paun mihaela-cristina - rezumat

Universitatea Tehnica de Constructii Bucuresti

UNIVERSITATEA TEHNICĂ DE CONSTRUCȚII BUCUREŞTI

Facultatea de Hidrotehnică

TEZA DE DOCTORAT (rezumat)

Studii și cercetări privind tehnologiile performante de limpezire în producția de apă potabilă

Doctorand

Ing. Mihaela – Cristina PĂUN Conducător științific

Prof.univ.dr.ing. Marin SANDU

BUCUREŞTI 2011

Universitatea Tehnica de Constructii Bucuresti

UNIVERSITATEA TEHNICĂ DE CONSTRUCȚII BUCUREŞTI

Facultatea de Hidrotehnică Titularul prezentei teze de doctorat a beneficiat pe întreaga perioadă a stagiului de pregătire doctorală de bursă atribuită prin proiectul „Burse doctorale pentru ingineria mediului construit”, cod POSDRU/59/1.5/S/2, beneficiar UTCB, proiect derulat în cadrul Programului Operaţional Sectorial Dezvoltarea Resurselor Umane, finanţat din Fondurile Structurale Europene, din Bugetul naţional şi cofinanţat de către UTCB.

TEZA DE DOCTORAT (rezumat)

Studii și cercetări privind tehnologiile performante de limpezire în producția de apă potabilă

Doctorand

Ing. Mihaela – Cristina PĂUN Conducător științific

Prof.univ.dr.ing. Marin SANDU

BUCUREŞTI 2011

REZUMATUL TEZEI DE DOCTORAT

U.T.C.B. – Catedra de Inginerie Sanitară și Protecția Apelor. 1

CUPRINS

1. INTRODUCERE ………………………………………………………………………… 3

2. ELEMENTE TEORETICE PRIVIND SEDIMENTAREA SUSPENSIILOR DIN APĂ…. 3

2.1 Modelarea hidraulică a procesului de separare suspensională…………………………. 3

2.1.1 Forme și condiții de similitudine……………………………............................... 3

2.1.2 Modelarea proceselor……………………………………………........................ 4

2.2 Decantarea particulelor floculate..................................................................................... 5

2.3 Conceptul DLVO (Derjaguin, Landau, Verwey, Overbeek)…………………............... 6

2.4 Decantarea lamelară……………………………………………………………………. 7

2.4.1 Modelarea matematică a mișcării apei în decantoarele lamelare……………….. 7

3. STADIUL ACTUAL AL DEZVOLTĂRII TEHNOLOGICE A SISTEMELOR DE

LIMPEZIRE A APEI……….................................................................................................. 8

3.1 Decantoare statice……………………………………………………………................ 8

3.1.1 Decantoare orizontale radiale……………………………………………………. 8

3.2 Decantoare suspensionale……………………………………………………................ 9

3.2.1 Decantoare suspensionale statice……………………………………….............. 9

3.2.2 Decantoare suspensionale cu recircularea mecanică a nămolului………………. 9

3.2.3 Decantoare suspensionale cu recircularea hidraulică a nămolului……………… 9

3.2.4 Decantoare suspensionale cu pulsație…………………………………………... 10

3.3 Decantoare dinamice…………………………………………………………................ 11

3.3.1 Configurația tehnologică a decantoarelor dinamice…………………………….. 11

3.4 Decantoare lamelare…………………………………………………………………… 11

3.4.1 Decantoare tip Densadeg RPL…………………………….................................. 11

3.4.2 Decantoare cu modul lamelar în curent încrucișat……………………………... 11

3.4.3 Decantoare tip Actiflo…………………………………………………………... 12

3.4.4 Configurația unui decantor ideal (etapa actuală)………………………………... 13

4. STUDII PRIVIND PROCESELE DE LIMPEZIRE A APEI PRIN DECANTARE ÎN

UZINELE DE APĂ DIN ROMÂNIA……………………………………………………… 14

4.1 Obiectivele cercetărilor experimentale……………………...…………………………. 14

4.2 Uzina de apă Budeasa – Județul Argeș………………………………………………… 14

4.2.1 Calitatea apei sursei............................................................................................... 14

4.2.2 Schema tehnologică a stației de tratare Budeasa………………………............... 14

4.2.3 Decantor tip Cyclator…………………………………….................................... 15

4.2.4 Decantor lamelar nou……………………………………………........................ 18

4.2.4.1 Caracteristicile apei decantate……………………………………………. 19

4.2.4.2 Punerea în funcțiune a decantorului………………………....................... 20

4.2.4.3 Parametrii tehnologici ai decantorului lamelar rezultați din calcul……… 20

4.3 Uzina de apă Voila – Județul Prahova…………………………………………………. 21



4.3.1 Calitatea apei sursei……………………………………………………............... 21

4.3.2 Schema tehnologică a stației de tratare Voila………………………………… 21

4.3.3 Variația turbidității apei brute și decantate în decantoarele radiale...................... 22

4.3.4 Criteriul utilizării reactivilor de coagulare............................................................ 22

5. STUDII EXPERIMENTALE LA SCARĂ PILOT ………………………………………... 24

5.1 Descrierea instalației………………………………………...…………………………. 24

5.2 Programul experimental………………………………………………………………... 24

5.3 Rezultate obținute pe instalația pilot................................................................................ 25

5.3.1 Determinarea turbidității apei brute și decantate………………………………… 25

5.3.2 Criteriul utiliării reactivilor de coagulare – floculare……………………………. 27

5.3.3 Determinarea conținutului de substanțe organice………………………………... 28

5.4 Interpretarea datelor experimentale…………………………………….......................... 29

6. PARAMETRII TEHNOLOGICI PENTRU DIMENSIONAREA DECANTOARELOR

LAMELARE...…………………………………………….................................................... 29

6.1 Ipoteze de bază………………………………….……………………………................ 29

6.1.1. Aplicarea soluției decantoarelor lamelare……………………………………… 29

6.1.2 Elemente componente ale decantoarelor lamelare……..………………................ 29

6.1.3 Configurația decantoarelor lamelare…………………………………………… 31

7. CONCLUZII………………………………………………………………………………... 33

7.1 Conținutul lucrării……………………………………………………………………… 33

7.2 Elemente originale și contribuțiile autorului…………………………………............... 35

7.3 Perspectiva dezvoltării subiectului…………………………………………………….. 36

BIBLIOGRAFIE …………………………………………………………………………................. 37

NOTĂ: Numerotarea capitolelor, figurilor, tabelelor, relațiilor și notelor bibliografice este corespunzătoare

tezei de doctorat.



1. INTRODUCERE

Necesitatea obiectivă a subiectului

Uzinele de potabilizare a apei au impuse condiții severe pentru parametrii de calitate ai

apei conform Legii apei potabile 458/2002 [68] și Directivei 98/83 EC [63] astfel:

• turbiditatea apei filtrate ≤ 1 NTU;

• carbon organic total (TOC) ≤ 2 – 2,5 gC/m3;

• caracteristici biologice și microbiologice – zero;

Pentru realizarea acestor performanțe se condiționează procesul de limpezire prin

decantare la asigurarea turbidității apei decantate sub 4 – 5 NTU în condițiile utilizării unor

încărcări hidraulice de 15 – 20 m3/h,m2 pentru dimensionarea tehnologică.

În acest context abordarea subiectului acestei teze a apărut din necesitatea obiectivă

privind implementarea tehnologiilor performante de limpezire a apei în vederea obținerii unei

calități adecvate a apei tratate și reducerii costurilor de operare.

2. ELEMENTE TEORETICE PRIVIND SEDIMENTAREA SUSPENSIILO R

DIN APĂ

2.1 Modelarea hidraulică a procesului de separare suspensională

2.1.1 Forme și condiții de similitudine

În domeniul hidraulic se folosesc mai multe forme de similitudine [12], cele mai

importante fiind:

• similitudinea geometrică – două figuri geometrice plane sau două corpuri în spaţiu

sunt asemenea dacă se menţine proporţionalitatea lungimilor analoage: �� = �� (2.2)

• similitudinea cinematică – asigurată prin asemănarea geometrică a traiectoriilor şi

proporţionalitatea vitezelor corespunzătoare, ceea ce se reduce la: �� = �� ș� �

= �� (2.3)

• similitudinea dinamică – impune în afară de condiţiile oferite de similitudinea

cinematică şi un raport constant al forţelor: �� = �� , �� = �� ș� �

� = �� (2.4)

în care:

L, V, F, Q – mărimile fenomenului în natură;

l, v, f, q – mărimile fenomenului pe model;

αl, αv, αf, αq – coeficienţi de scară pentru lungimi, viteze, forţe, debite.



2.1.2 Modelarea proceselor

La stabilirea condiţiilor de similitudine în cazul separării suspensionale este esenţial de

luat în considerare faptul că efectul limpezirii trebuie să fie acelaşi şi pe model şi în

natură[16]. Scriind ecuaţia de continuitate de la trecerea apei printr-o secţiune elementară a

stratului suspensional de înălţime, ∆z, în care apa cedează suspensiile corespunzătoare

scăderii concentraţiei, ∆c, şi integrând ecuaţia astfel obţinută, în ipoteza unei suspensii

omogene, s-a obţinut ecuaţia fundamentală a limpezirii într-un strat suspensional: [49]

�� = ��∙� �! ∙"#$ �%!∙�&'∙#($ �)%(∙�&('∙#*+ (2.5)

în care:

C – concentraţia în suspensii a apei limpezite la nivelul z al stratului suspensional;

C0 – concentraţia în suspensii a apei brute la nivelul z = 0;

CS – concentraţia în suspensii în strat;

b – factorul de separare determinat de capacitatea de adsorbţie;

v1 – viteza curentului ascendent la intrarea în strat (z = 0).

Crețu [13] consideră complexul adimensional:

- = . ∙ �/ ∙ 01 + 14� ∙ �5� ∙ 16 + 1

34�6 ∙ �56� ∙ 1)7 (2.6)

ca un criteriu general de similitudine în cazul separatoarelor suspensionale cu secţiune

progresivă, sau:

- = . ∙ �/ ∙ 1 (2.7)

în cazul secţiunii constante.

Pentru valori egale ale criteriului de similitudine Z, efectul limpezirii fiind acelaşi, se

poate scrie:

• Pentru secţiune progresivă:

:. ∙ �/ ∙ 01 + 14� ∙ �5� ∙ 16 + 1

34�6 ∙ �56� ∙ 1)7;<

= :. ∙ �/ ∙ 01 + 14� ∙ �5� ∙ 16 + 1

34�6 ∙ �56� ∙ 1)7;=

(2.8)

• Pentru secţiune constantă:

?. ∙ �/ ∙ 1@< = ?. ∙ �/ ∙ 1@= (2.9)

Similitudinea dinamică a procesului de decantare printr-un strat de suspensii se asigură

prin similitudinea geometrică a sistemului pentru care criteriul Z al eficienţei separării este

identic:

:. ∙ �/ ∙ 01 + 14� ∙ �5� ∙ 16 + 1

34�6 ∙ �56� ∙ 1)7; = �B�C (2.10)

În concluzie: �� ∙ �E ∙ �� = 1 (2.11)



Pentru o similitudine complexă după criteriul Z și criteriul Froude, ar trebui:

�� ∙ �E ∙ �� = 1 ș� ��6�� ∙ �& = 1 (2.12)

însă respectarea condiţiilor impuse de acest criteriu complex de similitudine, având în vedere

că valorile coeficienţilor de scară sunt diferite, nu menţine nici timpul util de separare acelaşi

în model şi natură, nici factorul de separare nu este constant.

În aceste condiţii efectul separării la scări diferite nu este acelaşi:

" ��+

<= . ∙ �/1�� ∙ ∙ 1

�� = 1��/6 ∙ . ∙ �/ ∙ 1 ≠ " �

��+=

(2.13)

deoarece capacitatea de adsorbţie a particulei diferă.

2.2 Decantarea particulelor floculate

Deoarece particulele floculate își modifică în mod continuu mărimea și forma, acestea

nu mai pot fi asimilate cu particulele discrete, iar formulele matematice și ecuațiile Stokes nu

mai sunt valabile pentru calculul vitezei de sedimentare. Pentru determinarea acestei viteze se

vor utiliza doar testele de laborator și metodele grafice. [25]

Testele de laborator se realizează în cilindri gradați sau coloane și constau în

recoltarea probelor de apă cu suspensii de la diferite adâncimi de apă la intervale de timp

stabilite.

În figura 2.1 sunt prezentate rezultatele unui asemenea test. [25] Numerele încercuite

reprezintă procentele de îndepărtare ale suspensiilor calculate cu expresia 2.14:

H% = "1 − ��+ ∙ (100%) (2.14)

unde:

Ct – concentrația la timpul, t, în funcție de adâncimea coloanei de apă, mg/l;

C0 – concentrația inițială a suspensiei, mg/l.

Interpolările se fac între aceste puncte măsurate pentru a construi curbele de egală

concentraţie la procente rezonabile. Fiecare punct de intersecţie al unei linii de egală

concentrație şi partea de jos a coloanei defineşte un debit măsurat:

K = L�M (2.15)

unde:

H – înălțimea coloanei, m;

ti – timpul definit ca intersecția dintre linia de egală concentrație și partea de jos a

coloanei (axa – x), iar indicele i , se referă la primul, al doilea, al treilea și așa mai

departe, punct de intersecție.



0 5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 120

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

Inal

timea

(m

)

Esantioane de timp (min)

15 31 38 54 59 63 71

74

76

19 33 45 58 62 70 74

737267605041

ta

H1

H2

H3

30% 40% 50% 55% 60% 65% 70%

75%

100%

Pentru fiecare timp ti se va trasa o linie verticală care va intresecta toate liniile de

egală concentrație care trec de timpul ti iar cu expresia (2.16) se va calcula cantitatea totală de

particule solide îndepărtate: [25]

HNO = HP + L�L (H� − HP) + L6L (HE − H�) + … (2.16)

unde:

Ra, Rb, Rc – particulele de concentrații egale a, b, c, etc.

Figura 2.1. Curbe de egală concentrație realizate pe o coloană cu o înalțime de 2 m. [25]

2.3 Conceptul DLVO (Derjaguin, Landau, Verwey, Overbeek)

Teoria decantării dinamice se bazează pe conceptul DLVO [61]: la fiecare concentraţie

a unei suspensii, există o capacitate de depunere a suspensiilor dată de relaţia:

�PR = /1�M − 1�S (2.17)

în care:

Cap – capacitatea unui strat de suspensii de a transmite o parte din suspensiile

conţinute în stratul inferior;

vs – viteza de sedimentare;

Ci – concentraţia initială a suspensiei;

Cu – concentraţia mărită prin sedimentare în stratul inferior.

În figura 2.3 este prezentată diagrama de decantare suspensională cu principalele faze

caracteristice. Practic, diagrama decantării suspensionale oferă informaţii asupra tipului de

decantor care trebuie utilizat: [27], [61].

• faza B – C: corespunde decantoarelor suspensionale cu strat în flux hidraulic

vertical;



0 Timp

h0

AB

C

DE

h0

0 Timp

h

B

h0

b

C

MD

h

hi

t1 t2 t3 t4

dc

Hi

a) b)

• faza C – D: corespunde decantoarelor cu recirculare a nămolului sau cu pulsaţie,

la care se urmareşte realizarea unei concentraţii mari în strat;

• faza D – E: corespunde concentratoarelor de nămol.

Figura 2.3. a. Fazele decantării suspensionale.[61]

b. Fazele decantării suspensionale făra faza de coagulare.[61]

2.4 Decantarea lamelară

2.4.1 Modelarea matematică a mișcării apei în decantoarele lamelare

Un model matematic a elaborat Petrescu [39] pentru studierea mişcării plane între

două lamele ale unui modul lamelar. Modelul a fost elaborat pornind de la sistemul de ecuaţii

Navier – Stokes şi de continuitate care se scrie sub următoarea formă:

TUVT� + (UV ∙ ∇) ∙ UV = �̅ − 1

Y ∙ ∇Z + ∙ ∇6UV (2.23)

Sub formă scalară în coordonate carteziene (x,y,z) sistemul de ecuaţii devine:

TU[T\ + TU]T^ + TU#T1 = 0 (2.29)

Acest sistem de ecuaţii a fost integrat numeric, prin metoda diferenţelor finite, cu paşi

variabili pentru problema plană permanentă rezultând astfel forma finală a sistemului:

∇6_ + H�� ∙ "T_T\ ∙ T`

T^ − T_T^ ∙ T`

T\ + = 0 (2.40)

Modelul matematic prezentat a fost aplicat pentru calculul lungimii de stabilizare a

mişcării laminare între două plăci ale modului lamelar la un decantor cu viteză variabilă.[32]

În figura 2.6 [1] se observă că în cazul accesului normal al apei la intrarea în plăci,

liniile de curent Ψ = const., au la început o tendinţă de convergenţă, după care rămân rectilinii

şi paralele, corespunzătoare mişcării uniforme şi laminare.

În cazul accesului înclinat al apei, cu un unghi de 52° faţă de secţiunea normală,

lungimea de stabilizare creşte putând astfel concluziona că lungimea de stabilizare creşte

odată cu accesul înclinat al apei între plăcile modului lamelar.



y

x0 1 3 42

U U U

Ux

= U

= 1

Ux

= 6

y(1

-y)

1

x

y

0

1

1 3 42

U U U

Ux

= 6

y(1

-y)

AB

CL

JAD

ADN

PR

SUD AB

>5%

R

H

D

d< 2 m

h

Figura 2.6. Stabilizarea mișcării laminare între doi pereți plani. [1]

a. cu accesul normal al apei; b. cu accesul înclinat al apei.

3. STADIUL ACTUAL AL DEZVOLT ĂRII TEHNOLOGICE A

SISTEMELOR DE LIMPEZIRE A APEI

3.1 Decantoare statice

3.1.1 Decantoare orizontale radiale

Aceste tipuri de decantoare sunt utilizate ca predecantoare pentru surse de apă cu

valori mari de turbiditate (TuAB > 1000 mg/dm3 – 20 ÷ 30 zile/an). [71]

Figura 3.1. Decantor orizontal radial. [27] AB – apă brută; AD – apă decantată; N – nămol; CR – cameră de reacţie; CL – cameră de limpezire;

PR – pod raclor; JAD – jgheab periferic cu deversor pentru colectarea AD; SUD AB – sistem uniformizare distribuţie AB.

Ψ=1:bcbd = bc

be = 0

Ψ=0:bΨbd = bΨ

be = 0

Ψ=1:bΨbd = bΨ

be = 0

Ψ=0:bΨbd = bΨ

be = 0

Ux =

Uco

s� = 1



1

9

10

11

5

8

4

6

3

7

2 1212 1313 20,1 Cg0,2 Cg

x

x

x - x

3.2 Decantoare suspensionale

3.2.1 Decantoare suspensionale statice

Se adoptă în cazul schemelor de tratare pentru ape cu un conţinut în suspensii de peste

50 mg/dm3, atunci când apa nu are suspensii gravimetrice iar suspensiile existente sunt în

principal coloidale şi coeficientul de coeziune al nămolului are valori >1,2 m/h. [27]

3.2.2 Decantoare suspensionale cu recircularea mecanică a nămolului

Decantoarele tip Accelator (figura 3.2) au fost performante pentru perioada anilor

1950 – 1960; datorită exigențelor deosebite privind dozarea reactivilor, stabilitatea stratului

suspensional, consumului energetic (> 10 Wh/m3) și progreselor tehnologice au fost mai puțin

utilizate în ultimii 30 de ani.

Figura 3.2. Decantor Accelator. [61]

1. conductă alimentare apa brută; 2. jgheaburi radiale de colectare AD; 3. sistem acționare pompă; 4. pompă;

5. cameră de amestec şi reacţie inferioară; 6. cameră de floculare superioară; 7. zonă de decantare;

8. nămol de recirculare; 9. concentrator de nămol; 10. nămol în exces; 11. conductă de golire;

12. introducerea reactivilor de coagulare – floculare; 13. jgheab colector.

3.2.3 Decantoare suspensionale cu recircularea hidraulică a nămolului

În figura 3.3 se indică schema constructivă și tehnologică a decantorului suspensional

cu recircularea nămolului tip UTCB [27] prezent în alcătuirea unor stații de tratare din țara

noastră.



Strat de namol

(suspensii floculate)

v a =

i H

2

4

8

7

6

59

11

10

13

14

1

3

12

N ex

h

1

2

3

4

5

6

78

9

10

11

12A

A

13

Figura 3.3. Decantor suspensional cu recircularea nămolului tip UTCB secțiune trasnversala și vedere în plan. [27]

1. apă brută; 2. cameră de amestec; 3. floculare; 4. cameră de limpezire; 5. ferestre acces apă în camera de limpezire; 6. conducte perforate pentru colectare apă decantată; 7. jgheab colectare apă decantată;

8. concentrator de nămol; 9. buzunar pentru concentrare nămol; 10. cămin de nămol; 11. conducte perforate pentru colectare nămol de recirculare; 12. conductă evacuare nămol din buzunar;

13. sistem de rezistență hidraulică cu deflectori; 14. deversor amovibil

3.2.4 Decantoare suspensionale cu pulsație

Decantorul Pulsator (figura 3.4) este utilizat pentru limpezirea apelor, putând

funcţiona cu viteze ascensionale cuprinse între 4,5 ÷ 5 m/h .

Conceptul şi modul de funcţionare [61] al acestor decantoare se bazează pe

introducerea ciclică (intermitenta) a apei brute şi a reactivilor în bazin și pe eliminarea

dispozitivelor mecanice pentru colectarea nămolului, prin utilizarea sistemelor hidraulice

(jeturi imersate) pentru evitarea depunerilor de nămol în bazine.

Figura 3.4. Decantor Pulsator. [27]

1. apă brută + reactivi; 2. floculator; 3. strat suspensional; 4. concentrator de nămol; 5. sistem colectare apă decantată; 6. traductor electrorezistiv de presiune; 7. electrovană; 8. pompă de vid; 9.volumul acumulat în TAL peste nivelul apei în decantor; 10. turn acumulare lansare; 11. sistem lansare apă brută; 12. evacuare nămol; 13. jgheab colectare apă decantată.



Apabruta

Apadecantata

Evacuarenamol in exces

32

1

4

Coagulant Polimer

5

3.3 Decantoare dinamice

3.3.1 Configurația tehnologică a decantoarelor dinamice

În figura 3.5 este prezentată configurația tehnologică a unui decantor dinamic care are

încorporat un floculator mecanic utilizat pentru formarea stratului suspensional.

O asemenea configurație acceptă încărcări hidraulice de ih = 7 – 10 m3/h,m2.

Figura 3.5. Configurația tehnologică a unui decantor dinamic.[61]

1. agitator; 2. floculator mecanic; 3. decantor; 4. circuit recirculare nămol; 5. pompă recirculare nămol.

3.4 Decantoare lamelare

3.4.1 Decantoare tip Densadeg RPL

Aceste tipuri de decantoare sunt extreme de folosite, cele mai importante domenii de

utilizare fiind: producerea apei de consum pentru populaţie şi pentru procesele industriale,

tratarea apelor reziduale.

3.4.2 Decantoare cu modul lamelar în curent încrucișat

Avantajele tehnologiei pot fi sintetizate astfel:

• rezolvă într-o construcţie unitară integral procesul de sedimentare (coagulare –

floculare + reţinere – sedimentare stadiul I + concentrare nămol);

• decantorul dispune de un sistem de control riguros al debitului întrucât asigură

încărcarea uniformă și independentă a fiecărei lamele prin prelungirea

lamelelor deasupra muchiei de deversare a jgheabului de colectare a apei;

Dezavantajul acestei tehnologii este dat de complexitatea tehnică în realizarea

elementelor H prefabricate care servesc la colectarea apei decantate şi distribuţia apei brute

floculate şi între care se montează modulele lamelare; utilizarea jgheaburilor H din oțel inox

rezolvă această dificultate.



11

3 4 5

1

27

8

6

9

11

12

13

NR

Sectiune A - A

ABAD

1 23

4

5

B

B

AD

AB

AD

AB

AD

AB

N N

3Sectiune B - B

3.4.3 Decantoare tip Actiflo

Decantorul Actiflo (figura 3.9) reprezintă un procedeu compact care utilizează

micronisip pentru formarea şi lestarea flocoanelor. Flocoanele lestate cu micronisip manifestă

caracteristici de decantare unice, permiţând proiectarea decantoarelor la viteze de decantare

mari şi timp de retenţie scurt.

Avantaje:

• aplicabil la ape cu tratabilitate redusă, limpezi (≅ 10 NTU) și reci;

• performanțe: admite încărcări 30 – 50 m3/h,m2 la suprafața oglinzii apei în

decantorul lamelar și asigură turbidități la apa decantată ≤ 2 NTU.

Figura 3.9. Decantor ACTIFLO. [9] 1. apă brută; 2. injecție micro-nisip; 3. cameră de reacție rapidă; 4. cameră de reacție lentă;

5. intrare în decantor; 6. modul lamelar; 7. sistem evacuare apă decantată; 8. apă decantată; 9. pod raclor; 10. bașă nămol; 11. pompă recirculare;

12. hidrociclon sortare micro-nisip; 13. evacuare nămol.

Figura 3.8. Decantor cu modul lamelar în curent încrucișat.

1. cameră de reacție rapidă; 2. cameră de reacție lentă (floculator); 3. modul lamelar în curent încrucișat;

4. pod raclor; 5. pompe recirculare nămol; AB – apă brută; AD – apă decantată



52°

3

1

2

4

5

6

7

8

9

10

11 12

Exces namol

Namol recirculat

3.4.4 Configurația unui decantor ideal (etapa actuală)

În figura 3.10 se prezintă configurația unui decantor ideal dezvoltat de colectivul

catedrei ISPA din UTCB care cuprinde:

• cameră de amestec și reacție rapidă (CRR) – asigură amestecul între apa brută

și reactivii de coagulare – floculare și este dotată cu electro – agitator;

elementele tehnologice depind de calitatea apei brute, de calitatea reactivilor și

acestea pot fi: timp de reacție: tR = 1 – 2 minute și gradient hidraulic: G = 500

– 700 s-1.

• floculator (F) – elementele tehnologice depind de calitatea apei brute, de

calitatea și dozele de polimer, de debitele de nămol de recirculare și acestea pot

fi: timp de floculare: tF = 12 – 15 (20) minute și gradient hidraulic: G = 70 –

100 s-1.

Se verifică concentrația de suspensii la ieșirea din floculator (> 1000 mg/dm3) și

coeficientul de coeziune a nămolului (K > 1,2 m/h).

• modul lamelar (ML) – sunt necesare să se asigure:

• mișcare laminară (Re < 50);

• mărimie de separare u ≤ 0,1 mm/s;

• încărcare hidraulică la oglinda apei ih = 15 – 20 m3/h,m2.

• încărcare hidraulică raportată la proiecția orizontală a modului lamelar

iho ≤ 1 m3/h,m2.

• concentrator de nămol (CN) – amplasat la partea inferioară a modului lamelar.

Suprafața și volumul concentratoarelor de nămol se stabilește luând în considerație:

• încărcări masice de 40 – 60 kg s.u./m2,zi;

• concentrația optimă a nămolului evacuat din concentrator ≅ 50 Kg s.u./m3.

Figura 3.10. Configurația unui decantor ideal.

1. apă brută; 2. cameră de amestec și reacție; 3. floculator; 4. conductă recirculare nămol; 5. modul lamelar; 6. raclor nămol; 7. concentrator de nămol; 8. pompă nămol;

9. jgheab colectare apă decantată; 10. apă decantată; 11. introducere coagulant; 12. introducere polimer.



1.1

1.2

1.1 Camin debitmetre pentru apa bruta1.2 Camin debitmetre pentru apa tratata2.1 Camera distributie (existenta)2.2 Camera distributie (existenta)2.3 Camera distributie (proiectata)2.4 Camin (proiectat)3. Decantor lamelar (nou)4. Statii pompare5. Statii de filtre6. Cladire administrativa7. Statie clorinare8. Statie dioxid de clor9.2 Decantor radial nr. 2 (abandonat)9.3 Decantor radial nr. 3 (abandonat)9.4 Decantor suspensional Cyclator10. Cladire carbune activ11. Statie de reactivi12. Gospodarire reactivi (var, sulfat dealuminiu)13. Magazie uscare reactivi14. Punct termic15. Recuperare ape de la spalare filtre

2.1

2.22.3

2.4

3

44

5 5 56

78

9.1 9.2 9.3 9.4

10

11

12

13

14

Inst

itutu

l po

mic

ol M

ara

cin

eni

de la lacul Budeasa

2 x Dn 1000 mm

Inst

itutu

l pom

icol

Mar

acin

eni

Institutul pomicol Maracineni

15

AB

AB ABDn 1000

AB

AD

AD

AD

AB

AD

Cl2

4. STUDII PRIVIND PROCESELE DE LIMPEZIRE A APEI PRI N

DECANTARE ÎN UZINELE DE AP Ă DIN ROMÂNIA

4.1 Obiectivele cercetărilor experimentale

Autorul lucării a participat în ultimii 2 ani la un program derulat de Catedra de

Inginerie Sanitară și Protecția Apelor din UTCB privind analiza tehnologiei a două uzine de

apă prin care s-a urmărit: obținerea apei decantate cu turbiditate sub 4 – 5 NTU; eficiență

minimă 30 – 35 % în reținerea substanțelor organice; consum minim de reactivi (Al, Fe

rezidual sub CMA).

Cercetările au fost efectuate pe instalații ”in situ” și pilot care simulează în totalitate

parametrii tehnologici ai proceselor din filierele de tratare.

4.2 Uzina de apă Budeasa – Județul Argeș

4.2.1 Calitatea apei sursei

Din punct de vedere al ansamblului tratabilității, apa sursei se încadrează în categoria

apelor cu tratabilitate normală; excepție fac indicatorii biologici, care în condițiile filierei de

tratare existente conduc la dificultăți de exploatare însemnate.

4.2.2 Schema tehnologică a stației de tratare Budeasa

Configurația stației de tratare Budeasa este prezentată în figura 4.1.

Figura 4.1. Plan de situație Uzina de apă Budeasa.



apabruta

apabruta

4.00

7.70

14.5021.50

26.50

2.2

54

.50

2.50

5

3

4

1

2

34

5

6

7

4.2.3 Decantor tip Cyclator

Configurația generală a decantorului Cyclator implementat în cadrul stației de tratare

Budeasa este prezentată în figura 4.2.

Figura 4.2. Decantor Cyclator. 1. cameră de reacție superioară; 2. cameră de reacție inferioară; 3. cameră de limpezire;

4. conducte de colectare apă decantată; 5. jgheab colectare apă decantată; 6. rigolă colectare nămol; 7. pod raclor.

Decantorul este proiectat pentru un debit nominal de 1000 dm3/s, actualmente

funcționează cu un debit cuprins între 250 – 350 dm3/s.

Acest tip de decantor nu realizează recircularea nămolului și prin aceasta conduce la

lipsa eficienței în perioadele de ape limpezi (sub 50 NTU); la turbidități de 5 – 10 NTU

eficiența decantorului devine practic nulă (figura 4.3); aceasta situație se întâlnește în peste

99% din cazuri.

Figura 4.3. Variația turbidității apei brute și apei decantate.

În ceea ce privește reducerea încărcării organice (figura 4.4), în domeniul unor

substanțe organice de ordinul 2 – 2,2 mg/l, eficiența decantorului Cyclator este de asemenea

nesemnificativă.

0

2

4

6

8

10

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10111213141516171819202122232425262728293031

Tur

bidi

tate

(N

TU

)

Număr probe

Curbe de durata TuAB și TuAD

AB AD



Figura 4.4. Variația substanțelor organice KMnO4.

Datorită suprafeței oglinzii apei mari, în perioadele calde, decantorul favorizează

dezvoltarea masei algale (figura 4.5); prin însorirea diferențială a suprafeței apei conduce la

fenomenul de stratificație termică care scoate nămolul la suprafață în zona sistemului de

colectare; în situațiile în care suspensiile floculează, în numeroase cazuri acestea flotează

împreună cu algele penetrând în stratul de apă limpezită de la suprafață.

Figura 4.5. Variația încărcării biologice în perioada martie – aprilie 2010.

4.2.4 Decantor lamelar nou

Configurația tehnologică a decantorului lamelar și secțiunile caracteristice sunt

prezentate în figura 4.7.

0.50

0.70

0.90

1.10

1.30

1.50

1.70

1.90

2.10

2.30

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10111213141516171819202122232425262728293031Sub

stanțe

org

anic

e K

MnO

4(m

g/l)

Număr probe

AB

1716000 1804000

2975000

1378000

734500

1528000

524288

2097152

Ciclul I - nr. probe: 9

Ciclul II -nr. probe: 9

Ciclul III -nr. probe: 6

Ciclul I - nr. probe: 7

Ciclul II -nr. probe: 8

Ciclul III -nr. probe: 6

Martie Aprilie

Exe

mpl

are/

litru

Număr probe

AB

AD



400 6000 900015800

39

00

Decantor lamelar 2

Floculator 3Floculator 2

Ø10800

Statie de pomparepentru namol

29

00

54

00

56

00

56

00

112

00

170

00

48

00

1200

WL = 283,00

WL = 282,61

281,80 281,70

274,40Conducta namol Dn 150 mm

Pompaevacuarenamol

SECTIUNEA A-A

55°

275,40

276,10

283,60

276,10

281,70

283,60 283,60283,00

10800

SECTIUNEA C - C

11200 4000

1200

WL = 283,00 WL = 282,61

281,80 281,70

275,40

274,40Conducta namol Dn 150 mm

Conducta namolDn 100 mm

55°

PR

Modul lamelarlamele 888 x 2866 mm la 61,4 mm

CN

45

00

11200 3400

40

00

21

80

0SECTIUNEA B - B

1500

ABC

ABC

Figura 4.7. Plan și secțiuni decantor lamelar.

4.2.4.1 Caracteristicile apei decantate

În figura 4.8 se prezintă variația turbidității apei brute și desfășurării cercetarilor

experimentale.

Figura 4.8. Variația turbidității apei brute și decantate – valori instantanee.

0369

1215182124273033363942454851

17 20 23 2 5 8 11 14 17 20 23 2 5 8 11 14 17 20 23 2 5

13.07.2010 14.07.2010 15.07.2010 16.07.2010

Tur

bidi

tate

a (N

TU

)

Varia ția orară (ore)

AB

AD



4.2.4.2 Punerea în funcțiune a decantorului

În tabelul 4.5 sunt prezentați parametrii tehnologici ai decantorului în perioada

cercetării, decantorul funcționând cu debit variabil: 800 m3/h, 1000 m3/h, 1600 m3/h și 1800

m3/h.

Tabel 4.5. Parametrii tehnologici ai decantorului în perioada funcționării.

Data ora Q ij∗

(m3/h,m2) v

(mm/s) u

(mm/s) Re lm∗∗

(m3/h,m2)

Turbiditate (NTU)

(m3/h) (l/s) AB AD

13.07.2010 17

800 222.20 4.7 1.60 0.05

35

0.20 46 35

20 43 28 23 44 9

14.07.2010

2

1000 277.78 5.9 2.00 0.07 44 0.23

42 8 5 42 2 8 40 2 11 39 1 14

1600 444.44 9.33 3.20 0.11

71

0.38

40 2 17 39 3 20 40 3 23 38 2

15.07.2010

2

1800 500.00 10.50 3.60 0.12 80 0.43

37 2 5 35 2 8 34 2 11 37 1 14 36 1 17 38 1 20 38 1 23 37 2

16.07.2010 2

1800 500.00 10.50 3.60 0.12 80 0.43 38 2

5 39 2

4.2.4.3 Parametrii tehnologici ai decantorului lamelar rezultați din calcul

Decantorul lamelar a fost proiectat pentru un debit variabil. În cadrul lucrării au fost

calculați parametrii tehnologici ai decantorului pentru trei valori de debite, respectiv pentru

1500 m3/h, 1750 m3/h și 2000 m3/h. Calculele au fost întocmite pentru a se determina debitul

optim la care poate funcționa decantorul.

Tabel 4.6. Parametrii tehnologici ai decantorului lamelar.

Q A

(m2) no∗

(m3/h,m2) A1L (m2)

P1L (m)

Rh (m)

v (mm/s) Re us

(mm/s) pq∗∗

(m3/h,m2) (m3/h) (l/s) 1500 417

85,7 8,75

0,078 2,67 0,029 3 66,4 0,09 0,35

1750 487 10,25 3,5 77,5 0,11 0,41 2000 555,5 11,70 4 88,5 0,13 0,47

Semnificațiile notațiilor din tabel sunt:

Q – debitul de calcul, în m3/h; Rh – raza hidraulică, în m; A – aria oglinzii apei, în m2; v – viteza medie de curgere în lamelă, în mm/s;

Is∗ – încărcarea medie superficială, în m3/h,m2; Re – numărul Reynolds (adimensional) al mișcării;

A1L – aria de limpezire pe lamelă, în m2; iu∗∗ – încărcarea hidraulică pe proiecția orizontală a modului lamelar;

P1L – perimetrul udat al unei lamele, în m; us – mărimea de separare suspensională, în mm/s;



Decantorsuspensional

nr. 1

Decantorsuspensional

nr. 2

Decantorradial nr. 1

Decantorradial nr. 2

Statie reactivicoagulare -floculare

apa bruta linia tehnologica nr.2

By-

pas

s ap

a b

ruta

fir

2 -

fir

1

apa bruta linia tehnologica nr.1

apa decantata liniatehnologica nr.1

apa decantata linia tehnologica nr.2

bazi

nta

mpo

n a

pad

eca

nta

ta

Filt

rul 1

Filt

rul 2

Filt

rul 3

Filt

rul 4

Filt

rul 5

Filt

rul 6

Filt

rul 1

Filt

rul 2

Filt

rul 3

Filt

rul 4

Filt

rul 5

Filt

rul 6

Filt

rul 7

Filt

rul 7

Filt

rul 8

Filt

rul 9

Filt

rul 1

0

Filt

rul 1

1

Filt

rul 1

2

Filt

rul 8

Filt

rul 9

Filt

rul 1

0

Filt

rul 1

1

Filt

rul 1

2

Filt

rul 1

3

Filt

rul 1

4

bazintampon apadecantataLinia de filtre nr. 1 Linia de filtre nr. 2

Linia de filtre nr. 1 Linia de filtre nr. 2

Statieclorinare

APA POTABILA

Re

zerv

or

1

Re

zerv

or

2

Re

zerv

or

3

Re

zerv

or

4

APA INDUSTRIALA

polimer

coagulant

Studiul a pus în evidență:

• debitul optim la care poate funcționa decantorul este de 1 500 m3/h; la această

valoare a debitului, mărimea de separare supensională se află sub limita de

0,1 mm/s;

• decantorul asigură turbidități la apa decantată ≤ 4 NTU excepție făcând prima

zi în care decantorul a fost pus în funcțiune iar turbiditatea apei decantate a fost

cuprinsă între 28 – 35 NTU;

• admite încărcări hidraulice de 9 – 13 m3/h,m2.

Deficiențele decantorului:

• nu este prevăzut un sistem de recirculare al nămolului în camera de admisie a

apei brutei;

• nu se cunoaște debitul de nămol evacuat; acesta este evacuat la un interval de

1h timp de 5 minute.

4.3 Uzina de apă Voila – Județul Prahova

4.3.1 Calitatea apei sursei

Din punct de vedere al clasificării surselor destinate potabilizării apei, apa sursei se

încadrează în categoria A1 ca fiind o apă curată.

4.3.2 Schema tehnologică a stației de tratare Voila

În figura 4.10 se prezintă schema tehnologică a stației de tratare Voila.

Figura 4.10. Schema tehnologică a stației de tratare Voila.



4.3.3 Variația turbidității apei brute și apei decantate în decantoarele radiale

În figura 4.11 sunt reprezentate variația turbidității apei brute, decantate și dozele de

coagulant utilizate în anul 2010.

Analiza acestei diagrame pune în evidență:

• lunar apar vârfuri de turbiditate de sute/mii grade NTU care conduc și la

turbidități mari ale apei decantate (valori maxime 15 NTU);

• în lunile de vară (ape calde) ecartul între curba de durată la apă brută și apă

decantată este mare (în general de la 200 – 300 NTU la 1000 NTU); în lunile

de iarnă acest ecart se reduce ceea ce înseamnă un proces de coagulare –

floculare care se desfășoară cu dificultate;

Figura 4.11. Variația turbidității apei brute și apei decantate în anul 2010. (Linia decantoarelor radiale).

4.3.4 Criteriul utilizării reactivilor de coagulare

Analiza eficienței utilizării reactivilor de coagulare – floculare s-a efectuat pe baza

criteriilor conform expresiilor [4.1]:

v∆ = ∆�B1 (4.1)

unde:

K∆ – criteriul utilizării reactivilor de coagulare;

∆t – diferența dintre turbiditatea medie a apei brute și turbiditatea medie a apei

decantate;

dz – doza medie de reactivi utilizată în procesul de coagulare.

41

305

90

4814

396

208126 107

65

232

760

15.0

4.0

1

2

4

8

16

32

64

128

256

512

1024

2048

4096

8192

I II III IV V I II III IV I II III IV V I II III IV V I II III IV V I II III IV V I II III IV V I II III IV V I II III IV V I II III IV V I II III IV V I II III IV V

Ianuarie Februarie Martie Aprilie Mai Iunie Iulie August Septembrie Octombrie Noiembrie Decembrie

Tur

bidi

tate

a ap

ei (

°NT

U)

Număr probe

AB AD Doza coagulant Curba de durata AD



În tabelul 4.8 se poate urmări variația indicatorului K∆:

• criteriul de asigurare în timp a turbidității limit ă Tyz{ ≤ 10 NTU indică o

valoare de 67,8%;

• pentru turbiditatea limită de 5 NTU valoarea criteriului de asigurare în timp

este de 71,2 %.

Tabel 4.8. Criteriul utilizării reactivilor de coagulare la stația de tratare Voila (linia decantoarelor radiale).

Nr. crt

Perioade de 6 – 7 zile |}~�� |}�� ∆t (NTU) dz K∆

Ianuarie

I 41 9 32 34 0.95 II 30 10 21 9 2.29 III 12 9 3 3 1.10 IV 6 5 1 2 0.55 V 5 5 0 2 0.00

Februarie

I 5 4 1 2 0.63 II 85 7 78 27 2.87 III 305 10 295 42 7.02 IV 140 12 128 30 4.26

Martie

I 90 12 78 35 2.24 II 24 8 16 18 0.88 III 48 8 40 23 1.75 IV 68 10 58 15 3.84 V 20 9 11 14 0.80

Aprilie

I 24 8 16 13 1.21 II 18 8 10 13 0.73 III 40 7 33 14 2.34 IV 19 7 13 12 1.04 V 12 7 5 7 0.64

Mai

I 9 5 4 3 1.23 II 23 5 17 7 2.44 III 114 9 105 54 1.94 IV 31 7 24 14 1.68 V 4814 9 4805 56 85.80

Iunie

I 183 8 175 7 24.94 II 31 8 23 21 1.12 III 396 8 388 21 18.46 IV 226 8 218 24 9.06 V 136 8 128 26 4.91

Iulie

I 208 9 198 43 4.61 II 96 13 83 40 2.08 III 197 12 185 59 3.13 IV 206 9 196 33 5.95 V 59 10 49 26 1.89

August

I 54 13 41 28 1.48 II 126 15 112 39 2.86 III 25 10 15 16 0.94 IV 12 11 2 8 0.22 V 98 11 87 33 2.64

Septembrie

I 107 9 98 16 6.10 II 30 10 19 12 1.61 III 18 9 9 10 0.92 IV 36 9 27 19 1.41 V 30 11 18 21 0.87

Octombrie

I 18 9 9 11 0.78 II 11 7 4 6 0.61 III 65 9 57 17 3.32 IV 32 10 22 14 1.56 V 10 10 0 6 0.04

Noiembrie

I 8 7 1 3 0.22 II 7 5 1 2 0.65 III 7 6 1 3 0.47 IV 34 9 25 15 1.64 V 232 9 223 38 5.86

Decembrie

I 760 12 748 24 31.15 II 67 12 55 21 2.60 III 15 11 4 11 0.39 IV 30 10 19 20 0.97 V 11 10 1 9 0.15



Sectiune B - B

C

400

200

400

1000

700 700 700 200 780 1900

500 2100 2680

5480

Camerareactie rapida

Decantor cumodul lamelar

AA

Sectiune A-A

BB 200

110013

00

200 780 1900

500

700 700 700 200

2100

Accesapa floculata

1500

800

100

100 150

5001680500

380 1220

1090 500 1090

200

10

500

20

500

10

Sectiune C - C

500 20 50010 10

200

250

980

2680

200

1040

150200 150

60

60

60

200 1

00

100

550

100

250

50 5050

0

105

052°

1250

980

250

200

1430

1250

2680

200 540

2100 2880

4980

1380

500

60 60

60

2680

255

50

540

100

60

160

720

160

1040

Namol de recirculare

100

260 520 260

280

Camera floculare- 3 unitati

C

500

250

250540250

1 2

3 3

4

5 6

3

7

7

5

4

9

10

8

200

1. Camera de reactie rapida2. Camera de floculare - 3 unitati3. Fereastra observatie4. Modul lamelar5. Jgheab colectare apa decantata6. Jgheab colector7. Concentrator de namol8. Conducta evacuare namol9. Stalpi sustinere modul10. Contravantuiri

LEGENDA

Analiza factorilor de eficiență privind utilizarea reactivilor de coagulare-floculare a

pus în evidență rezultate bune în zona turbidităților mari (valori K∆ = 50 – 80); asigurarea în

timp a unei turbidități TAD < 10 NTU indică că în 67,8 % din cazuri aceasta este îndeplinită.

În domeniul turbidităților mici eficiența utilizării reactivilor este prectic nulă

(K∆ ≤ 1,0 pentru 35% din valorile determinate).

5. STUDII EXERIMENTALE LA SCAR Ă PILOT

5.1 Descrierea instalației pilot

În cadrul prezentei lucrări a fost realizată o instalație pilot (figura 5.5), dimensionată

pentru un debit nominal Q = 18 – 36 m3/h și este constituită din următoarele obiecte

tehnologice: cameră de reacție rapidă; cameră de reacție lentă (floculator); jgheab de admisie

apă floculată; decantor lamelar și concentrator de nămol.

Figura 5.5. Configurația generală a instalației pilot.

5.2 Programul experimental

Instalația pilot a funcționat în mod continuu pe o perioadă de 5 luni, timp în care s-a

urmărit:

• calitatea apei brute și parametrii de calitate ai apei decantate;



• influența calității apei asupra funcționării decantorului lamelar;

• formarea stratului suspensional;

• verificarea capacității acestui decantor lamelar pentru încărcări mai mari de

15 – 25 m3/h,m2.

5.3 Rezultate obținute pe instalația pilot

5.3.1 Determinarea turbidității apei brute și decantate [37]

Seturile de măsurători experimentale realizate au urmărit testarea decantorului echipat

cu modul lamelar la diverse variații ale turbidității apei brute.

În tabelele 5.1. – 5.5, însoțite de graficele corespunzătoare, sunt prezentate variațiile

turbidității apei brute și apei decantate în cele 5 luni de experimente.

Tabel 5.1. Calitatea apei în luna martie – valori medii/saptămână.

Luna Perioade

de 6 – 7 zile

Doze reactivi (g/m3)

T (°C) pH Turbiditate

(NTU) Al

(mg/l) Mopac Polimer AB AD AB AD AB AB AB AD

Martie

I 6,60 0,09 5,1 5,1 8,2 7,95 10,22 9,3 0,135 0,180 II 5 0,064 6 6 8,22 8,09 10,51 8,45 0,113 0,143 III 5 0,064 6 6 8,23 7,85 10,43 9,4 0,124 0,130 IV 17,60 0,072 6,5 6,5 8,21 7,76 35,00 8 0,165 0,192 V 11,50 0,079 7 7 8,22 8,05 17,70 9,2 0,152 0,183

Figura 5.6. Variația turbidității apei brute și decantate în luna martie.

Tabel 5.2. Calitatea apei în luna aprilie – valori medii/saptămână.

Luna Perioade

de 6 – 7 zile



(NTU) Al


Aprilie

I 7,8 0,079 6,8 6,8 8,23 8,02 18,5 8 0,171 0,148 II 7,2 0,068 7,3 7,3 8,24 8,05 30,5 6,8 0,156 0,171 III 5,7 0,065 8 8 8,27 7,93 10,3 6,2 0,152 0,201 IV 10,6 0,064 8,5 8,5 8,25 7,85 19,8 5,5 0,162 0,181 V 11,8 0,064 9 9 8,27 7,84 22,15 4,5 0,087 0,130

1

2

4

8

16

32

64

128

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90

Tur

bidi

tate

(N

TU

)

Nr. probe

Curbe de durată TuAB și TuAD

AB AD



Figura 5.7. Variația turbidității apei brute și decantate în luna aprilie.

Tabel 5.3. Calitatea apei în luna mai – valori medii/saptămână.

Luna Perioade

de 6 – 7 zile



(NTU) Al


Mai

I 15 0,064 9,5 9,5 8,14 8,04 21,60 5,30 0,133 0,180 II 7,6 0,064 10 10 8,22 7,64 39,40 6,60 0,154 0,160 III 17,50 0,064 10,5 10,5 8,20 7,94 42,15 5,60 0,220 0,235 IV 5,40 0,064 10,5 10,5 8,18 7,86 13,21 5,70 0,198 0,221 V 11,20 0,064 11 11 8,25 7,91 36,80 5,50 0,210 0,233

Figura 5.8. Variația turbidității apei brute și decantate în luna mai.

Tabel 5.4. Calitatea apei în luna iunie – valori medii/saptămână.

Luna Perioade

de 6 – 7 zile


T (°C)

pH Turbiditate

(NTU) Al


Iunie

I 14,8 0,064 12 12 8,22 7,76 76,60 6,2 0,206 0,216 II 11 0,068 14 14 8,12 7,86 51,40 5,8 0,137 0,157 III 9,3 0,073 15 15 8,14 7,64 50,20 5,8 0,153 0,194 IV 5 0,072 16 16 8,25 8,03 66,50 4,5 0,136 0,143 V 5 0,072 17 17 8,18 7,95 53,20 4,2 0,115 0,134

0

10

20

30

40

50

60

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90

Tur

bidi

tate

(N

TU

)

Nr. probe


AB AD

1

2

4

8

16

32

64

128

256

0 10 20 30 40 50 60 70 80

Tur

bidi

tate

(N

TU

)

Nr. probe


AB AD



Figura 5.9. Variația turbidității apei brute și decantate în luna iunie.

Tabel 5.5. Calitatea apei în luna iulie – valori medii/saptămână.

Luna Perioade

de 6 – 7 zile


T (°C)

pH Turbiditate (NTU)

Al (mg/l)

Mopac Polimer AB AD AB AD AB AB AB AD

Iulie

I 7,8 0,072 17 17 8,25 7,92 86,7 5,7 0,140 0,131 II 6,7 0,072 17 17 8,18 7,94 76 5,7 0,104 0,130 III 5 0,072 18 18 8,26 7,84 53,3 3,51 0,067 0,079 IV 5 0,072 18 18 8,26 8,02 48,7 2,92 0,049 0,079 V 5 0,072 19 19 8,23 7,76 68 4,23 0,048 0,059

5.3.2 Crietriul utilizării reactivilor de coagulare pe instalația pilot

În figura 5.11 a fost realizată o comparație o indicatorului pe instalația pilot și pe

decantoarele radiale din cadrul stației de tratre Voila, pentru aceleași valori ale apei brute.

Din diagramă rezultă faptul că în cazul decantoarelor radiale indicatorul K∆

înregistrează valori sub 1 în 42% din cazuri în timp ce, în cazul decantorului lamelar pilot

1

2

4

8

16

32

64

128

256

512

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Tur

bidi

tate

(N

TU

)

Nr. probe


AB AD

1

2

4

8

16

32

64

128

256

512

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Tur

bidi

tate

(N

TU

)

Nr. probe


AB AD



indicatorul K∆ înregistrează valori sub 1 în doar 10% din cazuri ceea ce înseamna un consum

bun de reactivi în cazul acestui tip de decantor.

Figura 5.11. Variația indicatorului K∆ pe instalația pilot și pe linia decantoarelor radiale

din cadrul stației de tratare Voila.

5.3.3. Determinarea conținutului de substanțelor organice

În figura 5.12 este reprezentată variația încărcării organice în apa brută și decantată pe

linia decantoarelor radiale și pe decantorul lamelar pilot. Deși limita substanțelor oragnice

(20 mg /dm3 KMnO4) nu este depășită în nici unul din cazuri putem observa că decantorul

lamelar prezintă o eficiența mult mai mare în reducerea acestor substanțe (40%) față de

decantoarele radiale (20%).

Figura 5.12. Variația substanțelor oragnice KMnO4 în apa brută și decantată.

400

20.1

54

0.14

85.8

0.20

0.125

0.25

0.5

1

2

4

8

16

32

64

128

256

512

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52

Tur

bidi

tate

(N

TU

)

Indicator K ∆

Turbiditate AB K pilot K decantor radial

37

0.25

56

28

0.25

0.5

1

2

4

8

16

32

64

0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48 51 54 57 60 63 66 69 72 75

Sub

stan

te o

rgan

ice

(mg/

l)

Număr probe

AB AD_decantor lamelar pilot AD_decantoare radiale

E_decantoare radiale E_decantor lamelar pilot

Eficiența [%

]

E (%) – decantor pilot

E (%) – decantor radial

K∆



5.4 Interpretarea rezultatelor

Măsurătorile realizate au pus în evidență următoarele:

• în prima lună de funcționare a instalației pilot, eficiență decantorului lamelar

din punct de vedere al reducerii turbidității sub 5 NTU a fost nulă acesta

reușind să asigure turbidități ale apei decantate cuprinse între 7 – 13 NTU;

eficiența scăzută se datorează în principal lipsei sistemului de recirculare al

nămolului care a fost pus în funcțiune la jumătatea lunii mai;

• în luna aprilie eficiența decantorului din punct de vedere al reducerii

turbidității sub 5 NTU a fost de 36% în timp ce în luna mai când sistemul de

recirculare al nămolului a fost pus în funcțiune eficiența decantorului a trecut

de 50%;

• în lunile iunie – iulie eficența decantorului din punct de vedere al reducerii

turbidității sub 5 NTU a fostcuprinsă între 68 – 71%.

În ceea ce privește consumul de reactivi de coagulare au rezultat următoarele:

• valorile K∆ variază de la 0,14; valorile mari pentru K∆ apar în cazurile unor

reduceri însemnate ale turbidității (K ∆ = 10 – 12);

• criteriul de asigurare în timp a turbidității limit ă Tyz{ ≤ 10 NTU indică o

valoare de 100%;

• pentru turbiditatea limită de 5 NTU valoarea criteriului de asigurare în timp

este de 76 %.

6. PARAMETRII TEHNOLOGICI PENTRU DIMENSIONAREA

DECANTOARELOR LAMELARE

6.1 Ipoteze de bază

6.1.1 Aplicarea soluției decantoarelor lamelare

Soluția cu decantoare lamelare în schemele stațiilor de tratare se aplică în condițiile:

• cerinței de calitate pentru apa decantată: turbiditatea apei decantate

TAD ≤ 4 – 5 NTU; reducerea conținutului de substanță organică cu 20 – 30%

față de apa sursei;

• cerința impusă pentru pierderile tehnologice, sub 3% în procesul de limpezire a

apei prin decantare.

6.1.2 Elementele componente ale decantoarelor lamelare

Un decantor lamelar cuprinde:

a) Bazin (recipient); în general de formă rectangulară pentru ușurința amplasării

modulelor lamelare; suprafața bazinului se obține pe baza încărcării hidraulice la oglinda apei;

încărcarea hidraulică se adoptă:



• iH0 = 8 – 10 m3/h,m2 pentru ape cu tratabilitate redusă, în general limpezi

(valori medii anuale ≅ 15 – 20 NTU);

• iH1 = 15 – 20 m3/h,m2 pentru ape ușor tratabile; coeficientul de coeziune a

nămolului ≅ 1,1 – 1,2 m/h;

• încărcarea hidraulică raportată la proiecția orizontală a modului lamelar:

iH2 ≤ 1 m3/h,m2.

b) Modul lamelar – reprezintă elementul tehnologic în care se realizează separarea

suspensiei floculate de apă.

Condițiile de dimensionare impuse modului lamelar:

• raza hidraulică: rH ≤ 30 mm;

• valoarea numărului Reynolds al mișcării definit:

H� = ∙ 4�� ≤ 70 (6.1)

• viteza medie de curgere în lamelă nu va depăși 3 mm/s (10,8 m/h);

• mărimea de separare suspensională:

U = ∙ ��< ∙ �� ≤ 0,1 CC �⁄ (6.2)

• lungimea modului lamelar, lM, va rezulta din limitările numărului Reynolds și

mărimii de separare suspensională.

Lungimea de decantare efectivă, necesară pentru separarea particulelor având viteza

de sedimentare u, va fi:

�� = � ∙ " �E�� ∙ U − �5�+ (6.3)

în care:

λD – lungimea de decantare efectivă;

e – distanța între lamele;

Sc – parametru caracteristic pentru sistemul folosit (plăci plane Sc = 1; tuburi circulare

Sc = 4/3; tuburi pătrate Sc = 11/8; tuburi hexagonale Sc = 4/3);

α – unghiul de înclinare;

v – viteza medie de curgere;

u – viteza de sedimentare.

Pentru calculul lungimii totale a modulului lamelar, este necesar să se ia în considerare

zona de tranziție care ține seama de trecerea de la mișcarea turbulentă în bazin la mișcarea

laminară între lamele și trecerea de la mișcarea laminară la mișcarea turbulentă, la ieșirea din

modul.

Calculul se face cu expresia:

��# = 0,1 ∙ � ∙ H� (6.4)

în care:

λtz – lungimea zonei de tranziție;



> 100 mm

ML

< 1, 0 m

Re – valoarea numărului Reynolds al mișcării în lamele.

În acest mod, lungimea totală a lamelelor, după direcția curgerii va fi:

� = �� + 2 ∙ ��# (6.5)

Verificarea încărcării hidraulice pe proiecția orizontală a modului lamelar:

�� = ��P� ∙ �< ∙ �� ∙ . ≤ 1 C) ℎ, C6 (6.6)⁄

unde:

nlam – număr lamele;

lM – lungimea lamelei, în m;

b – lățimea lamelei, în m;

Unghiul de înclinare al modului lamelar: se va adopta unghiul de înclinare al modului

față de orizontală ∝ = 52°; acesta reprezintă unghiul de echilibru între curgerea continuă a

nămolului (60°) și curgerea intermitentă sub formă de acumulări (45°).

c) Sistemul de colectare apă decantată

Colectarea apei decantate se va realiza cu jgheaburi dotate cu deversori triunghiulari

cu funcționare neînecată. Amplasarea jgheaburilor se prevede:

• deasupra modulului lamelar; radierul jgheaburilor se va amplasa la minimum

0,2 m față de cota superioară a modului; această soluție se va adopta pentru

încărcări hidraulice iH = 8 – 10 m3/h,m2;

• amplasarea jgheaburilor se va realiza între module pentru încărcări hidraulice

iH = 14 – 15 m3/h,m2 conform cu figura 6.3.

• pentru încărcări mari (20 m3/h,m2) jgheaburile vor asigura controlul aval al

curgerii prin deversare neînecată și echirepartiția debitului între lamelele

modulului lamelar.

Figura 6.3. Amplasarea jgheaburilor de colectare apă decantată pentru iH = 14 – 15 m3/h,m2.

Figura 6.4. Amplasarea jgheaburilor de colectare apă decantată pentru iH = 20 m3/h,m2.

6.1.3 Configurația decantoarelor lamelare

Configurația decantoarelor lamelare și secțiunile caracteristice acestora sunt prezentate

în figura 6.5.



Sectiunea A - A

CN

CRR

PF

Coagulant Polimer

F

PF

B

AB

HD

hapa

Sistem transvazareCRR1 - CRR2

LCRR LF LD

NR

ML

B

EP

Pod raclor

LD

CN

ML

JCAD

Sectiunea B - B

Pod raclorHD

CRR1

CRR3

CRR2

F

F

BCRR

LCRR LF LD

BD

NR

PN 1

NexConducta namol

PN 2 PN 3AB

A A

GT

ML

ML

JCAD

Figura 6.5. Configurația decantorului lamelar prevăzut cu camere de reacție rapidă și floculare.

CRR – cameră de reacție rapidă; AB – apă brută; NR – nămol recirculat; F – floculator; JCAD – jgheab colectare apă decantată; Nex – nămol în exces; ML – modul lamelar; GT – galerie tehnologică; PNi – pompă nămol; PF – perete fals (de dirijare). EP – electropompă; CN – concentrator de nămol;



7. CONCLUZII

7.1 Conținutul lucr ării

Lucrarea intitulată „Studii și cercetări privind tehnologiile performante de limpezire în

producția de apă potabilă“ este structurată pe 7 capitole şi cuprinde: 118 pagini, 64 relaţii de

calcul, 56 figuri, 17 tabele, precum şi o listă de semnalări bibliografice cu 75 titluri.

În capitolul 1 se prezintă obiectivele studiilor și cercetărilor analizate în direcția

conformării calității apei destinate consumului uman la Directiva 98/83/EC [63] și Legea apei

potabile 458/2002 [68] completată cu Legea 311/2004 [69], precum și necesitatea obiectivă a

subiectului acestei lucrări.

Capitolul 2 ”Elemente teoretice privind sedimentarea suspensiilor din apă” prezintă

teoria modelării matematice și hidraulice a proceselor de decantare, precum și aspectele

teoretice dezvoltate referitoare la reținerea particulelor coloidale.

În subcapitolul 2.4.1 este prezentată modelarea matematică a mișcării apei în

decantoarele lamelare. Modelul matematic prezentat a fost aplicat pentru calculul lungimii de

stabilizare a mișcării laminare între două plăci ale modulului lamelar la un decantor cu viteză

variabilă. În subcapitolele 2.4.2 și 2.4.3 sunt prezentate elementele tehnologice și

condiționările tehnice ale decantoarelor lamelare.

În capitolul 3 sunt prezentate și analizate principalele tehnici de decantare utilizate în

prezent, respectiv stadiul actual al dezvoltării tehnologice a sistemelor de limpezire a apei pe

plan național și mondial. Sunt prezentate în detaliu principalele tipuri de instalații de

limpezire a apei, conceptul și modul de funcționare, parametrii de dimensionare și elementele

componente pe fluxul apei și al nămolului, precum și performanțele și deficiențele acestora.

Sunt analizate în detaliu:

• decantoarele statice;

• decantoarele suspensionale cu recircularea mecanică și hidraulică a nămolului

precum și decantoarele suspensionale cu pulsație;

• decantoarele dinamice având sisteme de coagulare – floculare în exteriorul

bazinelor cu asigurarea recirculării nămolului;

• tipurile de decantoare lamelare utilizate.

În subcapitolul 3.4.4 este prezentată configurația unui decantor ideal (etapa actuală)

dezvoltată de colectivul catedrei ISPA din UTCB, prin care se urmărește aplicarea unei

tehnologii performante a limpezirii apei pentru îndepărtarea turbidității și substanțelor

organice din apă, soluționând astfel problema distribuției unei ape necorespunzatare din punct

de vedere al turbidității, nitraților, gustului, mirosului, iar prin folosirea corespunzătoare și

adecvată a reactivilor de coagulare-floculare va conduce automat la turbidități rezidulale mai

mici, la concentrații mai scăzute de substanțe organice – ceea ce înseamnă o calitate mai bună

a apei.



Capitolul 4 din lucrare prezintă studii privind procesele de limpezire a apei prin

decantare în uzinele de apă din România. Au fost elaborate studii ”in situ” pentru 2 uzine de

apă: stația de tratare Budeasa – Județul Argeș și stația de tratare Voila – Județul Prahova.

Pentru ambele locații se analizează: calitatea apei brute și decantate; configurația

instalațiilor și parametrii tehnologici folosiți; consumul de reactivi; eficiența celor 3 tipuri de

decantoare analizate: decantor tip Roșu (Cyclator), decantor lamelar și decantoare radiale.

Concluziile determinărilor ”in situ” și datelor experimentale pentru cele 3 tipuri de

decantoare studiate sunt:

• în perioada de ape limpezi (sub 5 NTU) eficiențele și performanțele

decantorului Cyclator devin practic nule în principal datorită faptului că nu

formează strat suspensional, acesta fiind practic lestat în apropierea radierului

în zona de circulație a lamei racloare;

• decantorul lamelar din cadrul stației de tratare Budeasa asigură turbidități ale

apei decantate sub 5 NTU; datorită faptului că decantorul nu este prevăzut cu

un sistem de recirculare al nămolului care ar conduce la îmbogățirea stratului

suspensional și implicit la eficiențe mai mari, există rezerve în asigurarea

funcționării decantorului la eficiențe superioare;

• eficiența în asigurarea turbidității apei decantate sub 5 NTU a decantoarelor

radiale din cadrul stației de tratare Voila este de ≅ 75%; această eficiență este

explicată prin: lipsa sistemelor de amestec rapid/floculare, sistemelor de

distribuției și colectare neuniformă care nu pot asigura funcționarea la variația

calității apei, scurt-circuitările hidraulice, influențele factorilor climatici

externi.

Experimentele la scară pilot sunt prezentate în capitolul 5. Acestea au fost efectuate pe

o instalație pilot proiectată pentru un debit nominal de Q = 18 – 36 m3/h din cadrul stației de

tratare Voila.

Principalele obiective urmărite au fost:

• calitatea apei brute și parametrii de calitate ai apei decantate;

• influența parametrilor de calitate ai apei asupra operării decantorului lamelar;

• formarea stratului suspensional;

• verificarea capacității acestui decantor lamelar pentru încărcări mai mari de

15 – 25 m3/h,m2.

Rezultatele obținute sunt prezentate în subcapitolul 5.3.

În capitolul 6 al lucrării sunt prezentați parametrii tehnologici de dimensionare a

decantoarelor lamelare.

În capitolul 7 sunt prezentate principalele concluziile ale lucrării cât și

evidențiate elementele originale.



7.2 Elemente originale și contribu țiile autorului

În lucrare se prezintă pe baza unei ample bibliografii cele mai noi tehnologii de

limpezire a apei prin decantare pe plan național și mondial.

Bazele lucrării sunt constituite din cercetări efectuate ”in situ” pe instalații pilot sau la

scară naturală. Analiza unui număr considerabil de probe și interpretarea rezultatelor în acord

cu cele mai noi realizări în domeniu se constituie în elementele originale ale lucrării.

În lucrare se analizează o tehnologie performantă a limpezirii apei pentru îndepărtarea

turbidității și substanțelor organice din apă, soluționând astfel problema distribuției unei ape

necorespunzătare din punct de vedere al oxidabilității, turbidității, gustului, mirosului.

Folosirea corespunzătoare și adecvată a reactivilor de coagulare-floculare va conduce automat

la turbidități rezidulale mai mici, la concentrații mai scăzute de substanțe organice – ceea ce

înseamnă o calitate mai bună a apei.

În lucrare sunt dați parametrii de dimensionare a decantoarelor lamelare:

• se pun în evidență condiționările impuse de valoarea încărcării hidraulice

asupra sistemului de colectare apă decantată astfel:

- pentru iH = 20 m3/h,m2 se impune asigurarea echirepartiției debitului în

modulul lamelar în mod controlat pentru fiecare lamelă;

- pentru iH = 10 m3/h,m2 se poate asigura colectarea apei decantate deasupra

modulului lamelar pe lățimi care nu vor depăși b = 1,0 m între jgheaburile

de colectare;

• calculul lungimii modulului lamelar este stabilit cu expresia (6.5) care ține

seama de: lungimea de decantare efectivă, lungimea zonei de tranziție, distanța

între lamele, parametrul caracteristic pentru sistemul folosit (Sc), unghiul de

înclinare al lamelelor, valoarea numărului Reynolds al mișcării în lamele,

viteza medie de curgere, viteza de sedimentare.

În cercetări s-a pus în evidență faptul că stratul suspensional nu se dezvoltă în

interiorul modulului lamelar; cedarea suspensiei se realizează instantaneu în modul (5 -10%

din lungimea modulului); aceste rezultate impun alegerea lungimii modulului lamelar corelat

cu sistemul de colectare și concentrațiile de lucru ale stratului suspensional.

Concluziile studiilor și cercetărilor din prezenta lucrare au fost implementate în

Normativul ”Proiectarea, execuția și exploatarea sistemelor de alimentare cu apă și

canalizare a localităților. Partea a –Ia: Sisteme de alimentare cu apă a localităților” ,

capitolul 3 ”Stații de tratare a apei”, § 3.5.4.1 ”Proiectarea tehnologică a decantoarelor

lamelare”.

7.3 Perspectiva dezvoltării subiectului

Necesitatea dezvoltării prin retehnologizare/dezvoltare a unui număr foarte mare de

uzine de apă impune ca necesități obiective:



• elaborarea unor studii de tratabilitate complete pe bazine hidrografice, tip de

sursă, secțiuni; aceste studii se impun a fi elaborate în comun de către

administratorii apelor și operatorii sistemelor;

• implementarea conceptului de stație pilot de comanda și control pentru toate

uzinele de apă > 20.000 m3/zi; operarea acestor instalații pilot face posibilă

stabilirea soluțiilor tehnologice capabile să răspundă la modificările de calitate

ale surselor și impactului progresului tehnologic; se vor optimiza astfel tipurile

de reactivi de coagulare – floculare care se vor utiliza, tipul de tehnologie de

decantare ce se va adopta – în funcție de calitatea și cantitatea suspensiilor,

tehnologia de filtrare, procesele de tratare adiționale necesare, modalitatea de

realizare a dezinfecției.

• dezvoltarea unor laboratoare de analiză în administrarea operatorilor regionali

capabile să analizeze permanent evoluția calității apei surselor și a apei

produse destinate consumului uman.

BIBLIOGRAFIE

[1] Alexandrescu, C. – „Contribuții privind soluții de optimizare a proceselor tehnologice de decantare a apei în cadrul stațiilor de tratare”, Teză de doctorat, UTCB, București, 1998.

[9] Bârsan, E. – „Alimentări cu apă”, Ed. Performantica, Iaşi, 2005.

[12] Brădeanu, P. – ”Mecanica Fluidelor”, Ed. Tehnică, Bucureşti, 1973.

[13] Creţu, Ghe. – „Contribuţii la studiul şi dimensionarea separatoarelor suspensionale cu secţiune progresivă, pentru limpezirea apei”, Teza de doctorat, Timişoara, 1972.

[17] Iamandi, C. – ”Similitudine şi modelare hidraulică”, ICB, 1966.

[25] Mackenzie, L.D. – ”Water and Wastewater Engineering”, McGraw-Hill Professional; 1 Edition, March 22, 2010.

[27] Mănescu, Al., Sandu, M., Ianculescu, O. – „Alimentări cu apă”, Ed. Didactică şi pedagogică, Bucureşti, 1994.

[32] Moraru, Ghe. – ”Modelarea proceselor fizico – chimice de tratare a apei industriale. Modele propuse pentru cercetare”, Teză de doctorat, Bucureşti, 1995.

[37] Păun, M. – ”Măsurători efectuate pe instalația pilot și rezultate experimentale”, raport de cercetare III, București, 2010.

[43] Racoviţeanu, G. – ”Teoria decantării şi filtr ării ”, Ed. Matrix Rom, 2003.

[49] Sandu, M. – ”Contribuții la soluționarea tehnică și calculul decantoarelor suspensionale de concepție românească”, Teză de doctorat, ICB, 1975.

[61] Water Treatment Handbook – ”Degremont”, Seventh Edition,volume 1 și 2,France, 2007.

[63] *** Directiva CE98/83/EC privind calitatea apei destinată consumului uman.

[68] *** Legea nr. 458/2002 modificată și completată prin Legea 311/2004, privind calitatea apei potabile.

[71] *** Normativ “ Proiectarea, execuția și exploatarea sistemelor de alimentare cu apă și canalizare a localităților. Partea a –Ia: Sisteme de alimentare cu apă a localităților ”, 2010.

paun mihaela-cristina - rezumat

Documents