REZUMAT

Cuvinte cheie: modelare matematic, simulare, uscarea nmolului, carbon organic,

nutrieni, fertilitatea solului, calitatea mediului.

Utilizarea nmolurilor de epurare este una dintre cele mai importante provocri n

managementul apelor uzate.

Nmolul conine nutrieni (n special N, P, K) i materie organic, care constituie un

beneficiu agronomic. Folosirea nmolului n agricultur a devenit o alternativ pentru utilizarea

deeurilor din considerente de ordin economic i practic.

Fr o metod de eliminare sigur a nmolului, conceptul real de protecie a apei va eua.

Manipularea durabil a nmolului poate fi de definit ca o metod care satisface cerinele de

reciclare eficient a resurselor fr aprovizionarea cu substane nocive pentru om sau mediu.

Scopul cercetrilor efectuate n cadrul prezentei teze de doctorat l constituie dezvoltarea tehnicii

de folosire a nmolului, astfel nct s fie n concordan cu Directivele Uniunii Europene,

stabilirea modalitilor de aplicare a acestui nmol ca fertilizant n condiiile obinerii unor

recolte sntoase, a conservrii nsuirilor de fertilitate a solului precum i a asigurrii proteciei

calitii mediului, n general.

Nmolul fermentat de la staia de epurare Iai are o reacie neutr i un coninut de

carbon organic de 29 - 34 %. Concentraia de azot nitric este redus (0,16 - 0,42 ppm) iar cea de

azot amoniacal ntre 24 i 830 ppm. Coninutul total n macroelemente nutritive (N, P, K, Ca,

Mg) din nmolul fermentat este de 1,37 % N total, 1,19 % P total, 4,45 % K total, coninutul de

calciu este mai ridicat (3,12 %) iar Mg i S organic au valori normale, comparabile cu cele din

soluri.

Faptul c nmolul nu conine metale grele permite utilizarea acestuia ca fertilizant pentru

solurile cultivate. Microflora bacterian i fungic a nmolurilor are valori asemntoare cu cele

din composturi, dimensiunea i compoziia populaiilor de microorganisme a fost foarte

apropiat de cele ale solurilor.

Avnd n vedere c solurile din zona Moldovei, n majoritatea lor situate pe terenuri n

pant, sunt srace n materie organic i elemente nutritive, aceste nmoluri, folosite corect, pot

2

suplini o bun parte din nutrienii minerali i totodat pot contribui la mbuntirea coninutului

de materie organic din sol.

n aceste condiii, stabilirea soluiilor pentru prelucrarea i utilizarea n condiii eficiente

a nmolurilor n agricultur i respectiv, precizarea msurilor restrictive de utilizare a

nmolurilor n vederea asigurrii proteciei mediului prezint importan deosebit.

Astfel, lucrarea de fa, fr a avea un caracter exhaustiv, i propune s aduc o

contribuie la elucidarea unor aspecte privind mbuntirea proceselor de tratare a nmolurilor

de la staiile de epurare pentru folosirea lor n agricultur, n condiiile meninerii fertilitii

solului i a calitii mediului ambiant n ansamblu.

Rezultatele obinute prezint aplicabilitate practic i constituie prin valoare i

originalitate, argumente solide privind necesitatea valorificrii nmolurilor rezultate de la staiile

de epurare a apelor uzate oreneti ca fertilizant pe terenurile agricole.

Teza de doctorat include un volum de 159 de pagini i este structurat n dou pri i

ase capitole.

Partea I (27 % din extensia lucrrii) cuprinde consideraii de ordin general asupra

politicilor referitoare la gestionarea nmolului n statele mebre ale Uniunii Europene dar i

particularitile strategiei de management a nmolurilor n ara noastr, analiza cadrului natural

din arealul de referin precum i o radiografie la zi a problematicii de studiu abordate la nivel

naional i internaional.

Capitolul I constituie aproximativ 7 % din volumul lucrrii i cuprinde aprecieri asupra

posibilitilor de utilizare n agricultur a nmolurilor de epurare ca una dintre metodele de

degajare a acestora i ca o form de punere n valoare a coninutului lor n materie organic i

elemente nutritive. Pe baza documentrii bibliografice, sunt expuse cteva consideraii privind

posibilitile de diminuare a efectului poluant al nmolului de epurare i de valorificare a

elementelor nutritive pe care le conine. Astfel, se consider necesar ca nmolul s fie tratat n

mod corespunztor, s se aplice numai pe soluri pretabile, n dozele i epocile de semnat

stabilite, la un anumit sortiment de culturi recomandate i s se asigure un control adecvat al

calitii factorilor de mediu. Se insist pe necesitatea de a administra nmolul difereniat pe tipuri

3

de sol, teren i plant cultivat pentru a preveni consecinele negative asupre recoltei, fertilitii

solului i a calitii mediului nconjurtor.

Capitolul al II - lea include ntr-un volum de aproximativ 11 % din totalul lucrrii,

prezentarea analitic a componentelor cadrului natural din cadrul fermei Ezreni a a Universitii

de tiine Agricole i Medicin Veterinar Ion Ionescu de la Brad din Iai n cadrul creia au

fost efectuate experienele care au vizat investigarea efectului nmolului asupra recoltei i a

principalelor nsuiri ale solului.

Capitolul al III - lea, cu ponderea de circa 9 % din extensia tezei de doctorat, se refer la

studiile i cercetrile - efectuate n Romnia i n alte ri - privind epurarea apelor uzate

oreneti i modul de tratare a nmolului pentru a ntruni condiiile de a fi folosit ca fertilizant la

culturile agricole.

n partea a doua a tezei pe 105 pagini reprezentnd 67 % din volumul lucrrii sunt

prezentate contribuiile personale n domeniul de studiu abordat.

Capitolul al IV - lea (circa 5 % din volumul tezei de doctorat) evideniaz obiectivele

studiului i metodele de investigare folosite pentru efectuarea observaiilor i determinrilor.

Din punct de vedere conceptual, tema de cercetare adoptat abordeaz ntr-o manier

nou, modern, metodele de tratare a nmolurilor rezultate de la staiile de epurare oreneti ct

i modalitile de valorificare a nmolului ca fertilizant pe terenurile agricole n condiiile

conservrii fertilitii solului i a mediului ambiant n ansamblu.

Concret, n cadrul activitii de cercetare s-a urmrit atingerea urmtoarelor obiective:

- Stabilirea de noi metode de tratare a nmolului de la staiile de epurare oreneti care s

asigure uscarea n condiii eficiente din punct de vedere economic folosind energia solar

acumulat n interiorul unei construcii de tip ser tunel.

- Determinarea caracteristicilor nmolului i evaluarea acestuia n conformitate cu Directivele

UE.

- Studiul efectului aplicrii nmolului asupra caracteristicilor agrochimice (coninutul de

substan organic, valoarea pH, disponibilul de N, P, K i microbiologice ale solului).

4

- Determinarea limitelor superioare de siguran a aplicrii nmolului pe soluri, astfel nct s

fie evitate efectele negative (afectarea calitii solului, a recoltelor i a mediului, n general).

Metodele de analiz folosite pentru realizarea tematicii de cercetare propuse au avut n

vedere noutile n domeniu i au fost adaptate la politica cercetrii naionale i internaionale de

dezvoltare durabil, prin abordarea interdisciplinar a temei.

Studiul teoretic al procesului de uscare s-a efectuat utiliznd un model matematic, bazat

pe legi i principii cunoscute, model ce descrie evoluia procesului n timp sau dup anumite

dependene reciproce, n condiiile aciunii unor factori cunoscui.

Uscarea prin convecie cu aer cald realizeaz un transfer simultan de cldur i mas ntre

aer i produsul supus uscrii. Pe principiul corpului negru, nmolul absoarbe n mare msur

radiaia provenit de la soare iar temperatura acestuia crete.

Procesul de uscare prin convecie fiind complex, necesit elaborarea unor submodele n

funcie de scop, date disponibile i grad de abstractizare.

Modelul matematic este esenial n optimizarea procesului de uscare a nmolului, acesta

stnd la baza simulrii CFD (Computational Fluid Dymanics). Modelul propus pentru uscarea

nmolului cuprinde ipotezele de lucru; parametrii i variabilele fundamentale ale procesului de

uscare; ecuaiile ce coreleaz variabilele stabilind legturile ntre acestea n regim nestaionar;

restriciile impuse unor variabile.

Pentru fundamentarea metodelor de prelucrare a nmolului, procesul de uscare n ser a

fost simulat CFD (calcul computerizat de dinamica fluidelor)) prin parcurgerea a trei etape

necesare:

- pre-procesarea (definirea 3D a geometriei modelului i discretizarea acestuia);

- procesarea (crearea algoritmului ce are la baz modelul matematic i impunerea

condiiilor-limit);

- analiza simulrii CFD (reprezentarea grafic color a cmpurilor de vitez, temperatur,

umiditate a aerului i a nmolului supus uscrii).

5

Simularea CFD a fost realizat cu programul ANSYS (FLUENT i GAMBIT) ce deine

cele mai complexe modele matematice de curgere a fluidelor i transfer termic dintre programele

comerciale existente la ora actual.

Caracterizarea chimic i mineralogic a nmolului de la Staia de epurare Iai s-a

efectuat cu aparatura existent n Laboratorul de Studiul materialelor din cadrul Facultii de

Mecanic din Iai pe baza analizelor SEM/EDX.

Studiind solutiile constructive ale instalatiilor de uscare a namolurilor implementate in

tara si in Europa si tehnologia de epurare a apelor uzate la SEAU Dancu - Iai cat si

considerentele de eficienta tehnico economica si de protectie a mediului a fost propus solutia

constructiva pentru instalatia de uscare a accelerata a namolului,