sau de material filtrant (pânza) ce

sunt necesare, capacitatea de aderenta a turtelor de namol pe filtru, ceea ce implica

îndepartarea manuala si costurile relativ ridicate de functionare si întretinere. Sistemele

cu filtre presa ramân unele dintre cele mai scumpe sisteme de deshidratare; oricum,

când cerintele de dispunere dicteaza uscarea turtelor, costurile efective au fost

recuperate datorita costurilor scazute de dispunere asociata cu uscarea turtelor. Filtrele

presa s-au dovedit a fi eficiente din punct de vedere al costurilor când turtele trebuiesc

incinerate. Adesea, continutul crescut de particule uscate a turtelor rezultate de la

filtrele presa sunt combustibile la incinerare, acestea reducind necesarul de combustibili

precum gazul natural sau pacura.

Un filtru presa contine un numar de panouri fixate pe un cadru ce asigura

aliniamentul si sunt presate între capatul fix si cel mobil (v. fig. 6.17).

34

Un dispozitiv preseaza si mentine închise panourile, în timp ce influentul este

pompat în interiorul presei printr-un orificiu de admisie la o presiune cuprinsa între 700

si 2.100 kPa.

Conditionarea materiilor solide necesara în general pentru producerea unor

turte cu umiditate scazuta, implica adaugarea de var si clorura ferica, polimer sau

polimer combinat cu componente anorganice, înainte de filtrare. Folosirea doar a

polimerului pentru conditionarea materiilor solide reduce performanta, dar aceasta

reduce costurile pentru reactivii chimici, reduce mirosul de azot si reduce surplusul de

volum a turtelor produse. Una dintre problemele folosirii unui singur polimer este

îndepartarea turtelor de pe material în timpul ciclului de descarcare si clorura ferici

poate fi folosita pentru a usura îndepartarea turtelor de pe material.

Un dezavantaj al folosirii clorurii ferice cu polimer este coroziunea pronuntata

asupra conductelor si presei. Acest lucru nu se întâmpla în cazul conditionarii cu var si

clorura ferica deoarece varul neutralizeaza actiunea coroziva a clorurii ferice. (fig. 6.18)

 

35