epurarea cu biofiltre
DESCRIPTION
biofiltreTRANSCRIPT
TEHNOLOGIE DE EPURARE AEROB A APELOR UZATE PE FILTRU MOBIL N REGIM MULTIFAZAT
1. Introducere
Filtrele biologice mobile conin un material granular flotant, pe care se formeaz pelicula biologic ce epureaz apele uzate cu coninut de substane organice uor biodegradabile i cu concentraii relativ sczute. Schematic, epurarea apelor uzate n filtre biologice aerobe are loc astfel (figurile 1 i 2): apa cu coninut de impuriti organice este introdus pe la partea superioar a filtrului
Fig. 1. Prezentarea schematic a procesului Fig. 2. Staie compact de epurare cu 4
de epurare cu biofiltrutrepte de epurare biologic, echipat cu
filtre biologice
biologic, strbate materialul granular de umplutur pe care se formeaz pelicula biologic i prsete instalaia pe la partea inferioar. ntruct o singur parcurgere a filtrului nu este suficient pentru asigurarea gradului de epurare dorit, efluentul se recircul. Ca urmare a aciunii biologice a peliculei de microorganisme, aceasta crete i la anumite intervale de timp se desprinde de pe umplutur (fenomen de nprlire). Pelicula desprins se nltura din efluentul epurat prin decantare ntr-un decantor secundar.
Similar epurrii biologice cu nmol activ, i n cazul filtrului biologic rolul esenial n epurare este deinut de bacterii. Pe lng acestea, filtrele biologice adpostesc un numr mare de microorganisme i organisme: protozoare, viermi, crustacee, larve de insecte etc. (figura 3).
Fig. 3. Predominana microorganismelor n bazinul de epurare
n filtrele biologice nu se creeaz un mediu acvatic propriu-zis sau un mediu uniform. Condiiile pe care le ofer biofiltrul variaz odat cu nlimea acestuia. Astfel, formele de via mai evoluate - viermi, insecte, hidracarieni etc. - mpreun cu algele se dezvolt mai mult n partea superioar sau numai pe partea superioar, la lumin. Pe msur ce apa uzat ptrunde n adncime, respectiv este mai curat, apar schimbri n coninutul i felul organismelor prezente la diferite niveluri.
n continuare este prezentat schema cu recirculare a efluentului (figura 4) care are mai multe scopuri i anume: reducerea concentraiei de impuriti n efluentul filtrului biologic, nlturarea cu mai mult uurin a materialului care se desprinde de pe umplutur, nsmnarea cu microorganisme active a apei uzate influent filtrului biologic.
2
Fig. 4. Schema tehnologic de epurare cu recirculare
2. Epurarea avansat a apelor uzate pe filtru biologic aerob mobil multifazat, fr recirculare
Asigurarea condiiilor naturale pentru dezvoltarea organismelor de la nivelele lanului de nutriie detritic (figurile 5 i 6) reproduse ntr-un bazin cu 4 compartimente distincte, prevzute cu filtru biologic mobil, fr recirculare, va determina :
- ndeprtarea poluanilor ca urmare a completei mineralizri a acestora pn la transformarea lor n compui organici;
- completa dezinfecie biologic; - lipsa surplusului de nmol.
Fig. 5. Piramida biomasei microorganismelor participante la autoepurare
Fig. 6. Schema tehnologic
3
Apa uzat va circula de la intrare spre ieire dintr-un compartiment n altul. Compartimentele sunt complet izolate, epurarea se realizeaz aerob, cantitatea de aer introdus fiind direct proporional cu ncrcarea apei n substane organice dizolvate, dar ajungnd de la 1,5-3,5mg O2/l n primele dou compartimente, unde ncrcarea apei este ridicat, la 4,5-7,5 mgO2/l la ultimele dou compartimente, unde apa este puin ncrcat. n tabelul 1 am sintetizat procesul de mineralizare n bazin.
Tabelul 1. Procesul de mineralizare n bazin
Nr.Zona tehnologicPiramidaEfectele
Procesul biochimic
crt.Condiii de mediutroficmineralizrii
Adsorbie MS
Compartimentul 1
1
Oxidare - reducere
Hidroliz CBO5 i MS
Fermentare produi de hidroliz
Nivelul 1
40%
SAPROFITE
Adsorbie i oxidare produi de
Compartimentul 2
2
Oxidare-reducere
Compartimentul 3
3
Oxidare
hidroliz
Adsorbie i oxidare CBO5
Adsorbie i oxidare CBO5
Mineralizare trofic
Nivelul II
80%
BACTERIVORE
Nivelul III
90%
CARNIVORE
Nivelul IV
Compartimentul 4
4
Oxidare
Adsorbie i oxidare CBO5
Mineralizare trofic
CARNIVORE
95%
AVANSATE I
DETRIVORE
Aplicarea tehnologiei de epurare necesit tratarea fizico-chimic a apei pentru: a) reinerea particulelor n suspensie grosiere prin intermediul grtarelor i al sitelor; b) ndeprtarea obligatorie a nisipului din apele uzate (numai pentru staii de epurare); c) ndeprtarea grsimilor i a uleiurilor; d) reinerea fosforului n exces. Epurarea chimic presupune coagularea, urmat de decantarea primar, cu scopul reinerii materiilor n suspensie i precipitarea fosforului excedentar proceselor biologice aerobe. Epurarea biologic aerob conine procese de nitrificare-denitrificare a azotului.
Restaurarea apei consumate i contaminate pn la parametrii corespunztori calitii apei de suprafa naturale folosite ca surs de ap potabil, se realizeaz n bazinul biologic compact. Epurarea biologic se realizeaz nu prin intermediul ndeprtrii poluanilor din ap, aa cum este n general acceptat acum, ci prin mineralizarea contaminanilor organici cu ajutorul diferitelor microorganisme (figurile 7 i 8), ajungndu-se la restaurarea complet a apei.
Bacterii reductoare
Bacterii
nitrificatoare
Bacterii
filamentoase
Fig. 7. Tipuri de bacterii heterotrofe
4
Procesul realizat conform legilor naturale trebuie s se bazeze pe asigurarea condiiilor pentru dezvoltarea la maximum posibil a organismelor de pe toate nivelele trofice ale lanului de hrnire detritic, procesul de tratare fiind multifazic. Acest proces const n utilizarea microorganismelor fixate n fiecare faz, permind realizarea regulilor de baz ale mineralizrii organice din apele naturale, i anume: a) un singur sens al procesului, fr recirculri (sensul procesului de la reducere la oxidare), fr materii n suspensie, prin intermediul posibilitii excluderii competiiei pentru nutrieni cu schimbarea succesiv a calitii apei de la polisaprobic la oligosaprobic; b) aplicarea doar a organismelor fixate pe medii de cultur, cu dezinfecia biologic a apei.
ciliate
metazoare
protozoare
flagelate
viermi
protozoare
crustacei
Fig. 8. Microorganisme carnivore i detrivore
Cantitatea de oxigen dizolvat alimentat n fiecare faz, este o valoare variabil i este o funcie care depinde de ncrcare, temperatur, pH i potenial redox. Capacitatea de aerare pentru fiecare faz este o valoare constant. Valoarea saprobitii este o funcie care depinde de ncrcarea cu contaminani organici a biomasei fixate, determinat pentru fiecare faz succesiv i de valoarea aerobitii (cantitatea de oxigen dizolvat). Cantitatea de mediu de dezvoltare a biomasei fixate este un factor constant n fiecare faz.
Mineralizarea compuilor organici
Compuii organici din apele reziduale sunt mineralizai n mod gradat prin biocenoza izolat pe filmul fixat pe suporii speciali meninui n cadrul fiecrei incinte. Suporii sunt imersai n ap. Alimentarea cu oxigen este realizat prin aerare. Mixarea este realizat prin aerare.
Datorit schimbrii ratei oxidrii n fiecare faz, de la nalt n primele incinte i pn la joas n ultimele, ncrcrile aferente biocenozei i saprobitii apei se schimb gradat n mod corespunztor de la mari la mici.
Hidrobiologia i biochimia procesului
Procesul se poate desfura n una sau dou faze, n funcie de ncrcare: a) la ncrcri mari -biooxidare; b) la ncrcri mici - nitrificare-denitrificare.
5
Prima faz se desfoar n mediu oxido-reductor. Microaerofilele domin pe suprafaa biofilmului, iar anaerobele facultative n adncimea biofilmului. Datorit ncrcrilor mari, biofilmul este format din reprezentani ai primului nivel trofic, saprofite care realizeaz hidroliza i fermentaia compuilor organici.
A doua faz se desfoar n mediul oxidativ. ncrcarea mai redus i saprobitatea corespunztoare permit dezvoltarea unicelularelor bacterivore - protozoare, reprezentante ale celui de al doilea nivel trofic, cu nutriie de tip holozoic.
Cea de a treia faz se caracterizeaz prin cantitatea crescut de oxigen, ncrcare mic i saprobitate. Condiiile de mediu sunt favorabile dezvoltrii microorganismelor unicelulare - carnivore. Cea de a patra faz, cu cantitatea de oxigen aproape de limita de saturaie i cu o foarte sczut ncrcare i saprobitate, este favorabil carnivorelor multicelulare i dezvoltrii detrivorelor, reprezentante ale celui de-al patrulea nivel trofic.
Observaiile i investigaiile efectuate n cursul a mai muli ani arat c procesul formrii biocenozei este nsoit de succesiuni de comuniti de microorganisme (maturarea biocenozei microorganismelor cu multiple schimbri de compoziie), care se influeneaz unele pe altele n fiecare faz i n ntreg sistemul. Dup o anumit perioad de timp, este atins o astfel de form de biocenoz, care corespunde condiiilor concrete, cum ar fi o comunitate la maturitate stabil. Sistemul prezint condiii de echilibru dinamic, care este caracterizat de stabilitate mare i autoreglare.
Stabilitatea sistemului este asigurat de euribioni, a cror dezvoltare i existen este determinat de condiiile din prima faz a procesului. Vrsta naintat a sedimentului fixat este un factor care determin trecerea de la variabilitatea fenotipic la cea genotipic. Ca urmare, n condiii concrete de mediu, precum i la schimbarea lor, apar specii care s-au adaptat complet la condiii, iar caracteristicile dobndite n cursul procesului de adaptare sunt transmise generaiilor urmtoare.
Luat ca ntreg, procesul ca sistem de biocenoze poate fi caracterizat astfel:
-dezvoltare spontan;
-toleran la schimbri de mediu semnificative;
-adaptabil n mod independent la noile condiii de mediu;
-echilibru stabil ntre biomasa sczut i cea activ, datorit autoreglrii, care asigur
stabilitatea epurrii apei;
-asigur mineralizarea complet a compuilor organici;
-asigur o restaurare ridicat a apei;
-asigur ndeprtarea ntr-un grad ridicat a microflorei patogene.
3. Date experimentale
n vederea caracterizrii modului de funcionare a instalaiei de epurare multifazate s-au recoltat probe de ap din influentul i efluentul modelului de epurare, care au fost analizate n laboratoarele ICIM. Rezultatele determinrilor analitice sunt prezentate n tabelul 2:
6
Tabelul 2. Rezultatele determinrilor analitice ale probelor de ape din modelul de epurare
Proba / valoare
Nr crt.Indicator de calitateInfluentEfluentEficienaNTPA 001/2005
(mg/l)(mg/l)(%)
1pH7,066,55-6,5-8,5
2Materii n suspensie56820,496,460
3CCO-Cr4804890125
4CBO51711392,425
5Azot total145,66015
6Azotai0,511,5-25
7Fosfor total7,240,888,92
8Detergeni sintetici0,060,01830,5
biodegradabili
9Substane extractibile11,90,992,420
10Reziduu fix764344552000
11Cloruri127,699,2622500
Apele epurate respect limitele reglementate prin NTPA 001/2005 la toi indicatorii
determinai, realiznd eficiene superioare de ndeprtare a poluanilor n condiiile n care apele uzate influente depesc limitele maxime luante n considerare la proiectarea instalaiei (NTPA 002/2005). Analiza funcionrii modulului de epurare compact echipat cu biofiltre fixe i mobile a fost urmrit i n alt context de impurificare a apelor uzate rezultate de la Parcul Industrial Vlenii de Munte. Rezultatele determinrilor analitice sunt prezentate centralizat n tabelul 3.
Tabelul 3. Rezultatele determinrilor analitice a apelor uzate de la Parcul Industrial Vlenii de Munte
Data recoltrii probei / valoare
NrIndicator de calitateUM08.06.0718.06.0723.06.07NTPA
crt.001/2005
1pH-6,77,66,66,5-8,5
2Materii n suspensie3515660
3CCO-Cr10136,7125
4CBO55,50,77,625
5Azot amoniacal0,40,91,953
6Azotii0,0430,1280,9522
7Azotai(mg/l)1,40,72,4625
8Cloruri1447141,8500
9Fosfai1,660,10,4234
10Sulfai35142-600
11Substane extractibile1,121,220,820
12Reziduu fix1571428062000
7
Instalaia de epurare funcioneaz corespunztor din punct de vedere al ndeprtrii poluanilor organici, minerali, cei cu caracter eutrofizant din efluentul epurat. Se remarc faptul c toi indicatorii de calitate monitorizai sunt n limitele reglementate.
Concluzii
n lucrarea de fa s-a analizat experimental un model de filtru biologic aerob mobil multifazat. Acest model reconstruiete condiiile naturale pentru dezvoltarea organismelor de la nivelele lanului de nutriie detritic.
n vederea caracterizrii modului de funcionare a instalaiei de epurare multifazate s-au recoltat probe de ap din influentul i efluentul modelului de epurare, probe care au fost analizate n laboratoarele ICIM. Printre indicatorii determinai am precizat c CBO5 a fost redus de la 171 mg/l la 13 mg/l, prezentnd o eficien de epurare de aproximativ 92 %.
Se evideniaz faptul c apele epurate respect limitele reglementate prin NTPA 001/2005 la toi indicatorii determinai, realiznd eficiene superioare de ndeprtare a poluanilor n condiiile n care apele uzate influente depesc limitele maxime luante n considerare la proiectarea instalaiei (NTPA 002/2005).
Bibliografie
1.Blitz E. - Epurarea apelor uzate menajere i oreneti, Editura Tehnic, Bucureti, 1966
2..*** - Review of technologies for the onsite treatment of wastewater in California, 2002
3.Stephen J. Allen, Pauline A. Brown. - J. Chem. Tech. Biotehnol., 1995, 62, 17-24
4.N. Akhtar, J. Iqbal, M. Iqbal- Microalgal-luffa sponge immobilized disc: a new efficient
biosorbent for the removal of Ni (II) from aqueous solution, Letters in Applied Microbiology, 2003.
8