np 107-04normativ pentru proiectarea constructiilorntru proiectarea constructiilor si instalatiilor...

NORMATIV PENTRU PROIECTAREA CONSTRUCIILOR I INSTALAIILOR DE EPURARE A APELOR UZATE ORENETI

PARTEA A IV-A: TREAPTA DE EPURARE AVANSAT A APELOR UZATE

Indicativ NP 107 - 2004

Cuprins

1. PREVEDERI GENERALE

1.1. Obiectivul normativului

Prezentul normativ cuprinde prescripiile i datele necesare proiectrii construciilor i instalaiilor de pe linia apei n care se realizeaz epurarea avansat a apelor uzate oreneti.

Normativul conine elemente referitoare la necesitatea eliminrii din apele uzate n special a azotului, fosforului i a compuilor acestora, aspecte teoretice, tehnologice i constructive ale obiectelor n care se realizeaz epurarea avansat, precum i schemele tehnologice de baz utilizate n prezent pe plan naional i mondial.

Prevederile normativului sunt conforme cu reglementrile privind protecia apelor din rile Uniunii Europene (Directiva nr. 91/271/CEE din 21 Mai 1991) i din ara noastr (NTPA 011/2002 i NTPA 001/2002).

n normativ s-a inut seama, de asemenea, de recomandrile Legii 10/1995 privind calitatea n construcii, conform creia se urmrete ca pe ntreaga durat de existen a construciilor s se realizeze i s se menin cerinele de calitate obligatorii (rezistena i stabilitatea, sigurana n exploatare, igiena, sntatea oamenilor i protecia mediului, protecia termic, hidrofug, economia de energie i protecia la zgomot).

Prezentul normativ nu conine prescripiile pentru proiectarea construciilor i instalaiilor din treptele de epurare primar (mecanic) i secundar (biologic), care sunt coninute n reglementrile NP 032-1999, respectiv NP 088-03. Normativul nu conine, de asemenea, prescripiile de proiectare pentru staiile de epurare de capacitate mic (5 < Q 50 l/s) i foarte mic (Q 5 l/s), pentru care exist normativul NP 089-03.

Proiectarea construciilor i instalaiilor pentru prelucrarea nmolurilor reinute n staiile de epurare avansat a apelor uzate oreneti, nu este cuprins n prezentul normativ i va constitui obiectul unei reglementri tehnice separate.

De asemenea, normativul nu cuprinde prescripii privind instalaiile i echipamentele mecanice, electrice, de automatizare, instalaiile sanitare, termice i de ventilaie, precum i calculele de stabilitate i de rezisten ale construciilor, acestea urmnd s fie efectuate conform standardelor i reglementrilor tehnice de specialitate existente.

La proiectare se va avea n vedere adoptarea de soluii care s garanteze asigurarea calitii lucrrilor executate att pentru ansamblul staiei de epurare, ct i pentru fiecare material i echipament n parte.

1.2.Domeniul de aplicare

Prevederile prezentului normativ se aplic la proiectarea construciilor i instalaiilor de epurare avansat a apelor uzate oreneti provenite de la aglomeraii urbane i rurale, de la mici uniti industriale, turistice (hoteluri, moteluri, campinguri, cabane, tabere, sate de vacan), uniti militare (cazrmi), grupuri de locuine, antiere, etc.

Prevederile acestui normativ se aplic n special n zonele sensibile supuse eutrofizrii, zone n care pentru evacuarea apelor uzate epurate n receptorii naturali se impun cerine suplimentare fa de cele prevzute n NTPA 001/2002. Ele se aplic att n cazul proiectrii staiilor de epurare noi, ct i n cazul retehnologizrii, extinderii sau modernizrii staiilor de epurare existente.

Schemele tehnologice adoptate pentru staiile de epurare noi, precum i mbuntirile i completrile prevzute la retehnologizarea/modernizarea staiilor de epurare existente, trebuie s permit obinerea condiiilor de calitate stabilite pentru efluentul epurat n NTPA 011/2002, NTPA 001/2002 i prin avizele i autorizaiile de mediu i de gospodrirea apelor.

1.3. Utilizatori

Prezentul normativ se adreseaz cercettorilor i proiectanilor care elaboreaz proiecte, caiete de sarcini ale documentaiilor de licitaie i detalii de execuie, agremente tehnice, verificatorilor de proiecte, experilor tehnici, universitilor tehnice, personalului responsabil cu execuia i exploatarea lucrrilor, prestatorilor de servicii n domeniu (regii, societi comerciale), precum i organelor administraiei publice centrale i locale cu atribuii n domeniu (ministere, primrii, consilii locale/judeene, etc.).

1.4. Armonizarea cu normele europene

n prezent nu exist reglementri i prevederi exprese ale Uniunii Europene privind epurarea avansat a apelor uzate cu excepia Directivei nr. 91/271/CEE care impune numai indicatorii de calitate pe care trebuie s-i ndeplineasc, n zonele sensibile, efluenii staiilor de epurare la evacuarea acestora n receptorii naturali.

Elementele de proiectare a construciilor i instalaiilor de epurare avansat cuprinse n acest normativ sunt n concordan cu prevederile actelor

Page 1 of 69NORMATIV PENTRU PROIECTAREA CONSTRUCIILOR I INSTALAIILOR DE...

7/8/2008mk:@MSITStore:C:\Program%20Files\MatrixRom\Matrix%20Instal\apacanal.chm::/np107...

normative existente n ara noastr i cu normele Uniunii Europene. S-au evideniat i recomandat, de asemenea, unii parametri de proiectare neconinui n directivele Uniunii Europene, dar utilizai n mod frecvent n calculele de dimensionare de ctre specialitii statelor membre.

n principal, s-a avut n vedere ca act normativ Directiva Consiliului Comunitii Europene privind tratarea apelor urbane reziduale nr. 91/271/CEE din 21 mai 1991 care a fost preluat prin HG nr. 188/2002. Aceast Hotrre de Guvern cuprinde normativele/normele tehnice de protecia apelor NTPA 001/2002, NTPA 002/2002 i NTPA 011/2002.

Prezentul normativ evideniaz tehnologiile de epurare de referin a apelor uzate, utilizate n special n rile Uniunii Europene, precum i metodologia de dimensionare aplicat frecvent n aceste ri.

1.5. Normative i reglementri conexe

Elaborarea prezentului normativ a inut seama, n principal, de prevederile urmtoarelor normative i reglementri conexe:

Normativ pentru proiectarea construciilor i instalaiilor de epurare a apelor uzate oreneti - Partea I: Treapta mecanic, Indicativ NP 032 - 1999, aprobat cu Ordinul M.L.P.A.T. nr. 60/N/25.08.1999;

Normativ pentru proiectarea construciilor i instalaiilor de epurare a apelor uzate oreneti - Partea a II-a: Treapta biologic, Indicativ NP 088 - 03, aprobat cu Ordinul M.T.C.T. nr. 639/23.10.2003;

Normativ pentru proiectarea construciilor i instalaiilor de epurare a apelor uzate oreneti - Partea a III-a: Staii de epurare de capacitate mic (5 < Q 50 l/s) i foarte mic (Q 5 l/s) Indicativ NP 089 - 03, aprobat cu Ordinul Ministrului M.T.C.T. nr. 640/23.10.2003;

Legea Proteciei Mediului nr. 137/1995, cu modificrile ulterioare;

Legea Apelor nr. 107/1996, cu modificrile ulterioare;

Legea privind calitatea n construcii nr. 10/1995, cu modificrile ulterioare;

NTPA 011/2002 - Norme tehnice privind colectarea, epurarea i evacuarea apelor uzate oreneti (HG nr. 188/2002);

NTPA 001/2002 - Normativ privind stabilirea limitelor de ncrcare cu poluani a apelor uzate industriale i oreneti la evacuarea n receptorii naturali (HG nr. 188/2002);

NTPA 002/2002 - Normativ privind condiiile de evacuare a apelor uzate n reelele de canalizare ale localitilor i direct n staiile de epurare (HG. nr. 188/2002);

Normativ privind obiectivele de referin pentru clasificarea calitii apelor de suprafa, aprobat cu Ordinul ministrului M.A.P.M. nr. 1.146 din 10.12.2002;

[top]

2. NOIUNI TEHNICE SPECIFICE

2.1. Rolul epurrii avansate

2.1.1. Epurarea mecano-biologic convenional contribuie la eliminarea din apele uzate a materiilor n suspensie i a substanelor organice coloidale i dizolvate, biodegradabile (pe baz de carbon), dar reine n mic msur, sau deloc, alte substane cum ar fi azotul, fosforul, compui ai acestora, metale grele, detergeni, anumii germeni patogeni i parazii, materii n suspensie, etc., substane care n practic poart denumirea de substane "refractare" sau "rezistente".

Rolul epurrii avansate este de a reine din apele uzate, printr-un complex de procese fizice, chimice i biologice aceste substane refractare.

Dintre acestea, pentru apele uzate menajere i oreneti, cele mai periculoase sunt nutrienii (fosforul, azotul i compuii lor), substane care afecteaz n mod defavorabil i n unele cazuri deosebit de grav, sntatea oamenilor, fauna, flora acvatic i mediul nconjurtor nsui prin eutrofizarea lacurilor i a rurilor a cror curgere este lent.

2.1.2. Epurarea avansat poate fi realizat n aceleai obiecte tehnologice destinate eliminrii substanelor organice pe baz de carbon (cazul staiilor de epurare noi sau celor n curs de extindere), sau separat, n construcii i instalaii specifice, dup treapta de epurare biologic (cazul unor staii de epurare existente). Realizarea unor construcii i instalaii separate reprezint o situaie particular, care a generat noiunea de "treapt de epurare teriar", denumire mult mai puin cuprinztoare dect cea de "epurare avansat").

2.2. Proveniena azotului din apele uzate i surse de azot

2.2.1. Activitatea uman reprezint una dintre sursele de azot cea mai frecvent ntlnit, n special n hidrosfer. Principalele efecte (neajunsuri) ale acumulrii azotului n ap sunt: epuizarea cantitilor de oxigen dizolvat din apele receptoare, stimularea eutrofizrii, creterea toxicitii vieii acvatice, periclitarea sntii publice i diminuarea probabilitii ca apele s mai fie reutilizabile.

2.2.2. Sursele de azot pot influena deciziile privind nivelul i tipul epurrii, care de regul este specific fiecrui caz n parte. n analizarea problemei polurii cu azot o atenie deosebit trebuie acordat determinrii tuturor surselor de azot posibile astfel nct cantitatea total evaluat s fie ct mai corect estimat.



2.2.3. Sursele de azot provenite din activitatea uman includ apele uzate menajere epurate i neepurate, reziduurile industriale, depuneri atmosferice i scurgeri de suprafa.

2.2.4. Apele uzate menajere provin din localitile urbane i rurale, sau din zonele izolate unde se procedeaz la colectarea acestora, cu condiia ca proveniena acestora s fie strict din utilizarea menajer a apei potabile.

2.2.5. Apele uzate neepurate provenite de la sistemele de canalizare oreneti au n mod obinuit un coninut n azot total Kjeldahl (notat n mod obinuit cu TKN i compus din azotul amoniacal i organic) de 30-80 mg/l. Din acesta, aproximativ 60% reprezint azot amoniacal i 40% azot organic, cantitile de azotai fiind foarte mici, iar cele de azotii, practic nule. ncrcarea specific pentru zone rezideniale a fost estimat (valoare medie) la 6 ... 14 g TKN/om, zi.

2.2.6. Apele uzate provenite din fosele septice rurale sunt adesea colectate i amestecate cu apele uzate menajere n amontele staiilor de epurare. Coninutul n azot al apelor uzate provenite din fosele septice este de 100-1600 mg TKN/l, o valoare uzual considerndu-se 700 mg TKN/l. Debitul apelor uzate provenite de la fosele septice este n general redus n comparaie cu debitul apelor uzate influente n staiile de epurare, dar pentru staii de epurare mici, el poate avea un efect semnificativ.

2.2.7. Apele uzate menajere epurate conin cantiti variate de azot, funcie de tipul de epurare utilizat. O staie de epurare cu nmol activat reduce coninutul de azot total cu ajutorul sintezei celulare i eliminrii solidelor. Majoritatea cantitii de amoniu trece nemodificat n cazul unei epurri fr nitrificare. Necesitatea reducerii azotului total cu peste 20-30%, impune denitrificarea apelor uzate. Epurarea convenional cu nmol activat, n general, conduce la un coninut al azotului total n efluent de 15-35 mg/l. O epurare biologic avansat poate conduce la o valoare a azotului total n efluent de 2-10 mg/l.

2.2.8. Apele uzate industriale. Industria contribuie cu azot prin reziduurile lichide produse ca rezultat al utilizrii apei n procesele specifice i utilizrii secundare a apei la purificarea gazelor. Cele mai reprezentative industrii care produc nivele ridicate ale azotului n apa de proces sunt: chimic (producerea de fertilizatori i de ali compui azotoi), hrtie i celuloz (produse naturale, celuloz pe baz de amoniac), minerit i metale (prelucrarea minereurilor, decapare cu acid nitric), prelucrarea alimentelor (splarea unor produse cu proteine mbogite i apele rezultate n urma pregtirii hranei).

2.2.9. Levigatul produs la depozitele controlate de deeuri menajere. Levigatul (lixiviatul) din gropile de gunoi pentru reziduurile solide menajere sunt caracterizate ca ape uzate cu debite sczute dar foarte ncrcate. Levigatul poate avea un coninut de amoniu cu valori ntre 0-1.160 mg/l i azot sub form de azotai i azotii de 0,2-10,3 mg/l. n acest caz, staia de epurare care trebuie s epureze un asemenea tip de ap uzat, trebuie s fie "flexibil" pentru obinerea parametrilor impui efluentului epurat de reglementrile n vigoare chiar n cazul unui grad ridicat de variabilitate n ncrcare a levigatului influent.

2.2.10. Depozitarea atmosferic. Azotul atmosferic poate ajunge n mediu acvatic sub form de azot anorganic care este solubilizat n apa de ploaie sau, sub form de azot organic ori mineralizat (particule), care este fie antrenat de apele meteorice de pe suprafeele pe care cad acestea, fie din suspensiile antrenate de vnt.

2.2.11. Scurgerea de suprafa a apelor de ploaie. Scurgerea de suprafa n mediul urban poate conine cantiti semnificative de azot. Suprafeele impermeabile caracteristice oraelor asigur o rapid conducere a azotului la canalele receptoare, by-passnd asimilarea natural. Construciile i ali factori perturbatori creeaz cantiti sporite de materii n suspensie n scurgerile de suprafa. Aceste materii au n general o component semnificativ de azot organic tip particule. Utilizarea fertilizatorilor la terenurile agricole creeaz ncrcri importante n azot ale freaticului i ale apelor de suprafa. Din acest motiv, factorii de decizie care administreaz terenurile agricole respective trebuie s stabileasc cu atenie rata de utilizare i tipul de fertilizator, gradul de irigare, drenarea solului, tipul de cultur i viteza de absorbie a sa precum i gradul de cultivare al pmntului.

2.2.12. Un alt tip de scurgere o constituie cea din sistemul de colectoare pentru apele uzate menajere aflate ntr-o stare avansat de deteriorare, din bazinele industriale i sistemele septice precum i racordurile i evacurile ilegale care, mpreun, pot contribui n mare msur la ncrcarea n azot a apei din cadrul sistemului de colectare a apelor de ploaie.

2.3. Forme sub care se gsete azotul n apele uzate

Azotul este unul dintre elementele chimice prezent n toate cele patru componente principale ce formeaz biosfera: atmosfera, hidrosfera, crusta terestr i esuturile organismelor vii sau moarte. Fiecare element conine azot sub diverse forme.

Azotul, n mediul nconjurtor, exist sub mai multe forme funcie de natura sa i de starea de oxidare n care se poate gsi. Astfel, dup natura sa, azotul poate fi organic sau anorganic. Azotul anorganic, funcie de starea de oxidare n care se poate gsi, poate exista n una din formele menionate n tabelul 2.1. de mai jos.

Tabel 2.1

Compus de azot Simbol

Amoniac NH3

Ionul de amoniu NH4+

Azotul gazos N2

Ionul azotit NO2

Ionul azotat



Azotul total coninut n apele uzate este alctuit din azot organic, amoniac (sau amoniu), azotii i azotai.

Amoniacul exist n soluiile apoase fie sub form de gaz, denumit amoniac (NH3), fie ca ion de amoniu (NH4+), funcie de valoarea pH-ului soluiei, corespunztor urmtoarei reacii de echilibru:

NH3 + H2O NH4+ + OH (2.1)

Astfel, la nivele ale pH-ului > 9,25 este predominant amoniacul, pe cnd pentru un pH < 9,25 este predominant amoniul.

Azotiii (NO2 ) sunt relativ instabili i uor de oxidat la forma de azotat. Ei indic o poluare anterioar n procesul de stabilizare i rareori depesc 1,0 mg/l n apele uzate sau 0,1 mg/l n apele de suprafa. Azotiii prezeni n efluenii staiilor de epurare pot fi oxidai de clor, dar acest proces presupune creterea dozei de clor, respectiv creterea costului dezinfeciei.

Azotaii (NO3 ) reprezint forma cea mai oxidat a azotului ce se regsete n apele uzate. Acesta poate varia n limitele 0-20 mg/l n apele uzate epurate (valoarea maxim admis pentru azotai n apele uzate la descrcarea lor n emisari, de ctre normativele tehnice de protecia apelor, este de 25 mg/l).

Amoniacul (NH3) se gsete n cantiti foarte reduse, fie n form liber (gaz), n apropierea substanelor intrate n descompunere, fie n sol, sub form de sruri de amoniu.

Toxicitatea amoniacului, comparativ cu forma ionic, este mult mai mare.

Determinarea amoniacului se face n mod obinuit pentru ape avnd un pH cuprins ntre 6,5 8,3, prin analizarea formei ionice NH4+ . Astfel, pentru

determinarea procentual a celor dou forme de azot este necesar determinarea pH-ului, deoarece raportul ntre acestea depinde de pH-ul apei.

ntr-un mediu neutru sau slab alcalin, predomin forma ionic (NH4+), la un pH 8,0, coninutul n NH3 fiind de numai 4,5%.

Pentru un mediu cu alcalinitate ridicat, avnd pH > 9,25, amoniacul (NH3) este predominant, reprezentnd peste 50%.

Amoniul (NH4+), se regsete n aproape toate tipurile de ape (naturale, de suprafa i chiar n cele subterane), prezena acestuia indicnd o contaminare recent cu produi de descompunere celular, o deversare de ape uzate sau scurgerea de ape de ploaie de pe suprafeele agricole unde se utilizeaz fertilizatori pe baz de azot (azotat de amoniu NH4NO3, uree).

Exprimarea azotului amoniacal se face n ioni de amoniu NH4+ (mg/l), n azot total N - NH4+ (mg/l), sau NH3 (mg/l). La 1,0 mg de azot total N corespund 1,286 mg NH4+ i 1,216 mg NH3.

Azotiii (nitriii) NO2 reprezint prima treapt de oxidare a amoniului. Prezena acestora n ap sugereaz existena unor produse reductoare. La 1,0 mg de azot total N corespund 3,285 mg NO2.

Azotaii (nitraii) NO3, reprezint un stadiu avansat de oxidare a amoniului, prezena acestora sugernd o impurificare mai veche.

Proveniena azotailor poate fi de origine animal, din procesele de mineralizare a proteinelor sau poate fi de origine mineral, din apele de scurgere peste suprafeele pentru care s-au folosit fertilizatori. La 1,0 m de azot total N corespund 4,427 mg NO3.

Azotul organic este alctuit din mai multe familii de compui: amine, acizi aminici, ierbicide, derivai nitrozo, combinaii macromoleculare (proteine, peptide, clorofile, acizi humici).

Azotul total este compus din toate formele de azot: azot amoniacal (N - NH3 sau N - NO2), azotii (N - NO2-), azotai (N - NO3) i azotul organic (Norg).

Azotul total Kjeldahl este compus, spre deosebire de azotul total, numai din azotul amoniacal (N - NH3 sau N - NH4+) i azotul organic (Norg).

Concentraiile uzuale n compui de azot ntlnite la apele uzate menajere neepurate variaz n domeniul 835 mg/l, pentru azotul organic, 1250 mg/l, pentru amoniacul liber i 2085 mg/l pentru azotul total.

Coninutul n azotai i azotii la apele uzate menajere este n general neglijabil.

n cazul apelor uzate provenite de la fosele septice coninutul n azot total (N) variaz ntre 1001600 mg/l, uzual considerndu-se 700 mg/l, iar pentru amoniac (ca azot total N) variaz ntre 100800 mg/l, considerndu-se n medie 400 mg/l.

2.4. Transformrile suferite de azot

NO3



Principalele transformri pe care azotul le sufer n cadrul mediului nconjurtor sunt:

a. - Reducere (fixare);

b. - Amonificare;

c. - Sintez;

d. - Denitrificare.

Reaciile de amonificare, sintez, nitrificare i denitrificare sunt mecanismele primare angajate n epurarea apelor uzate pentru controlul i/sau eliminarea azotului. Condiiile de mediu care influeneaz reaciile bio-chimice din procesele de eliminare a azotului sunt temperatura, pH-ul, procesele microbiologice, potenialul de oxidare/reducere i disponibilitatea substratului, nutrienilor i a oxigenului.

a. Reducerea (fixarea) reprezint procesul prin care azotul inert, gazos, este ncorporat ntr-un compus chimic asemenea aceluia care poate fi folosit de plante i animale. Fixarea azotului de la azotul gazos (N2) la azotul organic este, predominant, realizat biologic de ctre microorganisme specializate i plante. Fixarea atmosferic prin procese de reducere datorate descrcrilor electrice sau prin procesele industriale de obinere a fertilizatorilor sau altor chimicale, joac un rol mai mic, dar semnificativ, ca metod de fixare.

b. Amonificarea este transformarea azotului organic la forma de amoniu. n general, amonificarea intervine n timpul descompunerii esutului animal i vegetal i a materiilor fecale de natur animal.

c. Sinteza (asimilarea) este un mecanism biochimic care utilizeaz compuii de amoniu sau azotaii pentru a forma proteine i ali compui ce conin azot.

d. Nitrificarea este procesul prin care se realizeaz oxidarea biologic a amoniului. Aceasta se realizeaz n dou etape, prima la forma de azotii i apoi la forma de azotai.

Responsabile pentru aceste dou etape sunt n principal dou bacterii chemoautotrofe aerobe (obin energie din reacii chimice, prin oxidarea n mediu aerob a compuilor anorganici asemenea amoniacului, azotiilor i sulfidelor, utiliznd pentru sintez carbonul anorganic din bioxidul de carbon) cunoscute sub denumirea de nitrosomonas i nitrobacter. Etapele nitrificrii sunt reprezentate global prin relaia 2.2 de mai jos:

(2.2)

Reaciile de transformare sunt n general cuplate i au loc rapid la forma de azotat, nivelul de azotii la un moment dat fiind relativ sczut. Azotaii formai pot fi folosii n sintez pentru a sprijini creterea plantelor sau pot fi substanial redui prin denitrificare.

e. Denitrificarea este reducerea biologic a azotailor la azot gazos. Ea poate fi realizat n mai multe etape pe cale biochimic, cu producere final de azot gazos. O gam larg de bacterii heterotrofe anoxice iau parte la proces, necesitnd carbon organic ca surs de energie. Etapele denitrificrii sunt reprezentate global prin relaia 2.3 de mai jos:

(2.3)

n cazul n care ntr-un reactor sunt prezeni, n acelai timp i azotai i oxigen, bacteriile vor folosi preferenial oxigenul pentru oxidarea substanei organice deoarece se produce mai mult energie. Pentru ca denitrificarea s aib loc, trebuie s fie create condiii anoxice (oxigenul necesar reaciilor chimice fiind luat din legturile chimice ale azotului cu oxigenul, n special din azotai).

2.5. Necesitatea ndeprtrii (eliminrii) azotului din apele uzate

Acumularea excesiv a diferitelor forme de azot n apele de suprafa i subterane poate conduce att la efecte ecologice adverse ct i la efecte nefaste asupra sntii oamenilor. Se prezint n continuare, n mod succint, aceste efecte.

2.5.1. Efectele azotului i ale compuilor de azot asupra mediului nconjurtor

A. Scderea concentraiei de oxigen dizolvat n apele receptoare este unul din cele mai importante efecte al prezenei compuilor de azot. Asemntor descompunerii bacteriene a componenilor organici din apele uzate n emisari, nitrificarea amoniului n apa receptorilor naturali genereaz un consum de oxigen suplimentar. n asemenea cazuri specifice, unde se demonstreaz c amoniul poate conduce la scderea concentraiei de oxigen dizolvat din emisari, este recomandabil a se realiza nitrificarea naintea evacurii apelor uzate epurate mecanic i biologic.

B. Biostimularea creterii plantelor i algelor n apele de suprafa (eutrofizarea)

O problem major n poluarea apelor este eutrofizarea, care este definit ca dezvoltarea excesiv a plantelor i/sau "nflorirea" algelor rezultate din superfertilizarea rurilor, lacurilor i estuarelor. Eutrofizarea se poate manifesta sub forma deteriorrii calitii unei ape curate anterior, generrii unor mirosuri urte provenite din descompunerea plantelor i reducerii concentraiei de oxigen dizolvat din apa receptorilor naturali, care poate afecta respiraia petilor precum i metabolismul altor vieuitoare i plante acvatice.

Condiiile eseniale care se cer pentru dezvoltarea plantelor i algelor sunt macronutrienii adecvai sub form de azot sau fosfor, suficient dioxid de carbon i energie luminoas.

Azotul i fosforul sunt, n mod obinuit, cele dou elemente cheie n controlul eutrofizrii.



Odat determinat care nutrient limiteaz creterea, trebuie determinat dac i cum poate fi controlat cantitatea de substan limitatoare influent n apa receptoare. n anumite circumstane, eliminarea i a azotului i a fosforului poate fi considerat responsabil pentru limitarea creterii algelor.

Eutrofizarea lacurilor este una dintre cele mai importante probleme de mediu, deoarece nutrienii care ptrund n ap tind s fie reciclai n lac i acumulai n timp, spre deosebire de ruri care reprezint sisteme curgtoare n care nutrienii sunt ntodeauna n micare spre aval, de la o seciune la alta. Acumulrile aprute de-a lungul rurilor tind s apar numai n ape lente iar efectele acestor acumulri sunt, n mod normal, moderate de aciunea periodic a viiturilor.

n urma mbogirii apelor cu nutrieni, are loc o dezvoltare accelerat a vegetaiei acvatice care, pe lng aspectele neplcute ce influeneaz utilizarea apelor pentru pescuit, turism sau agrement (sporturi nautice, etc.), inhib dezvoltarea normal a faunei acvatice. Creterea agresiv a vegetaiei acvatice conduce n scurt timp la o rat ridicat a algelor care mor, contribuind la sedimentarea masiv, n straturi, a plantelor care n condiii anaerobe specifice hipolimnionului, se descompun. n urma acestor descompuneri, apar o serie de elemente secundare ca hidrogenul sulfurat (datorit lipsei de oxigen) ce va afecta direct calitatea apei prin apariia de mirosuri grele, neplcute i n final prin diminuarea pn la dispariia total a vieii acvatice.

Un alt efect al eutrofizrii apei l constituie creterea turbiditii datorit creterii densitii fitoplanctonului dezvoltat. Prin creterea produciei de fitoplancton (respectiv prin consumul de CO2) se realizeaz o cretere a pH-ului apei, care, la rndul ei, determin trecerea amoniului (NH4+) la forma mai toxic de amoniac liber (NH3).

Eutrofizarea apare n general n cazul lacurilor, rurilor a cror curgere este lent, n estuare i n particular n bazinele de ap delimitate.

2.5.2. Efectele azotului i a compuilor de azot asupra sntii oamenilor

Compuii de azot care constituie un pericol pentru sntatea oamenilor sunt azotaii i n special azotiii. De aceti doi compui se leag n principal boli grave de tipul cinozei infantile (Methemoglobinemia) i carcinogenezei. Methemoglobinemia este o boal care afecteaz n special copiii, fiind adesea descris sub termenul de "maladia albastr".

Toxicitatea acut a azotailor apare ca un rezultat a reducerii sale la azotii, proces care poate interveni n condiiile specifice din stomac i saliv. Ionul azotit format oxideaz fierul din moleculele de hemoglobin de la starea feros la feric. Methomoglobinemia rezultat conduce la incapabilitatea organismului uman de a asimila oxigenul, iar dac nu se procedeaz la un tratament corespunztor i n timp util poate aprea anoxia i chiar moartea. Majoritatea cazurilor de methemoglobinemie infantil raportate au fost asociate cu utilizarea apei cu un coninut mai mare de 10 mg azotai/l. Cu toate c standardele i reglementrile pentru ap potabil indic o concentraie de azotai n apa potabil de 40 ... 50 mg/l, se recomand obinerea unei ape potabile cu o concentraie de azotai sub 10 mg/l i de azotii sub 0,5 mg/l. Aceste valori sunt depite adesea n cazul puurilor de mic adncime i n zonele necanalizate unde fosa septic este sistemul cel mai utilizat pentru colectarea apelor uzate menajere.

Carcinogeneza (cancerul gastric) a fost asociat cu ingestia nitrozoderivailor. Azotiii (provenii indirect din azotai) pot reaciona cu aminele i amidele pentru a forma nitrosamine i nitriosamide. Evidena epidimiologic sugereaz c ingestiile mari de azotat pot fi un factor ce contribuie la cancerul gastric.

2.5.3. Necesitatea ndeprtrii azotului i fosforului din apele uzate i limitele maxime admise n efluentul epurat

Din studiul potenialelor surse de producere a substanelor cu un grad ridicat de poluare, se constat c, n zilele noastre, azotul i fosforul reprezint o prezen constant att n apele uzate provenite de la populaie ct i n cele provenite de la industrii. Apele uzate menajere prezint de regul att compui de azot ct i de fosfor, datorit, n special, utilizrii pe scar larg a detergenilor i a soluiilor dizolvabile n apa potabil menajer. Apele uzate industriale, datorit proceselor tehnologice elimin, deseori, substane pe baz de azot i fosfor ce se regsesc n final n apele uzate rezultate.

Descrcarea apelor uzate, epurate sau neepurate, indiferent de natura lor, coninnd compui de azot i de fosfor, au efecte nefaste asupra emisarilor, mai ales n cazul n care acetia sunt lacuri sau ruri cu viteze reduse de curgere, n care fenomenul de autoepurare devine insuficient, calitatea apei suferind deteriorri importante, greu de recuperat n timp.

Un efect indirect al descrcrii acestor tipuri de ape o constituie fenomenul de eutrofizare descris la pct. 2.5.1.B.

Un alt efect important al evacurii de ape cu un coninut ridicat de nutrieni l reprezint scderea concentraiei de oxigen dizolvat din apa receptorilor naturali. n prima faz, reducerea concentraiei de oxigen apare datorit dezvoltrii explozive a florei acvatice care n procesul de hrnire cu nutrieni consum oxigen, iar n ultima faz datorit consumului suplimentar de oxigen impus de nitrificarea incomplet a efluenilor staiilor de epurare descrcai n receptori. Acest fenomen, de nitrificare, corelat cu o diluie necorespunztoare, se va realiza n curent, conducnd la reducerea oxigenului dizolvat din apa emisarului (vezi pct. 2.5.1.A).

Datorit compuilor de azot prezeni n apa prelevat din ruri, cresc costurile de tratare a apei cnd captarea este situat n avalul punctelor de descrcare a apelor uzate epurate insuficient. Dac descrcarea apelor uzate epurate sau scurgerea apelor pluviale de pe suprafeele agricole au survenit dup realizarea staiilor de tratare (deci acestea au fost proiectate pentru o calitate a apei captate diferit de cea prelevat), staiile respective nu vor mai fi capabile s obin parametri pentru care au fost proiectate. Aducerea staiilor la nivelul noilor cerine impuse de schimbarea calitii apei brute se va putea realiza numai cu adugarea de noi filiere de tratare la actualele staii, deci cu costuri suplimentare.

2.6. Proveniena fosforului din apele uzate i surse de fosfor

2.6.1. Fosforul este un element chimic destul de rspndit n natur, constituind cca. 0,11% din litosfer. El se gsete, n general, sub form de compui solubili sau particule, att n apele uzate menajere sau oreneti, ct i n apele uzate industriale, n cele provenite din unitile agrozootehnice sau n apele de iroire datorate precipitaiilor, care spal terenurile agricole pe care s-au mprtiat ngrminte chimice.

Fosforul se gsete i n corpul plantelor i animalelor sub form de combinaii anorganice (de exemplu, el se gsete, n carapacea racilor sau scoicilor, n oasele vertebratelor) i organice (de exemplu, n snge, n pr, n glbenuul de ou, n lapte, n fibrele musculare, n celulele nervilor i ale creierului, etc.).



2.6.2. Una din cele mai importante surse de fosfor n apele uzate sunt ngrmintele chimice utilizate n agricultur pentru fertilizarea solurilor. ngrmintele naturale provin din fina de oase i din guano. ngrmintele artificiale pe baz de fosfor pot fi simple sau compuse.

Cele simple au n compoziia lor un singur element nutritiv - fosforul i de regul, sunt pe baz de sruri de calciu ale acidului fosforic de care se leag un anion monovalent (Fe, Cl, OH). ngrmintele compuse conin, pe lng fosfor, cel puin nc un element nutritiv, (azotul, kaliul, magneziul), fie legat chimic (ngrminte complexe), fie n amestec (ngrminte mixte). Cele mai folosite ngrminte sunt de tip NP, NPK sau NPKMg.

2.6.3. Dintre compuii organici ai fosforului cei mai ntlnii se evideniaz fosforproteidele, cea mai important fiind cazeina care se gsete n lapte (sub form de sruri de calciu).

2.6.4. O alt surs de fosfor din apele uzate menajere i oreneti o constituie detergenii casnici, precum i deeurile menajere (care pot constitui pn la 30-50% din cantitatea de fosfor coninut n apele uzate).

2.7. Forme sub care se gsete fosforul n apele uzate

2.7.1. Fosforul are un rol foarte important n natur. Prezena lui sub form de sruri sau de compui derivai ai acidului fosforic condiioneaz viaa, fiind componente de baz ale celulelor vii i participnd nemijlocit la diferite metabolisme.

Fosforul, ca i azotul, urmeaz n natur un circuit nchis. El se gsete n sol ca fosfai, fie naturali, fie sub form de ngrminte. Din sol trece n plante, fiind un component al unor proteine. Animalele se hrnesc cu plante i asimileaz fosforul, care intr n compoziia oaselor, creierului i nervilor. Prin moartea animalelor, fosforul se ntoarce n sol, nchiznd astfel circuitul n natur. n mod analog, se poate defini i circuitul fosforului n mediul acvatic. Cele dou circuite nu sunt independente, ci legate prin transferuri de substane, dup cum se poate vedea n schema de mai jos.

n fig. 2.1 avem circuitul fosforului n natur.

Elementele absolut necesare proceselor metabolice bacteriene, n general, ale formelor de via acvatice sunt denumite nutrieni. Cei mai importani sunt carbonul, azotul, fosforul i siliciul (azotul sau fosforul fiind n mod uzual factorii limitatori ai dezvoltrii bacteriene i algelor, iar siliciul fiind important numai pentru una din componentele populaiei algale, respectiv diatomeele).

2.7.2. Fosforul se poate gsi n apele uzate ca i n orice sistem acvatic sub urmtoarele forme:

- fosfor anorganic dizolvat (ortofosfai, de tipul PO4-3, HPO4-2, H2PO4-);

- fosfor organic dizolvat (fosfor coninut n compuii organici dizolvai sau n stare coloidal, provenii n special din descompunerea fosforului organic de tip particule);

- fosfor organic de tip particule (n suspensie denumit i "particular"), reprezentnd fosforul inclus n organismele vii i n detritusul organic;

- fosfor anorganic de tip particule (n suspensie sau "particular"), compus n general din polifosfai, cum ar fi hexametafosfatul sau din sedimente (minerale coninnd fosfai, ortofosfai adsorbii pe argile, etc.);

- fosfor anorganic "neparticular" provenit din detergeni;

- fosfor biotic (coninut n alge, plante acvatice, zooplancton, peti, etc.).

2.7.3. Procesele fizico-chimice suferite de fosforul organic i anorganic n apele uzate i n mediul acvatic, n general, sunt:

- hidroliz (reacia fosforului i a compuilor acestuia cu apa pentru a forma un alt compus);

- dizolvarea sau hidratarea (proces prin care fosforul sub form de particule trece n soluie sub form de ioni sau molecule);

- descompunerea sedimentelor coninnd fosfor prin procese, de regul, anaerobe;

- precipitare, proces prin care fosforul solubil este transformat n compui insolubili care pot fi separai din ap prin sedimentare ulterioar tratrii cu reactivi;

- asimilare, proces prin care fosforul este ncorporat n celula bacterian, contribuind la dezvoltarea masei bacteriene.

2.8. Necesitatea ndeprtrii (eliminrii) fosforului din apele uzate

2.8.1. Fosforul constituie, ca i azotul, unul dintre principali nutrieni pentru fito i macro planctonul care se dezvolt n estuare, lacuri i rurile a cror curgere este lent. El este unul dintre principalii factori care produc fenomenul de eutrofizare, cu toate neajunsurile sale pentru mediu i sntatea oamenilor (v. pct. 2.5).

2.8.2. O suprancrcare (cu fosfor i compui ai acestuia) a apelor uzate oreneti influente n staiile de epurare (datorat n special preepurrii insuficiente a apelor uzate industriale), poate conduce la depirea capacitii de eliminare a fosforului prin procesele de epurare mecano-biologice convenionale, rezultnd un efluent epurat necorespunztor, cu consecine uneori grave asupra folosinelor din aval.

2.8.3. Fosforul este nlturat din apa uzat n mod insuficient prin sedimentare, dat fiind c el se gsete n apa uzat mai mult sub form solubil. O parte din cantitatea de fosfor este nlturat i pe cale biologic, dar cantitatea de fosfor existent n apele uzate este, n multe cazuri, mai mare dect necesarul pentru sinteza biologic (formarea de biomas). Epurarea mecano-biologic convenional nltur doar un procent de 20-30% din fosforul influent, restul fiind evacuat n receptorii naturali odat cu efluentul epurat.



2.8.4. Se impune, de aceea, reinerea fosforului pe ct posibil pe cale biologic, n instalaii special prevzute n acest scop i dac acest lucru nu este posibil sau suficient, este necesar prevederea unor instalaii pentru reinerea fosforului prin precipitare chimic.

2.9. Cantiti i concentraii ale apelor uzate oreneti n azot i fosfor

2.9.1. Calculele de dimensionare tehnologic a construciilor i instalaiilor n care are loc epurarea avansat a apelor uzate impun cunoaterea indicatorilor de calitate privind, n special, azotul, fosforul i unii compui ai acestora pentru:

- influentul staiei de epurare;

- efluentul staiei de epurare.

2.9.2. Indicatorii de calitate pentru influentul staiei de epurare se pot determina, de la caz la caz, astfel:

- prin studii hidrochimice, desfurate pe o perioad suficient de lung pentru a putea fi bine apreciat calitatea apei uzate brute. Aceste studii sunt necesare n special pentru localitile medii i mari i trebuie efectuate de ctre societi (uniti) acreditate n domeniu.

Pentru localiti n care nu exist canalizare (reea i staie de epurare) i pentru care trebuie ntocmit proiectul aferent, situaie n care indicatorii fizico-chimici ai apelor uzate influente n staia de epurare nu se pot stabili pe baz de studii i analize, acetia se vor aprecia dup datele obinute la sistemele similare de canalizare din alte localiti, sau utiliznd ncrcrile specifice aferente unui locuitor echivalent, recomandate de literatura tehnic de specialitate, astfel:

- prin asimilarea valorii concentraiilor n azot, fosfor i a compuilor acestora cu cele aferente unor localiti similare ca numr de locuitori echivaleni, grad de urbanizare, dotare industrial, etc. Aceast modalitate poate fi adoptat i n cazul localitilor mici i medii la elaborarea studiilor de prefezabilitate i fezabilitate;

- prin determinarea concentraiilor ci funcie de cantitile specifice de poluant ai(g/LE, zi) i de restituia specific de ap uzat qr(l/LE, zi), astfel:

(2.4)

unde,

ci este concentraia poluantului, n mg/l;

ai cantitatea specific de poluant (aferent unui locuitor echivalent), n g/LE, zi;

qr restituia specific de ap uzat (cantitatea de ap uzat evacuat la reeaua de canalizare, ntr-o zi de ctre un locuitor echivalent), n l/LE, zi.

Pentru apele uzate menajere se pot lua n considerare urmtoarele cantiti (ncrcri) specifice ai:

- 6 ......... 14 g/LE, zi - pentru azotul total TKN;

- 1 ......... 4,75 g/LE, zi - pentru fosforul total.

Pentru restituia specific de ap uzat q(r) se pot considera valori, de la caz la caz, funcie de importana i de gradul de dotare al centrului populat cu instalaii de alimentare cu ap i de canalizare, cuprinse ntre 80 i 450 l/LE, zi.

2.9.3. Pentru apele uzate oreneti concentraiile n azot i fosfor variaz, uzual, n limitele indicate n tabelul 2.2.

Tabelul 2.2

Poluantul Concentraie (mg/l)

Procent din TKN sau din PT (%)

Redus Medie Ridicat Redus Medie Ridicat

Azot total Kjeldahl (TKN) 20 50 85 100 100 100

Azot anorganic (NH4+ sau NH3) 12 30 50 60 60 59

Azot organic (Norg) 8 20 35 40 40 41

Fosfor total PT 4 8 15 100 100 100



n rile Uniunii Europene, cantitile specifice de azot total Kjeldahl i de fosfor total pentru restituia specific qr = 250 (l/LE, zi) se consider n limitele:

- 2 ...... 8 kg TKN/LE, an - pentru azot, n medie 4,5 kg TKN/LE, an;

- 0,4 .... 1,4 kg PT/LE, an - pentru fosforul total, n medie 1 kg PT/LE, an.

2.9.4. Indicatori de calitate pentru efluentul staiei de epurare

2.9.4.1. Valorile maxim admisibile ale indicatorilor de calitate din efluentul epurat pentru fosfor, azot i pentru unii din compuii lor, sunt reglementai n ara noastr prin normativele tehnice pentru protecia apelor NTPA 001/2002, NTPA 011/2002 i NTPA 002/2002.

La nivelul Uniunii Europene, valorile respective sunt prezentate n Directiva Consiliului Uniunii Europene nr. 91/271/EEC din 21 mai 1991 privind epurarea apelor uzate.

Acest act normativ prevede, n principal, obligativitatea epurrii primare pentru toate aglomerrile urbane, a epurrii secundare pentru aezrile mai mari de 15.000 locuitori i pentru efluenii industriali, precum i condiiile legate de tratarea i descrcarea nmolurilor provenite de la staiile de epurare.

De asemenea, sunt impuse condiii de descrcare pentru eflueni, exprimate n concentraii n impurificatori, att pentru zonele sensibile, ct i pentru zonele mai puin sensibile. Tabelele de valori limit recomandate sunt explicitate numai pentru impurificatorii de baz (suspensii, CBO5, CCO, N, P), pentru celelalte elemente existnd norme specifice.

2.9.4.2. Valorile maxim admisibile sunt indicate att pentru condiiile de mediu normale ("zone mai puin sensibile"), ct i pentru condiiile de mediu speciale care sunt impuse n "zonele sensibile".

2.9.4.3. Zonele sensibile sunt reprezentate de apele (receptorii naturali) care intr n una din urmtoarele categorii:

- lacuri, alte ape de suprafa, estuare, ape de coast care sunt eutrofizate sau prezint pericolul de a deveni eutrofice n viitorul apropiat, dac nu se iau msuri preventive de protecie;

- ape de suprafa folosite drept surs de ap potabil, ce ating valori ale concentraiilor de nitrai ridicate.

2.9.4.4. Zonele mai puin sensibile sunt reprezentate prin apele costiere ale mrilor i oceanelor sau altele, dac descrcarea apelor uzate nu are efect duntor asupra mediului, respectiv asupra condiiilor morfologice, hidrologice sau hidraulice specifice existente.

Aceste zone pot fi golfuri deschise sau alte zone de coast cu o circulaie activ a apei i care nu sunt supuse eutrofizrii sau nu prezint pericol de a deveni eutrofe.

2.9.4.5. nainte de a fi evacuate n receptorii naturali, apele uzate influente n staia de epurare trebuie supuse unei epurri biologice (secundare) corespunztoare, astfel nct indicatorii de calitate ai efluentului epurat s respecte att valorile maxim admisibile ct i procentul minim de reducere fa de ncrcarea influentului (eficiena) indicate n tabelul 2.3.

2.9.4.6. Cu excepia indicatorilor de calitate privind poluanii uzuali (CBO5, CCO i MTS) unde legislaia romneasc este mai strict, condiiile privind valorile maxim admisibile pentru azot i fosfor sunt identice att n Romnia ct i n Uniunea European.

2.9.4.7. De altfel, limitele admise pentru efluentul epurat n diferite ri, referitor la azot, fosfor i la compuii acestora, variaz relativ puin de la o ar la alta, existnd tendina de a se stabili valori unice. Este cazul Europei, n care rile membre ale Uniunii Europene au hotrt respectarea unui set de valori bine determinate pentru indicatorii de calitate ai efluenilor staiilor de epurare. Valorile concentraiilor compuilor de azot i fosfor la descrcarea efluenilor staiilor de epurare n emisari n conformitate cu Directiva 91/271/EEC au fost concretizate n tabelul 2.3, coloanele 4 i 5.

Tabel 2.3

Fosfor anorganic (Panorg) 3 5 10 75 62,5 67

Fosfor organic (Porg) 1 3 5 25 37,5 33

Indicatorul de calitate Norma sau

normativul n care este indicat

Concentraie maxim

admisibil (mg/l)

Procent minim de reducere

(%)

Valorile conform Directivei nr. 91/271/EEC

Concentraii (mg/l)

Procent de reducere

(%)

Consum biochimic de oxigen ( CBO5 LA 20C) fr nitrificare

NTPA 011/2002

20, (25)a 70 90

40b

25 70 90

40b



NOT:

a. Valorile de 20 mg CBO5/l i 70 mg CCO/l se aplic n cazul staiilor de epurare existente sau n curs de realizare. Valorile de 25 mg CBO5/l i 125 mg CCO/l se aplic pentru staiile de epurare noi, extinderi sau retehnologizri.

b. Procentul de reducere de 40% fa de ncrcarea influentului, se admite n regiunile muntoase, cu altitudinea de peste 1500 m deasupra nivelului mrii, unde este dificil s se aplice o epurare biologic eficient din cauza temperaturilor sczute (v. art. 7, aliniatul 2 din NTPA 011/2002).

c. Pentru localiti peste 10.000 LE i n condiiile indicate la punctul b de mai sus.

d. Pentru localiti cu 2.000-10.000 LE i n condiiile indicate la punctul b, de mai sus.

e. Pentru localiti - peste 100.000 LE.

f. Pentru localiti cu 10.000-100.000 LE.

ns = nespecificat.

2.9.4.8. Eliminarea azotului i fosforului sunt obligatorii pentru aglomerrile urbane mari, fiind mai puin restrictiv n cazul aglomerrilor urbane mai mici. Important este faptul c n zonele sensibile (supuse sau posibil a fi supuse eutrofizrii) eliminarea azotului i fosforului din apele uzate este obligatorie.

2.9.4.9. La proiectarea staiilor de epurare avansat se va ine seama att de variaiile sezoniere ale ncrcrii cu poluani, ct i de condiiile climatice locale, astfel nct s se asigure indicatorii de calitate i performanele de epurare impuse de normativele n vigoare (vezi tabelul 2.3).

2.9.4.10. Cerinele impuse de normativele i normele tehnice NTPA 001/2002, NTPA 011/2002 i NTPA 002/2002, pot fi modificate prin ordin emis de autoritatea public central cu atribuii n domeniul gospodririi apelor i proteciei mediului, funcie de condiiile specifice zonei n care sunt evacuate apele epurate.

2.9.4.11. Respectarea prevederilor normativelor i normelor tehnice indicate la punctul 2.9.4.7. nu exclude obligaia obinerii avizelor i a autorizaiilor legale din domeniul apelor i proteciei mediului.

2.9.4.12. Indicatorii de calitate ai efluentului epurat trebuie s respecte att valorile concentraiilor maxime admisibile (situndu-se sub aceste valori sau fiind cel mult egale!) ct i valorile procentelor minime de reducere (situndu-se peste aceste valori sau fiind cel puin egale!) indicate n tabelul 2.3.

NTPA 001/2002

Consum chimic de oxigen (CCO) determinat prin metoda CCOCr

NTPA 011/2002

NTPA 001/2002

70, (125)a 75 125 75

Materii totale n suspensie (MTS)

NTPA 011/2002

NTPA 001/2002

35c, (60)d 90c, (70)d 35c, (60)d 90c, (60)d

Azot total (NT = TKN + N NO2-+ N NO3-)

NTPA 011/2002

NTPA 001/2002

10e, (15)f 70 - 80 10e, (15)f 70 - 80

Azot amoniacal (NH4+) NTPA 001/2002 2e, (3)f ns ns ns

Azotati (NO3-) NTPA 001/2002 25e, (37)f ns ns ns

Azotati (NO2-) NTPA 001/2002 1e, (2)f ns ns ns

Fosfor total (PT) NTPA 011/2002

NTPA 001/2002

1e, (2)f 70 - 80 1e, (2)f 80

Page 10 of 69NORMATIV PENTRU PROIECTAREA CONSTRUCIILOR I INSTALAIILOR ...


2.10. Debite de calcul i de verificare ale instalaiilor de epurare avansat a apelor uzate

2.10.1. n calculele de dimensionare a construciilor i instalaiilor de epurare avansat, funcie de schemele tehnologice pentru linia apei i a nmolului, intervin urmtoarele debite caracteristice:

- debitul zilnic maxim al apelor uzate, Qu.zi.max;

- debitul de recirculare a nmolului activat, aa numita recirculare extern, Qnr = Qre = re Qu.zi.max;

- debitul de recirculare intern, pentru alimentarea zonei anoxice (de denitrificare), cu lichid bogat n azotai prelevat din avalul zonei aerobe (de nitrificare), Q

ri = ri Qu.zi.max.

Debitele de calcul i de verificare se determin pentru fiecare caz n parte, funcie de schema tehnologic adoptat, innd seama de seciunea de injecie a debitelor de recirculare extern (Q

re) i/sau intern (Qri), care se adaug debitului Qu.zi.max sau Qu.or.max.

[top]

3. PROCESE CARE INTERVIN N EPURAREA AVANSAT A APELOR UZATE 3.1. Elemente generale

3.1.1. Epurarea avansat presupune eliminarea din apele uzate epurate mecano-biologic a unor substane pe care procesele convenionale nu le pot reine, cum ar fi: azotul, fosforul, diferii compui ai acestora i n unele cazuri materiile solide n suspensie evacuate din decantorul secundar odat cu apa epurat.

3.1.2. Eliminarea din ap a substanelor de mai sus, cunoscute i sub numele de substane "refractare" sau "rezistente" se poate face fie prevznd construcii i instalaii independente situate n avalul treptei biologice, ca o a treia treapt de epurare, fie n aceleai construcii n care se realizeaz epurarea biologic convenional (care presupune n special eliminarea substanelor organice pe baz de carbon).

3.1.3. Epurarea avansat se realizeaz n scheme tehnologice care utilizeaz n acest scop procedee de epurare avansat cu pelicul fixat, cu biomas n suspensie sau mixte. Dintre ele, cel cu biomas n suspensie este cel mai rspndit. Obiectul tehnologic n care au loc procese de epurare biologic convenional i avansat, poart numele de bioreactor-BR (sau reactor biologic). n epurarea biologic convenional cu biomas n suspensie, care realizeaz numai eliminarea substanelor organice pe baz de carbon, el se mai numete bazin cu nmol activat BNA (sau bazin de aerare).

3.1.4. Principalele procese care intervin n epurarea avansat a apelor uzate oreneti sunt:

- procese de eliminare a azotului (nitrificare, denitrificare);

- procese de eliminare a fosforului;

- procese de filtrare pentru eliminarea materiilor solide n suspensie.

3.1.5. Procesele care sunt caracteristice epurrii avansate, necesit precizarea unor noiuni specifice i anume:

- mediu anaerob, este un mediu lipsit de oxigen n care predomin reaciile de reducere;

- mediu aerob sau oxic, este un mediu cu un coninut important de oxigen dizolvat (peste 1 mg O2/l);

- mediu anoxic, este un mediu cu "urme" de oxigen, deci care conine foarte puin oxigen dizolvat, n general sub 0,1 mg O2/l (dup unii autori oxigenul dizolvat poate avea o concentraie de pn la 0,5 mg O2/l);

- bacterii heterotrofe aerobe, sunt organisme vii care utilizeaz n nutriie substane organice pe baz de carbon, avnd ca surs de energie oxigenul dizolvat din mediul lichid, introdus n ap prin diverse procedee de aerare.

Aceste bacterii contribuie la ndeprtarea din apa uzat decantat primar sau nu, a substanelor organice biodegradabile (pe baz de carbon organic).

Sunt caracteristice epurrii biologice din bazinele cu nmol activat (BNA);

n fig. 3.1 avem eliminarea substanelor organice (Corg)

- bacterii autotrofe aerobe - sunt organisme vii capabile s sintetizeze independent substane organice (celule noi) din cele anorganice. Astfel, ele utilizeaz pentru dezvoltare carbonul anorganic din bioxidul de carbon, n loc de carbon organic (v. fig. 3.2).

Energia necesar dezvoltrii o obine prin oxidarea compuilor anorganici ai azotului (NH4+, de exemplu) utiliznd ca surs de energie oxigenul furnizat din exterior (prin aerarea apei).



Sunt de tipul nitrosomonas i nitrobacter i sunt necesare n procesul de nitrificare.

- bacterii heterotrofe anoxice utilizeaz n nutriie substane pe baz de carbon organic i i obin energia necesar dezvoltrii prelund oxigenul din azotai (v. fig. 3.3).

Sunt necesare n procesul de denitrificare prin care se elimin azotul din apa uzat. Ele transform azotatul (NO3) mai nti n azotii (NO2) i apoi, succesiv, n oxid azotic (NO), oxid azotos (N2O) i n azot molecular (gazos) N2.

Compuii formai, oxidul azotic i oxidul azotos sunt de natur gazoas ca i azotul molecular i pot fi eliberai n atmosfer.

Bacteriile heterotrofe anoxice necesit un mediu lipsit de oxigen dizolvat (eventual "cu urme" de oxigen, adic avnd o concentraie sub 0,1 mg O2/l) denumit mediu anoxic. Ele au capacitatea de a utiliza n condiii anoxice, oxigenul din azotai.

Transformarea azotatului n azot liber are loc cu producerea de alcalinitate, ceea ce va conduce la o cretere a pH-ului.

Dintre bacteriile heterotrofe anoxice, n procesul de denitrificare intervin: achromobacter, aerobacter, micrococus, proteus, spirillum, .a.;

- timpul de generare este durata n care o bacterie creia i se asigur condiii optime de mediu (hran, temperatur, oxigen sau azotai, etc.) ncepe multiplicarea prin diviziune binar;

- vrsta nmolului este definit prin raportul dintre cantitatea de materii solide n suspensie (ca substan uscat) existent n bioreactor i cantitatea de materii solide n suspensie (ca substan uscat) care prsete sistemul bioreactor-decantor secundar.

Orientativ, ea ar reprezenta durata de retenie a flocoanelor de nmol n bioreactor.

Se msoar n zile. n epurarea biologic convenional n care se elimin predominant substanele organice pe baz de carbon (cele biodegradabile), vrsta nmolului este n mod obinuit 4 ... 5 zile.

3.2. Procese de eliminare a azotului din apele uzate oreneti

3.2.1. Procesul de nitrificare

3.2.1.1. Nitrificarea este un proces prin care se realizeaz oxidarea biologic a azotului - aflat n ap sub forma ionilor de amoniu (NH4+), sau sub

form de gaz (NH3) - ntr-o prim etap la faza de azotit (NO2) i apoi la faza de azotat (NO3). Acest lucru se desfoar ntr-un mediu aerob n principal datorit a dou bacterii autotrofe aerobe, respectiv nitrosomonas i nitrobacter, numite n mod curent nitrificatori sau bacterii nitrifiante.

Intuitiv, procesul de nitrificare poate fi prezentat schematic astfel (v. i tabelul 2.4):

Tabel 2.4

3.2.1.2. Nitrificarea este necesar deoarece azotul amoniacal consum oxigen din mediu, pentru nitrificarea unui mg de azot din amoniu (N - NH4+) consumndu-se cca. 4,3 ... 4,6 mg O2.

Pe de alt parte, azotul, ajungnd n receptorii naturali sub form amoniacal sau de amoniac, este toxic pentru peti i alte vieuitoare acvatice i scumpete preul potabilizrii apei prelevat din avalul seciunii de evacuare a apei epurate.

De regul, procesele de nitrificare sunt necesare atunci cnd raportul .

Natura bacteriilor Reacia

Nitrosomonas Amoniu + Oxigen = Nitrit + Ap + Hidrogen

Nitrobacter Nitrit + Oxigen = Nitrat

Total Amoniu + Oxigen = Nitrat + Ap + Higdrogen



3.2.1.3. Procesul de nitrificare este caracterizat prin urmtoarele aspecte:

- este un proces aerob;

- n mediul aerob al bioreactorului convieuiesc i bacterii heterotrofe (care contribuie la ndeprtarea substanelor organice pe baz de carbon) i cele autotrofe (care contribuie la nitrificare). Bacteriile nitrificatoare, spre deosebire de cele heterotrofe, au o dezvoltare lent, deci un timp de generare mare. Ca urmare, trebuie avut n vedere faptul c dezvoltarea bacteriilor nitrificatoare ntr-un numr corespunztor realizrii eficiente a nitrificrii este posibil numai dac durata de retenie n bioreactor este cel puin egal cu perioada de diviziune binar a nitrificatorilor (timpul de generare).

- vrsta nmolului i prin aceasta timpul de generare, trebuie s fie suficient de mare pentru ca, n corelare cu cantitatea de azot influent n bioreactor, s se dezvolte o cantitate suficient de bacterii nitrificatoare.

Viteza mai mare de nmulire a bacteriilor heterotrofe trebuie adaptat vitezei de nmulire a bacteriilor nitrificatoare. Acest lucru se obine prin reducerea substanial a ofertei de hran pentru bacteriile heterotrofe, adic a ncrcrii organice a nmolului din bioreactor (kg CBO5/kg substan uscat din bioreactor). Vrsta nmolului este de minim 10 zile, dar se recomand 20 de zile pentru siguran.

- activitatea bacteriilor nitrificatoare este influenat n principal de temperatura apelor uzate. Sub 8 ... 10C nu se mai produce nitrificare;

Eficiena nitrificrii crete cu temperatura apei uzate (optim 20 ... 30C);

- prin nitrificare, datorit eliberrii n ap a ionilor de hidrogen (H+), se reduce alcalinitatea, deci pH-ul poate scdea sub 7,0. Se mrete n acest fel aciditatea mediului n care se produce nitrificarea.

Pentru a se evita un pH prea sczut, trebuie s existe o capacitate, de tamponare suficient de mare. Indicatorul pH optim este de 7 ... 8,5.

O scdere accentuat a pH-ului, deci "acidificarea" apei din BNA trebuie evitat, deoarece prin "acidificare" se nrutesc condiiile de via ale microorganismelor i procesul de epurare este deranjat. n acelai timp, sunt dizolvate particulele de carbonat de calciu (CaCO3) din suspensii i se modific structura flocoanelor. O astfel de ap este agresiv fa de betoane. n cazul epurrii biologice ntr-o singur treapt n scopul nitrificrii concomitent cu reducerea CBO5, hotrtoare pentru gradul de nitrificare este alcalinitatea apei uzate, adic trebuie s existe o cantitate satisfctoare de hidrocarbonai.

- concentraia de oxigen dizolvat din bioreactor trebuie s fie de minimum 2,0 mg O2/l;

- trebuie evitat introducerea n bioreactor a unor substane toxice sau inhibitoare ale procesului biologic (metale grele, substane petroliere, etc.);

- n cazul nitrificrii avansate (care are drept scop reducerea concentraiei n amoniu) rezult n efluentul staiei de epurare o concentraie mare de azotai.

Dac aceast concentraie depete valorile maxim admisibile pentru azotai sau eficiena de reinere este sub procentul minim de reducere impuse de NTPA 001/2002 (v. tabelul 2.3), atunci trebuie eliminat surplusul de azotai prin denitrificare.

- procesul de nitrificare este influenat n mod special de:

vrsta nmolului;

temperatura apei uzate;

concentraia de oxigen dizolvat din bioreactor;

alcalinitatea apei;

substanele toxice sau inhibitoare.

3.2.2. Procesul de denitrificare

3.2.2.1. Denitrificarea este un fenomen prin care substanele anorganice de tipul azotailor (NO3) i azotiilor (NO2) sunt transformate cu ajutorul

bacteriilor heterotrofe anoxice, n azot gazos liber (azot molecular N2).

Pentru descompunerea substanelor organice, pe baz de carbon, bacteriile extrag (utilizeaz) oxigen din combinaiile azotului cu oxigenul (adic din azotai, care constituie donori de oxigen pentru oxidarea materiilor carbonice din mediul anoxic).

Aceasta nseamn c baza activitii microorganismelor o constituie oxigenul legat chimic i nu oxigenul liber dizolvat, lucru care se ntmpl deoarece bacteriile sunt silite s utilizeze aceast surs de energie din cauza lipsei oxigenului liber (dizolvat). Fenomenul are loc numai n mediu anoxic. n fenomenul de denitrificare, azotatul existent n ap este descompus pe cale biologic, n condiii de lips a oxigenului dizolvat (anoxice), n urmtoarele elemente: azot liber (N2), bioxid de carbon (CO2) i ap (H2O), concomitent cu consum de carbon organic.

3.2.2.2. Ecuaia chimic global a denitrificrii poate fi prezentat astfel:

Carbon organic + Hidrogen + Azotat = Bioxid de carbon + Azot + Ap



n realitate, aa cum s-a artat la pct. 3.15 (v. i fig. 3.3), azotaii (NO3), sunt transformai mai nti n azotii (NO2), apoi n oxid azotic (NO), oxid azotos (N2O) i n final n azot gazos N2, CO2 i H2O.

3.2.2.3. n ceea ce privete denitrificarea, trebuie semnalate urmtoarele aspecte importante:

- Denitrificarea consum jumtate din ionii de hidrogen H+, produi la nitrificare, prentmpinndu-se astfel o scdere a pH-ului ca urmare a nitrificrii;

- n fenomenul de nitrificare (oxidare biochimic) se consum pentru fiecare mol de azot, exact 2 moli de O2.

- Din contr, la denitrificare (reducere biochimic) se economisesc 5/4 = 1,25 moli de O2 pentru fiecare mol de azot;

- n rezumat, se constat c fa de situaia n care se realizeaz doar descompunerea substanelor organice pe baz de carbon (CBO5), printr-o nitrificare avansat se majoreaz substanial consumul de oxigen.

Exprimat valoric, pentru 1 kg de azot obinut din azotai, este necesar o cantitate suplimentar de oxigen de 4,6 kg O2;

- Dac se are n vedere c prin denitrificare se rectig cca. 2,9 kg O2, nseamn c pentru eliminarea unui kg de azot este nevoie de un supliment de 1,7 kg O2 i nu de 4,6 kg O2 peste de cel necesar pentru eliminarea substanelor organice pe baz de carbon;

- Este necesar o duritate temporar corespunztoare. Se admite o plaj mai larg de variaie a pH-ului, dar se recomand pH optim = 7 ..... 7,5);

- n proces nu trebuie s intervin (s existe) substane toxice.

- Indiferent de locul amplasrii zonei de denitrificare (n amontele bioreactorului, n bioreactor sau n avalul acestuia), acest fenomen nu se poate desfura fr nitrificarea apei uzate (care produce nitraii necesari denitrificrii);

3.2.2.4. Denitrificarea este necesar n situaiile:

- cnd cantitatea de azotai, azotii, amoniu sau azot total din efluentul epurat depesc valorile maxim admisibile indicate n tabelul 2.3;

- cnd azotaii creaz probleme tehnice, economice i de sntate n tratarea apei din receptorii naturali n scopul potabilizrii;

- cnd azotaii pot conduce la eutrofizarea receptorilor naturali.

3.2.2.5. Pentru desfurarea corespunztoare a procesului de denitrificare, se recomand:

- Evitarea ca n zona de denitrificare s ajung oxigen; n acest scop toate punctele de alimentare (admisia apei, a nmolului de recirculare, a recirculrii interne) s se amplaseze grupat (alturat) i sub nivelul apei (deci fr deversri libere n atmosfer!).

Tot pentru acest motiv se recomand ca recircularea s se fac cu pompe cu nec, cu propeller pump, sau cu alte utilaje analoage.

- Punctul de prelevare a amestecului lichid din zona aerat a bioreactorului, pentru recircularea intern, s fie amplasat n avalul acesteia, unde concentraia n oxigen este minim, iar concentraia n azotai este maxim.

- Este necesar mixarea apei cu echipamente corespunztoare (mixere), pentru realizarea unui bun amestec i pentru evitarea depunerilor n bazinul anoxic n care se produce denitrificarea. Pentru aceasta este suficient un raport energetic de 2 .... 5 W/m3 de bazin anoxic.

- Deoarece la denitrificare se elibereaz azot sub form de gaz, se produce un efect de flotare a suspensiilor n bioreactor care poate conduce la formarea de nmol plutitor. Acest nmol, de altfel, nu deranjeaz procesul de denitrificare i se distruge uor n zona aerat care urmeaz predenitrificrii.

3.2.2.6. Dac zona de denitrificare este amplasat dup zona aerat, bulele de azot, gazos care se degaj din lichid pot duna procesului de sedimentare din decantorul secundar care urmeaz. Pentru a se evita acest lucru se recomand amplasarea ntre zona de denitrificare i decantorul secundar a unui bazin de stripare cu aer a bulelor de azot, numit bazin de degazare sau de postaerare.

n acest bazin lichidul este aerat, astfel nct bulele de aer elimin azotul molecular i procesul de sedimentare din decantorul secundar este mult mai eficient.

Pentru dimensionarea acestui bazin se vor considera urmtorii parametri:

- debitul de calcul : Qc = Qu zi max ;

- ncrcarea superficial,



- durata de trecere a apei prin bazin: unde VDG este volumul bazinului de degazare;

- adncimea apei din bazin: H = 2,58 ... 4,5 m .

3.2.2.7. Principalele caracteristici ale proceselor care au loc n bioreactoare sunt prezentate sintetic mai jos:

- Pentru descompunerea substanelor organice pe baz de carbon sunt necesare:

condiii aerobe;

microorganisme heterotrofe aerobe;

mediu bogat n oxigen (min. 1 mg O2/l).

- Pentru nitrificare sunt necesare:

condiii aerobe;

microorganisme autotrofe aerobe (nitrificatori);

mediu bogat n oxigen (min. 2 mg O2/l).

- Pentru denitrificare sunt necesare:

condiii anoxice (mediu lipsit de oxigen, eventual cu "urme" de oxigen, dar cel mult 0,1 mg O2/l);

microorganisme heterotrofe anoxice (care n lipsa oxigenului dizolvat i procur oxigenul necesar din descompunerea azotiilor i n special a azotailor).

3.3. Procese de eliminare a fosforului din apele uzate oreneti

3.3.1. Eliminarea (ndeprtarea) fosforului din apele uzate se poate face prin procese biologice, procese chimice i procese mixte, bio-chimice.

3.3.2. Datorit costurilor de investiie i de exploatare, mai reduse, precum i exploatrii mai puin pretenioase, eliminarea pe cale biologic a fosforului este preferabil precipitrii chimice.

3.3.3. Epurarea convenional mecano-biologic nltur doar un procent de 10-30% din fosforul total influent, deoarece sedimentarea este ineficient n reinerea fosforului solubil. O parte din cantitatea de fosfor este nlturat i pe cale biologic, n instalaii anaerobe prevzute special n acest scop, dar cantitatea de fosfor influent este n multe cazuri mai mare dect necesarul pentru sinteza biologic. n aceste cazuri, soluia de eliminare a fosforului este mixt: o parte este eliminat pe cale biologic i excesul de fosfor prin precipitare chimic.

3.3.4. Cele mai uzuale forme de fosfor care se gsesc n apa uzat sunt ortofosfatul (PO43+), polifosfatul (polimeri ai acidului fosforic) i fosfai organici.

Polifosfaii, cum ar fi hexametafosfatul, hidrolizeaz n mod gradual n ap ctre forme stabile (solubile) de tipul orto i prin descompunere bacterian elibereaz ortofosfai.

n treapta biologic convenional (numai de eliminare a substanelor organice pe baz de carbon) o parte din ortofosfai, polifosfai i fosforul legat organic sunt incorporai n esutul celular al microorganismelor dar eficiena de eliminare a fosforului total nu depete 10 ... 30%.

Pentru a mri eficiena de eliminare a fosforului, se utilizeaz n prezent mai multe procedee biologice prin care microorganismele angrenate n acest proces sunt expuse fie la condiii strict anaerobe, fie la condiii alternativ anaerobe i aerobe.

Expunerea la condiii alternante determin suprasolicitarea microorganismelor, astfel nct capacitatea lor de adsorbie a fosforului depete nivelurile normale.

[top]

4. SCHEME TEHNOLOGICE PENTRU ELIMINAREA AZOTULUI I FOSFORULUI DIN APELE UZATE

4.1. Scheme tehnologice pentru eliminarea azotului din apele uzate

n subcapitolele de mai jos se prezint principalele scheme de referin care pot realiza eliminarea compuilor azotului (subcapitolele 4.1. i 4.2.), cu descrierea funcional, caracteristicile de baz precum i avantajele i dezavantajele care decurg din aplicarea uneia sau alteia dintre soluii.

4.1.1. Scheme de epurare biologic cu biomas n suspensie



4.1.1.1. Schem de epurare biologic clasic (curgere tip piston)

4.1.1.1.1. n schema de epurare n care curgerea apei este de tip piston, alimentarea bazinului de aerare cu ap uzat i nmol activat de recirculare se realizeaz la captul amonte, iar amestecul lichid va strbate longitudinal ntregul bazin (v. fig. 4.1). Aceasta este schema clasic pentru epurarea convenional, ns, n lunile calde de var, deseori se realizeaz, i nitrificarea apelor uzate, mai ales atunci cnd crete concentraia n azot amoniacal.

4.1.1.1.2. Staiile de epurare mai vechi au fost proiectate pentru epurare convenional, iar adaptarea ulterioar la cerinele epurrii cu nitrificare nu a fost agreat datorit costurilor ridicate pentru furnizarea unui debit suplimentar de aer i a neplcerilor induse de tendina de plutire a nmolului n decantorul secundar datorit denitrificrii.

4.1.1.1.3. Sistemul de curgere tip piston se realizeaz de obicei pentru un raport lungime/lime al bazinului (culoarului) cuprins ntre 5 i 10.

4.1.1.1.4. Aceast schem este caracteristic epurrii cu nitrificare a apelor uzate oreneti, fa de schema cu amestec complet folosit ndeosebi la epurarea unei game largi de ape uzate industriale.

Comparativ cu schema de epurare n amestec complet, cea avnd curgerea de tip piston este mai economic, n sensul c necesit volume de bazin mai mici pentru aceeai eficien privind nitrificarea.

4.1.1.1.5. Dezavantajul aplicrii acestei scheme este acela c alimentarea cu oxigen este concentrat la captul amonte al bazinului, fcnd cteodat dificil distribuia aerului n acele zone n care trebuie s se produc nitrificarea i eliminarea substanelor organice biodegradabile.

4.1.1.2. Schem de epurare biologic cu amestec complet

4.1.1.2.1. Procesul de epurare presupune o bun omogenizare a amestecului din bazinul de aerare, facilitnd transferul de oxigen i realiznd n acelai timp o bun mixare n vederea evitrii depunerilor (v. fig. 4.2).

Amestecul lichid din bazinul de aerare este omogen iar nmolul activat influent n decantorul secundar are aceeai compoziie cu cel din bazinul de aerare.

4.1.1.2.2. Aceast configuraie este avantajoas din punct de vedere al capacitii de preluare a ocurilor de ncrcare cu substane organice.

Dezavantajul sistemului este acela c la debite maxime se poate produce "scurt circuit hidraulic", diminundu-se astfel eficiena de epurare n unele momente.

4.1.1.3. Schem de epurare biologic cu alimentare fracionat

4.1.1.3.1. Sistemul de epurare biologic cu alimentare fracionat difer de cel clasic cu alimentare tip piston i const n faptul c apa uzat influent este introdus n bazin prin mai multe puncte poziionate de-a lungul acestuia. Acest mod de distribuie a influentului reduce necesarul iniial de oxigen, fa de schema cu alimentare tip piston.

4.1.1.3.2. O variant a schemelor de epurare cu alimentare fracionat implic lipsa alimentrii cu ap uzat n prima zon i crearea condiiilor de reaerare a nmolului activat de recirculare n prima zon (v. fig. 4.3). Aceast faz de reaerare a nmolului activat de recirculare este similar stabilizrii de contact, cu excepia faptului c timpul de retenie este mai mare n ultimul caz.

4.1.1.3.3. Printre avantajele sistemului se pot enumera:

- producia unui nmol cu proprieti mai bune de sedimentare (index Molhmann redus);

- flexibilitate n variaia concentraiei nmolului activat la captul aval al bazinului de aerare, meninnd constant vrsta nmolului.

4.1.1.4. Schem de epurare biologic cu anuri de oxidare

4.1.1.4.1. Aceast tehnologie presupune introducerea apei uzate degrosisate n bazine de forma unei piste de stadion (v. fig. 4.4), masa de ap fiind mbogit n oxigen fie prin intermediul unor perii aeratoare cu ax orizontal, fie cu aeratoare cu ax vertical sau cu dispozitive pneumatice de insuflare a aerului. anurile de oxidare sunt proiectate de obicei pentru a realiza epurare cu aerare prelungit, la o durat de retenie mai mare de 10 ore i o vrst a nmolului cuprins ntre 10 i 50 zile.

4.1.1.4.2. Nitrificarea poate fi realizat prin asigurarea cantitii de oxigen necesare i printr-o recirculare a nmolului activat n vederea asigurrii concentraiei de biomas corespunztoare. Prin alternarea zonelor aerate cu cele n care se realizeaz doar mixarea lichidului din bazin sunt asigurate condiii pentru producerea nitrificrii i denitrificrii.

4.1.1.4.3. n scopul reducerii suprafeelor extinse pe care le ocup anurile de oxidare, a numrului de aeratoare mecanice de suprafa ce trebuie prevzute, dublate de costurile energetice ridicate, a fost inventat sistemul Carrousel (v. fig. 4.5). Traseul icanat pe care l urmeaz apa uzat permite realizarea unui timp de retenie ridicat a nmolului activat precum i succedarea corespunztoare a zonelor anoxice i aerobe pentru nitrificare-denitrificare. Schema este adesea folosit pentru epurarea cu stabilizarea nmolului. Poate fi adaptat att pentru curgerea tip piston ct i pentru alimentarea fracionat.

4.1.1.5. Schem de epurare biologic cu reactoare cu funcionare secvenial (SBR)

4.1.1.5.1. Tehnologia SBR reprezint o modificare a procedeului de epurare biologic cu nmol activat care concentreaz ntr-un singur bazin o serie de etape tehnologice ce se desfoar succesiv, acestea fiind: umplerea, reacia/aerarea, sedimentarea, evacuarea apei limpezite i a nmolului n exces (v. fig. 4.6).



4.1.1.5.2. Fazele de funcionare ale reactorului cu funcionare secvenial sunt:

Faza 1 - Umplerea reactorului cu ap uzat este realizat pe durata unui sfert dintr-un ciclu complet. n aceast faz se realizeaz o mixare continu iar procesele care au loc sunt cele de denitrificare i de eliminare parial a substanelor organice biodegradabile.

Faza 2 - Reacia - n care alimentarea cu ap uzat a fost ntrerupt. Se realizeaz o aerare intens pentru a asigura condiiile optime desfurrii metabolismului bacterian. Durata acestei faze este de 1 ... 2 ore i depinde de cinetica nitrificrii i cantitatea de nmol n exces evacuat. Ca i n cazul fazei 1 se produc, mai intensificat, procese de epurare biologic cu eliminarea substanelor organice pe baz de carbon i nitrificarea. Durata fazei este de 35% din durata unui ciclu complet.

Faza 3 - Sedimentarea - const n lipsa alimentrii cu aer i crearea condiiilor de staionare n scopul sedimentrii biomasei i a limpezirii fazei lichide. Poate dura aproximativ 1 or, funcie de caracteristicile de sedimentare ale nmolului activat. Durata fazei este de 20% din durata unui ciclu complet.

Faza 4 - Evacuarea apei limpezite - caracterizat prin lipsa alimentrii cu ap uzat a bazinului i prin lipsa aerrii. Uzual se consider o durat de 0,75 ore, dar care poate fi majorat sau micorat funcie de modul de colectare i evacuare a apei limpezite. Se poate evacua pn la 65% din volumul reactorului. Durata fazei este cuprins ntre 5 i 30% din durata unui ciclu complet.

Faza 5 - Evacuarea nmolului n exces - poate fi realizat ntr-un interval de timp de circa 5% din durata unui ciclu complet.

4.1.1.5.3. Printre avantajele care apar la aplicarea tehnologiei SBR se pot enumera:

- capacitatea de preluare a ocurilor de debit i de ncrcare organic;

- simplitatea soluiei constructive, toate fazele constitutive procesului de epurare biologic desfurndu-se n acelai bazin;

- control optimizat al evacurii apei limpezite;

- funcionarea automat n concordan cu caracteristicile apelor uzate influente, permind operatorului staiei de epurare s modifice corespunztor duratele diferitelor faze de funcionare;

4.1.1.5.4. Dezavantajul principal este c utilizarea acestei tehnologii este limitat din punct de vedere al investiiei la debite maxime de 440 l/s;

Sistemele SBR se aplic mai cu seam la staii de epurare mici i medii.

4.1.2. Scheme de epurare biologic cu pelicul fixat

4.1.2.1. Filtre biologice cu discuri (contactori biologici rotativi)

4.1.2.1.1. Acest tip de instalaie realizeaz epurarea biologic a apelor uzate pe principiul peliculei de biomas fixat de suportul solid al discurilor asamblate n pachete, care echipeaz bazinul (v. fig. 4.7). Fa de schemele de epurare cu bazine de aerare aceasta nu include recircularea peliculei biologice reinute n decantorul secundar, dar este obligatorie decantarea primar a apelor uzate.

4.1.2.1.2. Axele pe care sunt nirate pachetele de biodiscuri sunt submersate aproximativ 40% din diametrul acestora. Astfel, axul biodiscurilor va fi poziionat deasupra suprafeei apei, iar antrenarea acestuia se va realiza prin intermediul unui motor echipat cu reductor, necesare obinerii unei turaii de 1-4 rot/min.

4.1.2.1.3. Biodiscurile se fabric n mod normal pentru diametre cuprinse ntre 0,60 i 3,60 m, iar lungimea maxim a unui ax poate ajunge la 8,20 m (maximum 4 pachete/ax).

Dimensiunile maxime ale axelor sunt impuse de condiii de transport.

4.1.2.1.4. n schemele de epurare cu nitrificare, se recomand ca ncrcarea superficial cu substane organice pe baz de carbon din fiecare treapt s nu depeasc 31 g CBO5/m2, zi. Dac exist tendina apariiei unor ocuri de ncrcare cu substane organice, se recomand prevederea unui bazin de omogenizare a concentraiilor sau diluarea apelor uzate influente cu ap epurat.

4.1.2.1.5. Se recomand ca alimentarea jgheaburilor ce conin biodiscuri s se fac pe toat lungimea acestora pentru a prentmpina funcionarea neuniform a sistemului. S-a constatat c ncrcarea mai accentuat a unor pachete de biodiscuri conduce la ngroarea biofilmului i la acoperirea suprafeei utile de epurare cu o pelicul ce conine microorganisme nedorite (precum bacteriile sulfuroase), care reduc capacitatea de oxigenare. Pe lng diminuarea eficienei privind reducerea substanelor organice biodegradabile i a compuilor pe baz de azot pot fi afectate axele i pachetele de biodiscuri, prin suprancrcarea lor.

4.1.2.2. Filtre biologice percolatoare

4.1.2.2.1. n schemele de epurare cu filtre biologice parcolatoare, de cele mai multe ori este necesar pomparea apelor uzate care trebuie decantate primar n prealabil. De asemenea, uneori este necesar i recircularea unei pri din apa epurat, n vederea asigurrii unei diluii corespunztoare astfel nct s se evite admisia unor ape cu ncrcri ridicate n poluant (v. fig. 4.8).

4.1.2.2.2. Att reducerea substanelor organice biodegradabile ct i nitrificarea pot fi realizate cu ajutorul filtrelor biologice percolatoare care constau dintr-o cuv din beton sau crmid, umplut cu material filtrant reprezentat fie de roc, fie de materiale plastice. Biofilmul, reprezentat de colonii de bacterii aerobe ader la aceste suprafee i consum substratul organic coninut n apele uzate.

4.1.2.2.3. Pentru a realiza nitrificarea trebuie redus ncrcarea organic. Se apreciaz c valoarea maxim a concentraiei n CBO5 solubil pentru



care se pot desfura procese de nitrificare este de 20 mg/l. Pe lng metoda diluiei apelor uzate n vederea reducerii concentraiei n substane organice o alt variant ar fi aceea de filtrare a efluentului decantorului secundar pentru a realiza o nitrificare corespunztoare. Procesul de nitrificare depinde de concentraia n ioni de amoniu, de cantitatea de oxigen disponibil, de temperatur, precum i de materialul filtrant prevzut.

4.1.2.2.4. Alimentarea filtrului percolator cu ap uzat se realizeaz cu ajutorul unui sistem rotativ care distribuie uniform lichidul pe suprafaa de filtrare.

4.1.2.2.5. nlimea coloanei filtrante poate fi de 0,9-2,5 m n cazul n care aceasta este alctuit din diverse tipuri de roci sau de 4,0-12,0 m atunci cnd acestea sunt nlocuite cu corpuri din material plastic.

4.1.3. Scheme de epurare specifice eliminrii azotului din apele uzate

n cadrul schemelor de epurare biologic specifice pentru eliminarea compuilor azotului se evideniaz urmtoarele:

4.1.3.1. Schema Wuhrmann - este o schem de epurare biologic cu postdenitrificare ntr-o singur treapt, zona anoxic fiind amplasat imediat n avalul zonei aerobe (v. fig. 4.9). Aceast tehnologie este aplicabil dac se fac unele modificri precum introducerea sistemului de alimentare fracionat cu ap uzat sau a unei surse suplimentare de carbon (surs extern).

4.1.3.2. Schema Lutdzack-Ettinger - mai este cunoscut i sub denumirea de schem de epurare cu predenitrificare, amplasarea celor dou zone, anoxic (de denitrificare) i aerob (de nitrificare), fiind fcut invers fa de schema Wuhrmann, folosindu-se ca surs extern de carbon chiar apa uzat brut (v. fig. 4.10). Aprovizionarea cu nitrai a zonei anoxice se realizeaz prin recirculare de nmol activat din decantorul secundar n captul amonte al zonei respective. Aceast recirculare este ns insuficient pentru asigurarea cantitii necesare de nitrai ce trebuie denitrificai i de aceea schema a fost mbuntit n cadrul tehnologiei Lutdzack-Ettinger modificat.

4.1.3.3. Schema Lutdzack-Ettinger modificat

Caracteristica principal o constituie recircularea intern a nmolului activat, din zona aerob n cea anoxic pentru a putea furniza cantitatea de nitrai produi la nitrificare microorganismelor heterotrofe denitrificatoare. Eficiena de eliminare a azotului total este de circa 88%. Coeficientul de recirculare intern poate varia ntre 100-400%, iar cel de recirculare extern ntre 50-100% (v. fig. 4.11).

Aceast schem a constituit precursorul unor tehnologii de epurare precum: A2/O, Bardenpho i UCT.

4.1.3.4. Schema A2/O cu nitrificare-denitrificare - denumit astfel deoarece cuprinde 3 zone distincte: anaerob, anoxic i oxic (aerob).

n ipoteza n care nu este necesar eliminarea fosforului, zona anaerob servete la iniializarea proceselor de nitrificare-denitrificare, fiind denumit i selector anaerob. Acesta permite dezvoltarea selectiv a microorganismelor utile i inhib creterea celor filamentoase ce pot apare n zonele anoxic i aerob ale bioreactorului. Rezultate similare s-au obinut i n situaia amplasrii zonei anoxice n amonte de cea aerob. Coeficientul de recirculare intern poate varia ntre 100-300%, iar cel de recirculare extern ntre 30-50% (v. fig. 4.12).

4.1.3.5. Schema UCT (conceput la Universitatea Tehnic din Capetown) - a fost creat pentru a surmonta interferena proceselor de eliminare a azotului i fosforului. Acest lucru este posibil dac se prevede:

- recircularea nmolului activat bogat n nitrai din zona aerob n cea anoxic (coeficientul de recirculare r1 = 100-200%);

- recircularea suplimentar a lichidului din zona anoxic n cea anaerob (coeficientul de recirculare r2 = 100-200%).

Tehnologia UCT este capabil s realizeze denitrificarea nitrailor coninui n nmolul activat de recirculare extern nainte ca acetia s fie recirculai n zona anaerob. Coeficientul de recirculare extern poate varia ntre 50-100% (v. fig. 4.13).

4.1.3.6. Schema Bardenpho - cuprinde patru zone nseriate: anoxic, aerob, anoxic, aerob (v. fig. 4.14), care pot satisface condiiile unor eficiene ridicate n eliminarea compuilor pe baz de azot. Se disting dou circuite de recirculare:

- recirculare intern ntre prima zon aerob i prima zon anoxic. n aceast situaie coeficientul de recirculare poate ajunge la 400%;

- recirculare extern din decantorul secundar n amontele primei zone anoxice, cu coeficientul de recirculare de maxim 100%.

Aceast tehnologie se poate modifica astfel nct s realizeze i defosforizarea biologic prin prevederea unui bazin anaerob n amontele primului bazin anoxic (v. fig. 4.15). n acest caz recircularea extern se va face spre captul amonte al bazinului anaerob.

4.1.3.7. Schem de epurare biologic n dou trepte (cu eliminarea substanelor organice biodegradabile i nitrificare) - folosete procedeul de mare ncrcare organic a primei trepte, iar n cea de-a doua treapt, care funcioneaz la o vrst a nmolului mai ridicat se realizeaz nitrificarea. O parte din apa uzat influent poate fi by-passat n treapta a doua pentru a furniza carbonul anorganic (din CO2) necesar procesului de nitrificare.

Schema se poate aplica cu succes n cazul staiilor de epurare existente care realizeaz epurare convenional i care necesit retehnologizri privind reinerea azotului.

Avantajul principal al prevederii celor dou trepte de epurare este acela c, n prima treapt, pe lng eliminarea CBO5 se rein i alte substane toxice, protejndu-se astfel bacteriile nitrificatoare din treapta a doua care sunt mai sensibile.

n fig. 4.16 avem schema de epurare biologic n dou trepte.

4.2. Scheme tehnologice pentru eliminarea fosforului din apele uzate



4.2.1. ndeprtarea fosforului prin metode biologice

4.2.1.1. Fosforul este reinut n treapta biologic prin procese de ncorporare a ortofosfailor, polifosfailor i a fosforului legat organic n esutul celular. Cantitatea total de fosfor eliminat este funcie de flocoanele produse efectiv.

4.2.1.2. Conceptul ndeprtrii biologice a fosforului este expunerea microorganismelor la condiii alternativ anaerobe i aerobe. Expunerea alternativ se realizeaz fie pe linia apei, fie n procesul de recirculare a nmolului.

4.2.1.3. Procedeele specifice de epurare biologic utilizate frecvent pentru ndeprtarea fosforului sunt:

a) Procedeul A/O - care presupune ndeprtarea fosforului pe linia apei, n treapta biologic concomitent cu oxidarea substanelor organice pe baz de carbon. Este un sistem cu biomas n suspensie ce se dezvolt ntr-un singur bazin. Tehnologia combin zone succesive anaerob-aerobe (v. fig. 4.17).

Pentru nitrificare, aprovizionarea cu oxigen poate fi fcut prin suplimentarea timpului de retenie necesar n zona aerob. O parte din nmolul activat reinut n decantorul secundar este recirculat n amontele bioreactorului.

n condiii anaerobe, fosforul coninut n apa uzat i n nmolul activat de recirculare este eliberat sub form de fosfai solubili. n acest stadiu se poate elimina CBO5-ul iar fosforul este absorbit de masa celular.

Concentraia fosforului n efluent depinde n mare msur de raportul CBO5:P al apei uzate influente. Pentru raporturi mai mari de 10:1 se pot obine concentraii n fosfor solubil n efluentul epurat sub 1 mg/l, iar cnd valorile raportului sunt mai mici de 10:1, pentru a se obine valori sczute ale concentraiei de fosfor n efluent este necesar adugarea de sruri metalice.

b) Procedeul PHOSTRIP - implic ndeprtarea fosforului pe linia nmolului, n acest procedeu, o parte din nmolul activat recirculat este dirijat ntr-un rezervor anaerob de stripare a fosforului (v. fig. 4.18). Timpul de retenie n acest bazin variaz n general ntre 8 i 12 ore. Fosforul eliberat n bazinul de stripare este evacuat odat cu supernatantul iar nmolul activat srac n fosfor este returnat n bazinul de aerare. Supernatantul bogat n fosfor este tratat cu var sau alt coagulant ntr-un bazin separat i dirijat spre decantorul primar sau ntr-un bazin separat de floculare-decantare pentru separarea materiilor n suspensie. Procedeul de tip PHOSTRIP asociat cu cele cu nmol activat pot asigura un efluent cu o concentraie de fosfor total de 1,5 mg/l.

c) Procedeul bioreactorului cu funcionare secvenial (SBR) - utilizat pentru debite mici de ap uzat, cu condiia flexibilitii funcionale, permite reinerea azotului i a fosforului. n configuraia prezentat n fig. 4.19, eliberarea fosforului i reducerea CBO5 au loc n faza anaerob de mixare, iar reducerea fosforului n faza urmtoare de amestecare aerob. Modificnd timpii de reacie se obine nitrificarea sau denitrificarea. Durata unui ciclu poate varia de la 3 la 24 ore. n faza anoxic este necesar o surs de carbon pentru desfurarea denitrificrii.

4.2.2. ndeprtarea fosforului prin metode chimice

4.2.2.1. Adugarea diverilor reactivi n apele u

np 107-04normativ pentru proiectarea constructiilorntru proiectarea constructiilor si instalatiilor...

Documents