rezumat teza doctorat iurciuc cristina elena hgim

UNIVERSITATEA TEHNICĂ “GHEORGHE ASACHI” DIN IAŞI

Facultatea de Hidrotehnică, Geodezie şi Ingineria Mediului

STUDII ŞI CERCETĂRI PRIVIND EPURAREA AVANSATĂ A APELOR UZATE ÎN VEDEREA VALORIFICĂRII EFLUENTULUI LA IRIGAREA CULTURILOR ENERGETICE

- REZUMAT TEZĂ DE DOCTORAT -

Conducător de doctorat:

Prof. Univ. Dr. Ing. Mihai DIMA

Doctorand:

Ing. Cristina Elena IURCIUC

IAŞI - 2013

Teza de doctorat a fost realizată cu sprijinul financiar al proiectului “STUDII

DOCTORALE PENTRU PERFORMANŢE EUROPENE ÎN CERCETARE ŞI INOVARE

(CUANTUMDOC)” POSDRU/107/1.5/S/79407.

Proiectul “STUDII DOCTORALE PENTRU PERFORMANŢE EUROPENE ÎN CERCETARE ŞI INOVARE (CUANTUMDOC)” POSDRU/107/1.5/S/79407, este un proiect strategic care are ca obiectiv general „Aplicarea de strategii manageriale, de cercetare şi didactice destinate îmbunătăţirii formării iniţiale a viitorilor cercetători prin programul de studii universitare de doctorat, conform procesului de la Bologna, prin dezvoltarea unor competenţe specifice cercetării ştiinţifice, dar şi a unor competenţe generale: managementul cercetării, competenţe lingvistice şi de comunicare, abilităţi de documentare, redactare, publicare şi comunicare ştiinţifică, utilizarea mijloacelor moderne oferite de TIC, spiritul antreprenorial de transfer al rezultatelor cercetării. Dezvoltarea capitalului uman pentru cercetare şi inovare va contribui pe termen lung la formarea doctoranzilor la nivel european cu preocupări interdisciplinare. Sprijinul financiar oferit doctoranzilor va asigura participarea la programe doctorale în ţara şi la stagii de cercetare în centre de cercetare sau universităţi din UE. Misiunea proiectului este formarea unui tânăr cercetator adaptat economiei de piaţă şi noilor tehnologii, având cunoştinţe teoretice, practice, economice şi manageriale la nivel internaţional, ce va promova principiile dezvoltării durabile şi de protecţie a mediului înconjurător.”

Proiect finanţat în perioada 2010 - 2013

Finanţare proiect: 16.810.100,00 RON

Beneficiar: Universitatea Tehnică “Gheorghe Asachi” din Iaşi

Partener: Universitatea „Babeş Bolyai” din Cluj-Napoca

Director proiect: Prof. univ. dr. ing. Mihai BUDESCU

Responsabil proiect partener: Prof. univ. dr. ing. Alexandru OZUNU

MULȚUMIRI

Adresez în mod expres pe această cale sincere mulțumiri și recunoștință

conducătorului științific, domnului Prof. Univ. Dr. Ing. Mihai Dima, pentru

profesionalismul cu care m-a ghidat pe drumul către obținerea titlului de doctor în științe,

pentru competența și permanenta îndrumare deosebit de meticuloasă în toată perioada

pregătiri și elaborării tezei de doctorat.

Mulțumesc domnilor referenți Prof. Univ. Dr. Ing. Ion Giurma, Prof. Univ.

Dr. Ing. Sandu Marin, Prof. Univ. Dr. Ing. Gică Grădinariu și președintelui comisiei

Prof. Univ. Dr. Ing. Florian Stătescu, pentru amabilitatea de a accepta să facă parte din

comisia de doctorat, pentru timpul alocat evaluării acestei teze, pentru sugestiile și

recomandările oferite.

De asemenea, mulțumesc domnului Dr. Ing. Puiu Matei și șefului Stației de

Epurare a municipiului Piatra Neamț, domnul Ing. Florin Mihai pentru colaborare,

sugestii, recomandări și sprijinul acordat, oferindu-mi acces în stația de epurare și

posibilitatea utilizării parametrilor de exploatare a acestei stații de epurare.

Mulțumesc colaboratorilor firmei S.C. Kontrastwege SRL din Miercurea

Ciuc, Județul Harghita, domnului Director General Ing. Alexandru Benko şi d-șoarei

Ing. Cristina Racu atât pentru colaborare cât și pentru asigurarea unor materiale necesare

în toată această pregătire.

Mulțumesc domnului Prof. Univ. Dr. Ing. Ramiro Joaquim de Jesus Neves

de la Institutul Superior Tehnic din Lisabona, colectivului firmei Maretec, domnului Ing.

Guillaume Riflet, Ing. Eduardo Jauch și Ing. David Brito pentru ospitalitate, colaborare

fructuoasă și ajutorul acordat de-a lungul stagiului de cercetare în capitala Portugaliei,

Lisabona.

Deosebite mulțumiri profesorilor din cadrul Facultății de Hidrotehnică,

Geodezie și Ingineria Mediului care au contribuit la formarea mea profesională, dar și

colegilor, prietenilor, familiei pentru înțelegere și sprijinul moral oferit și tuturor celor

care m-au susținut în activitatea științifică.

Autoarea

Cuprins

CUPRINS:

Rezumat: Teză: CAPITOLUL I – DATE GENERALE. RESURSELE DE APĂ SI

VALORIFICAREA APELOR UZATE ÎN AGRICULTURĂ.

7 5

1.1. Necesitatea utilizării apelor uzate în irigaţii 7 5

1.1.1. Schimbările climatice și influența acestora asupra resurselor de

apă și a agriculturii

7 5

1.1.2. Prognoze şi scenarii privind impactul schimbărilor climatice

asupra mediului

8 10

1.2. Aspecte cantitative ale resurselor de apă la nivel mondial 8 13

1.3. Legislația U.E. și din România cu privire la valorificarea apelor uzate în

irigații 9 20

1.4. Particularităţi tehnice specifice valorificării apelor uzate în lucrările de

irigaţii

9 22

1.5. Aspecte ecologice și economice în cazul valorificării apelor uzate în

agricultură

9 24

1.6. Necesitatea şi oportunitatea studiului 10 25

1.7. Obiectivele cercetării 10 26

CAPITOLUL II – STADIUL ACTUAL AL VALORIFICĂRII APELOR

UZATE LA IRIGAREA CULTURILOR AGRICOLE. RISCURI ŞI

EXIGENŢE.

11 27

2.1. Realizări privind amenajările de irigații în ţările din Uniunea Europeană 11 27

2.1.1. Irigarea cu ape din resurse naturale 11 27

2.1.2. Irigarea cu ape uzate 11 27

2.2. Realizări privind amenajările de irigații în România 11 32

2.2.1. Irigarea cu ape din resurse naturale 11 32

2.2.1.1. Evoluţia cerinţelor de apă în domeniul irigaţiilor 11 33

2.2.1.2. Evoluția suprafețelor cultivate pentru obținerea

culturilor energetice

12 35

2.2.2. Irigarea cu ape uzate 13 40

2.3. Sisteme de agricultură şi eficacitatea irigării culturilor cu ape uzate 13 40

2.3.1. Sisteme de agricultură - 40

2.3.2. Sisteme de agricultură integrată și durabilă - 41

2.3.3. Riscuri şi exigenţe la irigarea cu ape uzate a culturilor agricole 14 43

2.3.3.1. Condiţii meteo la aplicarea lucrărilor de irigaţii - 43

2.3.3.2. Riscuri asupra solurilor şi asupra culturilor cauzate

de metale grele și bacterii patogene

- 44

2.3.4. Condiţii şi restricţii de aplicare 14 47

Concluzii parțiale

- 50

CAPITOLUL III – BAZELE TEORETICE ALE PROCESELOR DE

ELIMINARE A AZOTULUI ŞI FOSFORULUI DIN APELE UZATE.

MODELAREA MATEMATICĂ A MIŞCĂRII APEI ÎN SOL.

15 51

3.1. Teoria cinetică a proceselor de nitrificare-denitrificare/defosforizare 15 51

3.2. Modele matematice privind curgerea apei prin porii solului 17 68

3.2.1. Generalităţi asupra mişcării apei în sol 17 68

3.2.2. Modele matematice în soluri saturate – Legea lui Darcy 18 71

3.2.3. Modele matematice în soluri nesaturate – Legea lui Richards 19 77

3.3. Utilizarea programelor matematice pentru simularea proceselor cercetate 19 80

3.3.1. Utilizarea programului ISAREG şi a subprogramului EVAPOT 19 80

3.3.2. Utilizarea softului MOHID de modelare a fenomenului de

curgere a apei în sol

21 87

Cuprins

Rezumat: Teză:

CAPITOLUL IV – MĂSURI TEHNICE NECESARE PENTRU

VALORIFICAREA APELOR UZATE ÎN IRIGAŢII

24 94

4.1. Aspecte calitative privind apele uzate evacuate din aglomerările rurale şi

urbane

24 94

4.1.1. Compoziţia apelor uzate d.p.d.v. fizic, chimic, biologic şi

bacteriologic

24 94

4.1.2. Formele sub care se află substanţele nutritive (N şi P) în apele

uzate şi efectul lor asupra sănătăţii oamenilor şi asupra

animalelor

24 99

4.1.3. Necesitatea îndepărtării azotului și fosforului din apele uzate 26 107

4.2. Procese de îndepărtare a poluanţilor din apele uzate 27 110

4.2.1. Epurarea mecanică 27 110

4.2.2. Epurarea biologică convenţională 27 110

4.2.3. Epurarea biologică avansată 27 111

4.2.3.1. Scheme tehnologice biologice de nitrificare şi

denitrificare, tip preD, cu postD şi combinate

28 112

4.2.3.2. Eliminarea bacteriilor patogene 28 116

4.3. Tehnologii moderne aplicate în epurarea avansată a apelor uzate 28 117

4.3.1. Eliminarea azotului prin procese de nitrificare-denitrificare 28 117

4.3.1.1. Procedeul de eliminare a azotului cu nămol în bazin

unic

29 117

4.3.1.2. Procedeul de eliminare a azotului cu nămol în bazine

separate

29 118

4.3.2. Eliminarea fosforului prin procese anaerobe combinate cu cele

aerobe (de tip A/O)

30 120

4.3.2.1. Procedeul Anaerob/Onix 30 120

4.3.2.2. Procedeul PHOSTRIP 30 121

4.3.2.3. Procedeul bazinelor cu funcţionare secvenţială 31 121

4.3.3. Eliminarea azotului şi fosforului prin procese simultane(de tip

A2/O, Badenpho, UCT, VIP)

31 123

4.3.3.1. Procedeul Anaerob Anoxic/Oxic (A2/O) 31 123

4.3.3.2. Procedeul Bardenpho în 5 trepte 32 123

4.3.3.3. Procedeul UCT (University of Cape Town) 32 124

4.3.3.4. Procedeul VIP (Virginia Initiative Plant) 32 124

Concluzii parţiale

- 126

CAPITOLUL V – CERCETĂRI EXPERIMENTALE ASUPRA

TEHNOLOGIILOR DE EPURARE AVANSATĂ.

STUDIU DE CAZ: Staţia de Epurare a Municipiul Piatra Neamţ

33 127

5.1. Aspecte geografice privind Judeţul Piatra Neamţ 33 127

5.1.1. Generalităţi 33 127

5.1.2. Studii geomorfologice 33 128

5.1.3. Studii climatice 33 129

5.1.4. Studii hidrologice 35 132

5.1.5. Studii pedologice 35 133

5.2. Descrierea schemei tehnologice a staţiei de epurare retehnologizată şi

modernizată în vederea eliminării azotului şi fosforului

35 135

5.2.1. Amplasamentul staţiei de epurare 35 135

5.2.2. Mărimea debitului şi compoziţia apei uzate influente în staţia de

epurare

36 135

5.2.3. Determinarea gradului de epurare necesar apei uzate 37 139

5.2.4. Schema staţiei de epurare retehnologizată în vederea

implementării treptei terţiare

38 140

5.2.5. Studii de laborator asupra calităţii efluentului 41 145

Concluzii asupra eficienţei Staţiei de epurare a apelor uzate Piatra Neamţ

- 155

Cuprins

Rezumat: Teză:

CAPITOLUL VI – CERCETĂRI EXPERIMENTALE PRIVIND

IRIGAREA CU APE UZATE A CULTURILOR DE RAPIŢĂ ŞI SALCIE

ENERGETICĂ. PROGRAME UTILIZATE LA SIMULAREA

LUCRĂRILOR DE IRIGAŢII

43 156

6.1. Metode de lucru şi aparatura utilizată 43 156

6.1.1. Aparatura şi echipamente folosite - 158

6.1.2. Cercetări asupra modificării structurii solului şi a

caracteristicilor fizico-chimice

44 161

6.2. Cercetări asupra culturilor de rapiţă şi salcie energetică 47 176

6.2.1. Rezultatele irigării rapiței cu ape uzate 47 179

6.2.2. Rezultatele irigării salciei energetice cu ape uzate 50 185

6.3. Cercetări prin simulare numerică la interfaţa sol-apă de irigaţii 53 190

6.3.1. Modelarea parametrilor de irigare având la bază programul

ISAREG şi subprogramul EVAPOT

53 190

6.3.2. Modelarea mişcării efluentului în sol utilizând programul

MOHID Land

53 195

Concluzii parţiale

- 209

CAPITOLUL VII – CONCLUZII GENERALE

60 211

7.1. Conţinutul tezei 60 211

7.2. Contribuţia şi originalitatea lucrării 62 214

7.3. Perspective viitoare de cercetare

63 215

BIBLIOGRAFIE

64 216

ANEXE

ANEXA 1 Activitatea stiințifică în cadrul programului de doctorat –

ANEXA 2 Fișiere de date definite în subrogramul EVAPOT și

programul ISAREG

–

ANEXA 3 Definirea modulelor și rezultatele simulărilor din programul

MOHID Land –

Rezumat teză de doctorat : Studii şi cercetări privind epurarea avansată a apelor uzate în vederea valorificării efluentului la irigarea culturilor energetice

CAPITOLUL I

DATE GENERALE. RESURSELE DE APĂ ȘI

VALORIFICAREA APELOR UZATE ÎN AGRICULTURĂ

1.1. Necesitatea utilizării apelor uzate în irigații

Posibilitatea valorificării apelor uzate în irigații constituie o soluție în vederea

economisirii apei dulci în scopul asigurării cu apă potabilă a marilor aglomerări urbane,

respectiv utilizarea cât mai rațională a resurselor de apă existente la nivel planetar. De

asemenea, în zonele aride unde cantitatea de apă este un factor limitativ pentru producţia

agricolă, trebuie promovată soluţia irigării culturilor cu ape uzate. Se estimează că, la

nivelul anului 2050 nu va mai fi suficientă apă naturală pentru producerea hranei

necesare la nivel mondial şi de aceea este imperativ de a se promova şi susţine, încă de

pe acum, practici de economisire a apei dirijate în agricultură.

Condiția de a aplica soluția irigării cu ape uzate impune implementarea

tehnologiilor performante de purificare a acestor ape în scopul eliminării factorilor

toxici pentru sănătate (microorganismele, bacteriile, virușii, metalele grele) şi pentru a

respecta exigenţele în legislația aferentă privind protecţia mediului înconjurător. Soluția

de epurare a apelor uzate, frecvent aplicată, o constituie epurarea avansată (treapta

terțiară).

Prin urmare, creșterea populației și implicit a necesității resurselor de hrană,

intensificarea fenomenului de secetă şi necesitatea satisfacerii cerinței de apă pentru

agricultură, fac ca valorificarea apelor uzate să reprezinte o soluție pentru satisfacerea

cerinţei de apă.

1.1.1. Schimbările climatice și influența acestora asupra resurselor de apă și a

agriculturii

Schimbările climatice reprezintă una dintre cele mai mari ameninţări din punct

de vedere social, economic și al mediului. Potrivit celui de-al IV lea Raport Global de

Evaluare al Grupului Interguvernamental privind schimbările climatice – IPCC,

elaborat în anul 2007, activităţile umane contribuie semnificativ la declanșarea efectelor

climatice și a încălzirii globale. Impactul schimbărilor climatice se reflectă în formarea

efectului de seră, creşterea temperaturii medii cu variaţii semnificative la nivel regional,

diminuarea prin evaporare a resurselor de apă pentru populaţie, reducerea volumului

calotelor glaciare, creşterea nivelului oceanelor, modificarea ciclului hidrologic,

modificări în desfăşurarea anotimpurilor, creşterea frecvenţei şi intensităţii fenomenelor

climatice extreme precum si reducerea biodiversităţii.

În contextul actual al schimbărilor climatice, un loc aparte îl ocupă domeniul

agricol care asigură în primul rând hrană pentru toţi locuitorii planetei. Efectele

schimbărilor climatice asupra solului sunt evidențiate prin scăderea potențialului de

fotosinteză la nivelul solului, modificarea ciclului apei în natură prin reducerea vitezei

de evaporare a apei, scăderea potențialului agricol, creșterea suprafețelor regiunilor

aride, eroziunea solului, producerea inundațiilor, secetelor și alunecărilor de teren. Ca

urmare este foarte important ca domeniul agriculturii să ocupe un loc special în

strategiile de dezvoltare la nivel naţional, regional şi mondial.

7


1.1.2. Prognoze şi scenarii privind impactul schimbărilor climatice asupra mediului

Variabilitatea climatică va avea efecte directe asupra unor sectoare precum

agricultura, silvicultura, gospodărirea apelor, sectorul rezidențial și de infrastructură, va

conduce la modificarea perioadelor de vegetație si la deplasarea liniilor de demarcație

dintre păduri și pajiști, va determina creșterea frecvenței și intensității fenomenelor

meteorologice extreme (furtuni, inundații, secete), [134]. Regimul precipitaţiilor este

foarte variabil şi neuniform ca repartiţie, atât în spaţiu cât şi în timp, ceea ce duce la

secete frecvente.

1.2. Aspecte cantitative ale resurselor de apă la nivel mondial

În contextul actual al schimbărilor climatice și al diminuării resurselor de apă

au fost studiate resursele de apă la nivel mondial și asupra cerințelor de apă în domeniul

irigațiilor.

Un aspect care devine îngrijorător este acela că în ultimii 25 de ani scurgerile

de apă în peste 145 mari cursuri de apă din lume a scăzut cu 1/5 (20%) ca o consecinţă

primară a schimbărilor climatice [53]. Consumul mediu de apă la nivel mondial este de

650 m³/loc./an din care 8% pentru nevoi umane, 23% în industrie şi 69% în agricultură .

În România resursa de apa specifică este apreciată la 1780 m3/an·locuitor, din acest

punct de vedere țara noastră deține locul 21 în Europa.

Conform evaluării s-a constatat că o scădere a resurselor de apă și o creștere a

populației va duce la imposibilitatea producerii de hrană necesară în viitor, în multe

părţi ale lumii [10], [106]. Pentru a evita o astfel de criză a apei la nivel global, trebuie

să se găsească soluții privind creșterea productivității în vederea satisfacerii cerinţelor

tot mai mari de alimente, precum și modalităţi de a utiliza apa rațional.

Se estimează ca în anul 2025, doar pentru menținerea acelorași suprafețe

irigate în prezent cantitatea de apă necesară agriculturii va creşte cu 14% faţă de cea

actuală. Circa 90% din sporul de producţie agricolă se va realiza de pe terenurile

existente cultivate şi 10% de pe noi terenuri ce vor fi ameliorate prin lucrări specifice

(îndiguire, drenaj).

Tab. 1.6. Evoluţia cerinţelor de apă în România, [10]

Anul Cerinţa de apă

[mld. m3/an]

Din care nerecuperabil

[mld. m3/an]

1975 14,4 9,7

1980 22,4 15,3

1990 35 25,6

2000-2010 46 36

Conform datelor furnizate de “The World Resources Institute” privind situația

cerințelor de apă comparativ cu alte țări europene, în România din totalul cantităţilor de

apă utilizabilă 13% deserveşte populaţia, 46% în industrie şi restul de 41% sunt folosite

în agricultură.

8


1.3. Legislația U.E. și din România cu privire la valorificarea apelor uzate în

irigații

Penuriile severe de apă, contaminarea, zonele urbane dens populate,

agricultura intensiv irigată și populația în continuă creștere, cu standarde mai ridicate de

viață, sunt factori care fac esențială reutilizarea apelor uzate tratate, în vederea creșterii

cantității potențiale și atenuării deficitului de apă. Drept consecință ISO a creat un

comitet de proiect nou, ISO/PC 253, pentru a dezvolta un standard privind utilizarea și

epurarea apelor uzate în vederea folosirii acestora pentru irigații, denumit „Comitetul

ISO/PC 253 – Reutilizarea pentru irigații a apelor uzate și viitorul standard ISO

16075”.

Standardul are drept scop oferirea celor mai bune practici și prevenirea

efectelor adverse asupra sănătății publice, mediului, solurilor și culturilor agricole ca

urmare a irigării cu ape uzate epurate. Proiectul a fost propus inițial de SII (membru ISO

pentru Israel), care deține secretariatul ISO/PC253. Prima întâlnire a avut loc în

octombrie 2010 iar publicarea standardului ISO 16075 este așteptată în anul 2013.

1.4. Particularităţi tehnice specifice valorificării apelor uzate în lucrările de irigaţii

Administrarea apelor uzate trebuie efectuată în condiții optime de umiditate a

solului, pentru a se evita spălarea în profunzime a elementelor nutritive si pentru a

reduce scurgerile. De asemenea trebuie respectate următoarele măsuri:

a) nu se administrează în irigații ape uzate pe soluri a căror temperatură este sub 50C;

b) norma de udare se aplică astfel încât apa uzată să se infiltreze și înmagazineze

integral în sol;

c) nu se administrează în irigații apa uzată în zilele ploioase pentru a se evita infiltrarea

poluanților din apă sub zona de acțiune a sistemului radicular;

d) timpul de administrare se alege astfel încât până la semănat să aibă loc dispersia

sărurilor și nitrificarea concentrațiilor de amoniac, în concordanță cu nivelul de toleranță

al culturilor;

e) înainte de administrare, apa uzată se va stoca în bazine, cel puțin 30 de zile, pentru a

reduce potențialul epidemiologic.

La administrarea pe terenurile agricole a apelor uzate, în ceea ce privește

volumul de apă uzată distribuită trebuie avute în vedere textura solului, nivelul apei

freatice, drenajul natural al terenului, conținutul în azot al apei uzate, necesarul de azot

al culturilor și cerințele pentru apă a culturilor.

1.5. Aspecte ecologice şi economice în cazul valorificării apelor uzate în agricultură

La utilizarea apelor uzate în irigarea culturilor agricole trebuie să se aibă în

vedere:

necesitatea nutriţională a plantelor;

menţinerea valorii pH-ului din solurile pe care urmează a fi aplicate apele uzate la

limita de 6.5;

efluentul folosit în irigaţii să se încadreze în limitele maxime admisibile privind

compoziţia biologică şi bacteriologică.

9


Cu toate că în desfăşurarea proceselor de epurare mecanică şi biologică

concentraţia microorganismelor patogene, ouă de helminţi, viruşi etc. au fost reduse şi

parţial distruse, totuşi, în efluent, rămâne o cantitate importantă de bacterii patogene.

Deci, există riscul unei contaminări bacteriologice a culturilor. Astfel că, înainte de

aplicarea apelor uzate pe câmpurile agricole, trebuie să se aibă în vedere eliminarea

riscului potenţial al contaminării ecosistemului agricol cu agenţi patogeni (bacterii,

viruşi, etc.).

Toate aceste procedee sunt costisitoare şi reclamă echipamente speciale, motiv

pentru care se apelează la soluţii ieftine şi uşor de verificat.

Când regimul precipitaţiilor este extrem de scăzut sau când se înregistrează

perioade îndelungate de secetă, apa uzată epurată poate fi folosită doar la culturi ce nu

sunt folosite pentru consum în hrana oamenilor sau animalelor [36]. Astfel de culturi pot

fi cele energetice (salcia energetică, rapiţa, iarba elefantului, etc.), constituind materia

primă pentru producerea de energie ecologică (peleţi, biodisel, biometan, etc.)

1.6. Necesitatea și oportunitatea studiului

Posibilitatea valorificării apelor uzate poate prezenta o soluție eficientă pentru

asigurarea de producții maxime în perioadele de secetă la unele culturi agricole. Pentru a

evita un posibil impact negativ asupra sănătății oamenilor, pe care l-ar putea prezenta

produsele agricole obținute prin irigarea cu ape uzate, se impune un studiu aprofundat

ştiinţific privind posibilitatea valorificării acestor ape în vederea irigării culturilor

energetice utilizate în producţia de biomasă.

Din aceste considerente, în prezenta teză de doctorat, se caută pe baza unor

cercetări efectuate în câmpuri experimentale, să se răspundă la problemele mai sus

menționate în strânsă corelare cu simularea matematică a irigării pe o perioada de 4 ani

consecutiv, în vederea stabilirii modificărilor asupra solului și culturii.

1.7. Obiectivele cercetării

Ţinând seama de gravele perturbări ecologice manifestate la nivel mondial, ca

urmare a schimbărilor climatice, reprezentand una dintre cele mai grave și actuale

probleme cu care ne confruntăm în secolul XXI, prezenta lucrare își propune

identificarea, analiza și implementarea noilor tehnologii avansate de epurare a apelor

uzate, în vederea valorificării efluentului la irigarea culturilor energetice.

10


CAPITOLUL II

STADIUL ACTUAL AL VALORIFICĂRII APELOR UZATE

LA IRIGAREA CULTURILOR AGRICOLE.

RISCURI ŞI EXIGENŢE.

2.1. Realizări privind amenajările de irigații în ţările din Uniunea Europeană

2.1.1. Irigarea cu ape din resurse naturale

În Europa, 44% din apa captată se utilizează pentru producţia de energie, 24%

pentru agricultură, 21% pentru aprovizionarea cu apă a populaţiei şi 11% în industrie

[10]. În sudul Europei, spre exemplu, agricultura consumă 60% din totalul apei captate,

procentul ajungând chiar şi la 80 % în anumite zone, datorită deficitului în precipitaţii.

2.1.2. Irigarea cu ape uzate

În prezent nu există în Europa lucrări aprofundate ştiințific. Încercări pe

câmpuri experimentale au loc în Bulgaria (Varna - în apropiere de orașul Razlog se

irigă cu ape uzate provenite de la fabrica de bere), Franța (lângă Paris - ca metodă de

epurare se utilizează metoda de epurare biologic naturală, [22], [56]), Germania

(Braunschweig), Italia (Sicilia), Olanda (folosirea apelor uzate la irigarea prin

aspersiune), Polonia (zona orașului Lodz, Pabianioze și Wroclaw) și în Ungaria (unde

se folosesc apele uzate ale orașului Kecskemet la irigarea prin amenajări de câmpuri de

infiltrație).

2.2. Realizări privind amenajările de irigații în România

2.2.1. Irigarea cu ape din resurse naturale

În România, conform datelor furnizate de Agenţia Naţională de Îmbunătăţiri

Funciare, se irigă anual o suprafaţa totală de 2.997.471 ha, din care prin aspersiune

2.670.803 ha, prin brazde 276.938 ha şi prin inundare 49.730 ha (fig.2.7).

2.2.1.1. Evoluţia cerinţelor de apă în domeniul irigaţiilor

Zona irigabilă din România reprezintă 9% din totalul terenurilor arabile, în

timp ce suprafaţa irigată este de 1%. Conform datelor Administraţiei Naţionale de

Îmbunătăţiri Funciare [170], în România suprafeţele irigate au crescut în anul 2009,

comparativ cu cele din anul 2005, cu aproximativ 665.000ha, reprezentate de

aproximativ 432 de unițăți administrative particulare de irigații (fig.2.8). Suprafaţa cu

potenţial economic irigabil se apreciază la 5,5 mil ha, din care 3,5 mil ha cu eficienţă

economică mare. În acest context, irigaţiile vor deveni cel mai important consumator de

apă din agricultură şi unul dintre principalii consumatori pe plan naţional, solicitând în

medie 35 – 45% din resursele de apă exploatabile ale ţării.

Pentru menţinerea valorilor necesare acoperirii cererii de alimente la nivel

mondial, aflate în creştere, ar trebui ca suprafeţele cu terenuri irigate să crească cu cca.

11


30% ceea ce ar conduce la necesitatea creşterii cantităţii de apă proaspătă pentru irigaţii

cu 15-20%.

2.2.1.2. Evoluția suprafețelor cultivate pentru obținerea culturilor energetice

Culturile energetice, conform R(CE) nr.1782/2003 Art.88, sunt culturile

agricole utilizate pentru obţinerea biocombustibililor, biocarburanţilor, energiei electrice

şi termice produsă din biomasă prin cogenerare. Organizaţia Naţiunilor Unite (ONU)

estimează că în 15 - 20 de ani, un sfert din energia şi combustibilii folosiţi la nivel

mondial vor proveni din biomasă sau din surse alternative. În acest context, culturile

energetice (rapiţa, salcia energetică, trestia, iarba energetică, floarea soarelui, soia, etc.)

prezintă un interes din ce în ce mai mare la nivel global, în scopul obţinerii biomasei.

Uniunea Europeană ocupă locul întâi pe plan mondial ca producător,

consumator și importator de rapiță, potrivit Departamentului de Agricultură al

guvernului american (USDA).

Fig.2.13.Primele poziții ale ţărilor producătoare de rapiţă în Europa, în 2012

La nivelul anului 2010, suprafaţa cultivată cu rapiţă a situat România în

primele cinci state membre U.E., iar ponderea acesteia în suprafața totală cultivată cu

rapiță a Europei a scăzut cu 1,7%, față de anul precedent. Se estimează că producţia va

scădea la 180.000 de tone, de la 670.000 de tone în 2012.

Fig.2.14. Suprafețele de exploatație agricolă din România şi zonele cu plantaţii de

rapiţă

12


Salcia energetică este cunoscută şi sub denumirea de salcie repede

crescătoare, este cultivată în scopul obținerii de resurse energetice, fiind utilizată ca

biomasă pentru fabricarea de brichete sau peleţi folosite la încălzirea centralelor

termice.

În anii 70 au început cercetările pentru salcie la Institutul Lantmannen

Agroenergi (Suedia), în cadrul cărora s-a urmărit crearea unor soiuri cu valoare

energetică ridicată, cu dezvoltare rapidă, rezistente la diferite condiţii de mediu şi care

să reprezinte o sursă de biomasă ieftină. Astfel, s-au obţinut hibrizi cu o valoare calorică

de 4900 kcal/kg, cu o creştere zilnică între 3-3,5 cm şi care sunt rezistenţi la boli,

dăunători şi îngheţ. O plantaţie are viaţa de 25-30 ani în care în primul an de viaţă

producția este nesemnificativă, de cca. 10t/ha (în această perioadă se dezvoltă rădăcina)

iar în anii următori producţia anuală este de 40-45 t/ha (după evidenţele suedeze şi 50-

60 t/ha in Ungaria).

Acest tip de cultură nu este suficient de cunoscut, pe teritoiul Romaniei

cultivandu-se prima dată în anul 2007, în zona Harghitei şi a Braşovului (fig.2.15).

Fig.2.15. Zone din Romania în care se plantează salcia energetică

2.2.2. Irigarea cu ape uzate

În Romania existau, la nivelul anului 1996, peste 60000 ha cu amenajari

de irigație cu ape uzate, provenind de la complexele zootehnice, incluse în circa

30 de sisteme de irigație [63], [92]. În prezent acestea nu mai sunt funcționale,

fiind abandonate.

2.3. Sisteme de agricultură şi eficacitatea irigării culturilor cu ape uzate

Sistemul de agricultură reprezintă complexul de factori naturali şi antropici

care ajută la derularea firească a procesului de producţie agricolă.

În Europa, în domeniul agricol, în funcţie de tehnologiile utilizate sunt

practicate diferite sisteme de agricultură: durabilă, convenţională (moderat intensivă şi

puternic intensivă), de precizie, extensivă, biologică (alternativă) si organică;

13


2.3.3. Riscuri şi exigenţe la irigarea cu ape uzate a culturilor agricole

Rezultatele obţinute în ultima perioadă, de către cercetători specialişti în

diferite câmpuri experimentale au evidenţiat faptul că irigarea cu ape uzate, practicată în

mod necorespunzător poate prezenta diferite riscuri asupra mediului dintre care cele mai

importante sunt oboseala solului, calitatea necorespunzătoare a apelor uzate,

colmatarea terenurilor amenajate, riscuri cauzate de prezența metalelor grele, a

bacteriilor patogene.

2.3.4. Condiţii şi restricţii de aplicare

În compoziția apelor uzate predomină ca principali impurificatori substanțele

organice (hidrați, proteine, lipide), produșii lor de transformare precum și o mare

varietate a combinațiilor între aceste substanțe. Cei mai periculoși poluanți sunt cei de

natură organică, deoarece aceștia intră în fermentație accentuând fenomenul de

eutrofizare.

Cercetările recente evidenţiate în literatura de specialitate arată că în staţiile de

epurare echipate cu o treaptă mecanică şi biologică, eficienţa privind eliminarea azotului

total 5-25%, adică o mare parte din compușii azotului ajung în receptori cu consecințe

negative asupra mediului înconjurător.

Fosforul, împreună cu compușii azotului sunt asimilați cu ușurință de către

alge, contribuind direct la creșterea ritmului de eutrofizare a apelor stătătoare sau a celor

cu curgere lentă.

Tab.2.4. Eficiența eliminării concentrațiilor compușilor de azot

Forma de azot

Concentrația compușilor de N (mg/dm3) Eficiența medie

totală a epurării(%)

În apa uzată În efluentul

primar În efluentul

secundar

Azot organic 10-25 7-20 3-6 30-60

Amoniu 10-30 10-30 10-30 0

Nitriti 0-0,1 0-0,1 0-0,1 0

Nitrati 0-0,5 0-0,5 0-0,5 0

Azot total 15-50 15-40 15-40 15-40

Tab.2.5. Eficiența eliminării concentrațiilor compușilor de fosfor

Forma de fosfor

Concentrația compușilor de P (mg/dm3) Eficiența medie

totală a epurării (%)

În apa uzată

În efluentul primar În efluentul

secundar

Fosfor organic 1-3 0,5-2 0,5-1 30-60

Ortofosfati 2-8 1-7 1-8 0-40

Polifosfati 2-8 2-8 1-3 20-60

Fosfor total 4-14 3-12 3-11 10-30

Reținerea azotului și fosforului din apele uzate constituie o preocupare majoră

în întreaga lume datorită surselor de apă care sunt din ce în ce mai puține și mai poluate.

Sub aspect legislativ sunt evidențiate valorile indicatorilor de calitate ai apelor uzate ce

urmează a fi valorificate în irigații.

14


CAPITOLUL III

BAZELE TEORETICE ALE PROCESELOR DE ELIMINARE A AZOTULUI ŞI

FOSFORULUI DIN APELE UZATE.

MODELAREA MATEMATICĂ A MIŞCĂRII APEI ÎN SOL

3.1. Teoria cinetică a proceselor de nitrificare-denitrificare/defosforizare

Procesul de nitrificare biologică este procesul în care azotul, sub formă de ioni

de amoniu, din apa uzată neepurată este oxidat succesiv la nitrit (NO2-) și apoi la nitrat

(NO3-), într-un mediu bine oxigenat. Evacuarea apelor uzate nitrificate va satisface în

general cerințele de acceptare a receptorului unde reducerea necesarului de oxigen

pentru azot este cerută sau unde reducerea toxicității amoniacului este necesară.

În procesul de nitrificare au loc două procese importante: reducerea substanței

organice, ce se realizează cu ajutorul unor bacterii aerobe heterotrofe (fig.3.1.a.) și

respectiv reducerea azotului amoniacal (nitrificarea propriu-zisă) care se realizează cu

ajutorul unor populații de bacterii aerobe autotrofe (fig. 3.1.b.), care oxidează amoniu la

nitrat cu formarea intermediară a nitritului.

a) aerobe heterotrofe b) aerobe autotrofe

Fig.3.1. Reprezentarea schematică a metabolismului bacteriilor implicate în procesul de

nitrificare

Stoechiometria nitrificării

La nivel biochimic, procesul de nitrificare, presupune mai mult decât oxidarea

succesivă a amoniului la nitrit de către bacteriile Nitrosomonas și a nitritului la nitrat de

către Nitrobacter. Sunt implicate numeroase reacții intermediare și enzime.

Fig.3.2. Schema procesului de nitrificare

Cinetica nitrificării Expresiile cinetice vor fi dezvoltate pentru a descrie rata creșterii

nitrificatorilor și a oxidării amoniului precum și impactul pe care îl au un număr de

factori de mediu asupra acestor rate. De asemenea, vor fi evaluați și alți factori care au

15


un impact asupra eficienței și performanței bazinelor de nitrificare, inclusiv consumul

biochimic de oxigen la proporția de azot și influențele zonelor de reducție.

Factorii care influențează procesele de nitrificare sunt temperatura,

concentrația oxigenului dizolvat, pH-ului si alcalinității, raportul carbon organic

influent/azot.

Bazele teoretice ale procesului de denitrificare Denitrificarea biologică continuă procesul de nitrificare şi constă în reducerea

progresivă a nitratului la nitrit şi în final a nitritului până la forma de azot molecular,

utilizând un mediu lipsit de oxigen sub acțiunea bacteriilor denitrificatoare. Condiţia

necesară a acestei reacții o constituie lipsa oxigenului molecular, locul acestuia, pentru

asigurarea respiraţiei bacteriene, este luat de nitrat.

Fig. 3.7. Reprezentarea schematică a metabolismulului bacteriilor anoxice heterotrofe

Transformarea nitratului la o formă mai ușor de eliminat este realizată prin

bacterii de tipul achromobacter, aerobacter, alcaligenes, bacillus, brevibacterium,

flavobacteriu, lactobacillus, micrococcus, proteus, pseudomonas și spirillum.

Fig.3.8. Schema procesului de denitrificare

Stoichiometria denitrificării

În procesul de denitrificare, nitratul și nitritul acționează ca acceptor de

electroni în lanțul de transport electronic în același mod ca și oxigenul.

Procesul implică transferare de electroni de la un donor de electroni (ex. substrat

organic) la un acceptor de electroni oxidat (ex. oxigen, nitrat, nitrit). Ecuațiile

stoichiometrice teoretice pun în evidenţă masa de donatori de electroni (ex: substratul de

carbon) și acceptori (ex: oxigen, nitrați și nitriți) consumați și masa de celule produse în

timpul oricărui proces biologic.

Factorii care influențează denitrificarea sunt temperatura, concentrația

oxigenului dizolvat, pH-ului si alcalinității.

16


Fig.3.10. Schema procesului de nitrificare- denitrificare

3.2. Modele matematice privind curgerea apei prin porii solului

3.2.1. Generalităţi asupra mişcării apei în sol

Modelarea matematică a fenomenelor de curgere şi transport se bazează atât

pe modele hidrodinamice cât şi hidraulice. După modul de considerare a vitezei de

variaţie a parametrilor hidraulici în acvifere, problemele de curgere pot fi atât în regim

tranzitoriu, cât şi în regim permanent (staţionar). Trebuie subliniat faptul că "modelele

matematice sunt folositoare când sunt suficiente date geologice semnificative şi când

există înregistrări pe mai mulţi ani privind mişcarea contaminanţilor".

Solul, datorită organizării sale complexe, se prezintă ca un rezervor natural de

apă, cu un consum continuu al acesteia, dar şi în continuă reînnoire. Conţinutul de apă al

solului, mereu schimbător în cantitate şi calitate, îndeplineşte complexe funcţii

ecologice. El are un dublu caracter: de factor ecologic, participând la fiziologia şi

creşterea plantelor şi de determinant ecologic, influenţând sau condiţionând existenţa

altor factori şi determinanţi ecologici (aerul, căldura, reacţia, substanţele nutritive

accesibile, microorganismele, consistenţa, etc.)

Mişcarea apei din sol este determinată de diferenţa de potenţial a apei între

două puncte date [112]. Apa în sol se deplasează de la punctele cu potenţial hidraulic

mai mare către punctele cu potenţial hidraulic mai mic, iar forţa motrice a mişcării o

constituie gradientul potenţial al apei din sol.

Forţele ce determină circulaţia apei din sol pot fi împărţite, după forma

caracteristică a mişcării pe care o produc, în forţe mecanice (din care fac parte forţele

gravitaţionale), forţe de presiune (hidrostatice) si forţe capilare (care determină

circulaţia masivă/globală a apei în stare lichidă), [12].

17


Fig. 3.12. Mişcarea apei în sol

Vegetația are un rol important în procesul de infiltrație și de scurgere de

suprafață. În prezenţa vegetaţiei o parte din precipitaţie este reţinută prin intercepţie de

stratul vegetal iar restul ajunge pe sol străbătând foliajul sau prin curgerea pe trunchiul

arborilor (fig.3.13).

Fig.3.13. Apa în sistemul sol-plantă-atmosferă.

3.2.2. Modele matematice în soluri saturate – Legea lui Darcy

În solul saturat, circulaţia apei are loc în conformitate cu legea lui Darcy.

Acesta, fiind solicitat să rezolve problema aprovizionării cu apă a oraşului Dijon, a

efectuat numeroase studii, ajungând la formularea legii care îi poartă numele.

Domenii de valabilitate a legii lui Darcy

Legea lui Darcy este valabilă pentru regimurile de curgere laminară care au

loc, de obicei, în nisipurile fine, şilţuri şi argile. Legea lui Darcy poate să descrie însăşi

procesele curgerii continuu sau staţionare, în care fluxul rămâne constant şi egal de-a

18


lungul sistemului de direcţionare (deci potenţialul şi gradientul rămân în orice punct

constant cu timpul).

3.2.3. Modele matematice în soluri nesaturate – Legea lui Richards

Legea lui Darcy, deşi concepută iniţial pentru mişcarea apei în solurile

saturate, a fost extinsă de Richards şi pentru condiţii de nesaturare, cu precizarea că

acum conductivitatea hidraulică este o funcţie a sucţiunii matriciale.

3.3. Utilizarea programelor matematice pentru simularea proceselor cercetate

Dezvoltarea cercetarilor în domeniul complex al relațiilor dintre apa-sol-plantă și

variațiile climatice, a permis elaborarea unor modele matematice capabile de a simula

procesele naturale în conducerea procesului de irigare și mișcarea apei în sol.

3.3.1. Utilizarea programului ISAREG şi a subprogramului EVAPOT

Simulările de irigaţii cu ajutorul acestor modele şi programe de calcul permit

stabilirea cerinţelor de irigaţii în condiţii climatice reale (de distribuţia în timp a

precipitaţiilor şi a evapotranspiraţiei), pedologice (capacitatea de reţinere, ş.a),

agrotehnice. Elementele bilanţului hidric sunt modelate matematic, folosindu-se fie

modelele de tip "flux", fie modelele de tip "rezervor" [139].

Fig.3.15. Clasificarea modelelor de calcul pentru cerința de irigație

ISAREG este un model conceptual pentru simularea şi optimizarea

programării irigării terenurilor agricole realizat de profesorul Pereira și colaboratorii săi

de la Institutul de Agronomie, Universitatea Tehnică din Lisabona (Portugalia), la care

am participat personal la diverse aplicații. Modelul stabilește datele de aplicare a

udărilor și normele de udare pentru un sezon și pentru o cultură, efectuează un bilanţ sol

– apă pentru irigaţii, în combinaţie cu o rutină pentru apă – producţie, pentru a optimiza

programarea udărilor.

Modelul de calcul al necesităţilor hidrice se bazează pe realizarea bilanţului

hidric al solului, considerându-l un rezervor care primeşte apă din precipitaţii, irigaţii,

ascensiunea capilară, şi care pierde apă prin evapotranspiraţia culturilor, prin scurgerile

superficiale şi prin percolare (fig. 3.16).

19


Fig. 3.16. Bilanţul hidric al solului

Fig. 3.17. Schema logică a programului ISAREG

Submodulul EVAPOT aparţine modulului de calcul ISAREG, conceput să

determine evaporaţia de referinţă zilnică, lunară sau anuală pe perioada luată în calcul.

20


Modulul ISAREG este dependent de fișierele formate în urma rulării submodulul

EVAPOT. Pentru rularea submodulului EVAPOT, se definește perioada de calcul şi se

crează fișiere cu datele climatice caracteristice zonei cercetate.

Subprogramul oferă posibilitatea determinării evaporaţiei de referinţă după 3

metode de calcul. Metoda Penman şi metoda Penman-Monteith oferă cea mai mare

precizie în calculul ET0 pentru perioade de estimare sub 5 zile.

3.3.2. Utilizarea softului MOHID de modelare a fenomenului de curgere a apei

în sol

Denumirea MOHID reprezintă prescurtarea din portugheză "Modelo

Hidrodinâmico" (Model Hidrodinamic). Programul a fost creat în 1985 şi dezvoltat

ulterior de o echipă de cercetători din cadrul Institutului Superior Tehnic în colaborare

cu Hidromod Lda. (http://www.hidromod.pt), incluzând de asemenea contribuţii ale

echipei permanente de cercetare şi ale doctoranzilor din cadrul Departamentului de

Inginerie a Mediului şi Mecanică, cât şi a studenţilor de la cursul de master "Modelarea

mediului marin".

Software-ul MOHID este un sistem de modelare al apei, bazat pe module de

volume finite realizate în ANSI FORTRAN 95 utilizând filosofia programării orientate

pe obiect, integrând diverse modele numerice şi susţinând interfaţa grafică a

utilizatorului ce gestionează toată pre şi post-procesarea, fiind structurat pe trei modele:

MOHID Land, MOHID River și MOHID Water, acestea rezolvă o serie întreagă de

probleme reprezentate schematic în figura 3.20.

Fig.3.20. Principalele probleme rezolvate în cadrul programului MOHID

21


Ecuaţiile ce definesc modulele din softul MOHID Land

MOHID Land este cel mai recent executabil de bază din cadrul programului

MOHID. În cadrul lui a fost integrat si executabilul MOHID Soil care simulează fluxul

de apă prin mediul poros. Acesta rezolvă ecuaţia lui Richards pentru a simula fluxurile

de apă în mediul poros saturat şi nesaturat, proprietăţile hidraulice fiind descrise cu

ajutorul funcţiei Van Genuchten

.

Fig.3.23. Geometria şi ecuaţiile Mohid Land, [166]

Suprafaţa terenului este descrisă bidimensional de o reţea de linii orizontale,

impartita in celule (fig.3.23). Înălţimea este specificată în centrul fiecărei celule din grila

de linii, folosind un DTM (digital terrain model). Mediul poros este un domeniu

tridimensional, cu aceleaşi linii orizontale ca şi suprafaţă, şi cu linii verticale care să

permită determinarea grosimii straturilor. Reţeaua hidrografică este un domeniu

unidimensional definit din DTM. Pentru calcularea variabilelor şi a fluxurilor, modelul

foloseşte abordarea volumului finit (volum de control).

Modulele din MOHID Land

Module dezvoltate asociate cu procese specifice ce pot fi întâlnite în funcție de

mediile specifice simulate, crează o structură modulară. Procesele principale rezolvate

fiind prezentate în cele ce urmează pentru fiecare modul MOHID Land.

Tab.3.4. Modulele MOHID Land Denumire modul Descriere

Modulul Athmosfere calculează evapotranspirația reală și de referință

Modulul PorousMedia calculează infiltraţiile, mişcarea nesaturată şi saturată a apei

Modulul Porous

Media Properties

calculează proprietăţile de transport şi transformările din sol

Modulul Sediment

Quality

calculează transformările proprietăţilor în sol conduse de microorganisme (mineralizarea, nitrificarea, denitrificarea, etc.)

22


Denumire modul Descriere

Modulul PREEQC calculează transformarea proprietăţilor în sol prin echilibru chimic

Modulul Runoff calculează scurgerea de suprafaţă în zona luată în calcul

Modulul Runoff

Properties

calculează proprietăţile transportului în timpul scurgerilor

Modulul Vegetation gestionează creşterea vegetaţiei şi practicile agricole

Modulul Basin

gestionează informaţiile dintre module şi calculează interfaţa, forțând fluxurile dintre atmosferă şi sol (evaportranspiraţia

potenţială)

În vederea centralizării datelor inițiale programul împarte fișierul numit

„General data”, în 4 subfişiere numite: „Boundary conditions”, „Digital Terrain”,

„Initial Conditions” şi „TimeSeries Location”.

Scheme logice de modelare a programului MOHID

În funcție de modulul care ne interesează și pe baza relațiilor pe care

funcționează programul matematic de simulare MOHID Land, s-au elaborat scheme

logice de funcționare pentru Modulul Hidrodinamic şi Modulul Water Proprieties.

Fig. 3.24. Schema logică a modulului Hidrodinamic

Fig. 3.25. Schema logică între modulul Water Properties și alte module

23


CAPITOLUL IV

MĂSURI TEHNICE NECESARE PENTRU

VALORIFICAREA APELOR UZATE ÎN IRIGAŢII

4.1. Aspecte calitative privind apele uzate evacuate din aglomerările rurale şi

urbane

4.1.1. Compoziţia apelor uzate d.p.d.v. fizic, chimic, biologic şi bacteriologic

Caracterizarea compoziţiei apelor uzate privind calitatea acestora se face în

urma analizelor de laborator de către agenţii economici ce utilizează reţelele de

canalizare, inspectoratele de protecţie a mediului, direcţiile de ape bazinale şi

administratorii staţiilor de epurare, urmărindu-se astfel caracteristicile fizice, chimice şi

biologice.

4.1.2. Formele sub care se află substanţele nutritive (N şi P) în apele uzate şi efectul

lor asupra sănătăţii oamenilor şi asupra animalelor

Azotul este elementul de bază din constituția proteinelor și aminoacizilor ce

provine din diverse procese biochimice de degradare a produselor vegetale și animale,

unde sunt transformați în ioni de amoniu, nitrați, nitriți sau rămân ca azot albuminoidal.

Fig.4.3. Ciclul azotului

24


Fig. 4.6. Ciclul azotului în apele de suprafaţă

Fig. 4.7. Ciclul azotului în sol şi în freatic

Prezența fosforului în apele naturale este legată de șiroirea apelor pe câmpuri

fertilizate cu îngrășăminte fosfatice precum şi prin impurificarea cu ape uzate menajere,

de la unități zootehnice și de la degradarea biochimică a microorganismelor vegetale și

animale, fiind unul din constituienții de bază ai celulelor vegetale și animale.

25


Fig. 4.8. Circuitul P în natură

4.1.3. Necesitatea îndepărtării azotului și fosforului din apele uzate

Azotul și fosforul sunt elementele chimice cunoscute sub denumirea de

nutrienți, fiind substanțe necesare vieții. Însă în situațiile în care cantitățile acestora

depășesc limita admisibilă în apele uzate acestea prezintă un impact negativ asupra

mediului înconjurător, devenind poluanți agresivi pentru apele subterane, apele de

suprafață, sol și aer.

Biostimularea creşterii plantelor şi algelor în apele de suprafaţa (fenomenul

de eutrofizare)

Fig.4.9. Schema fenomenului de eutrofizare

În prezent 30-40% din apele de suprafață sunt afectate într-o masură mai mică

sau mai mare de fenomenul de eutrofizare [49], [56]. Eliminarea nutrienților din apă este

esențială pentru un impact redus al stației de epurare asupra mediului înconjurător prin

reducerea la minim a riscului de eutrofizare a cursurilor naturale [43].

26


4.2. Procese de îndepărtare a poluanţilor din apele uzate

Epurarea apelor uzate se poate realiza prin metode ce se bazează pe procese

fizice, chimice şi biologice, care diferă funcţie de tipul poluanţilor şi concentraţia lor în

apă uzată.

Fig. 4.11. Schema generală a circuitului apelor uzate în stația de epurare

4.2.1. Epurarea mecanică În cadrul treptei primare (epurarea mecanică) sunt folosite instalaţii de reţinere

a corpurilor şi suspensiilor mari (grătare, site), de separare a uleiurilor şi grăsimilor prin

flotare (separatoare de grăsimi, sedimentarea materialelor solide în suspensie, realizată

în deznisipatoare şi decantoare).

4.2.2. Epurarea biologică convenţională În cadrul treptei de epurare secundare (epurarea biologică) se folosesc procese

biochimice prin care se îndepărtează materiile solide coloidale şi compuşii organici

biodegradabili, realizată în bazine cu nămol activ, în filtre biologice sau iazuri biologice.

4.2.3. Epurarea biologică avansată

Epurarea avansată a apelor uzate sau treapta terţiară, constituie o soluţie nouă

tehnologică de reţinere din apele uzate a compuşilor azotului şi fosforului în special,

precum şi a altor impurificatori a căror structură chimică şi biologică nu permit a fi

reţinute şi eliminate într-o staţie de epurare convenţională [21], [37], [44], [98].

Fig. 4.13. Clasificarea metodelor de epurare avansată

27


4.2.3.1. Scheme tehnologice biologice de nitrificare şi denitrificare, tip preD, cu

postD şi combinate Pentru realizarea nitrificării și denitrificării se pot utiliza diferite scheme

tehnologice unde se poate asigura desfășurarea proceselor în același reactor sau în

reactoare independente.

Procedeele de nitrificare pot fi clasificate pe baza gradului de separare a

funcțiilor de oxidare a carbonului și de eliminare a azotului prin nitrificare:

a) nitrificare într-o singură fază, unde oxidarea carbonului și nitrificarea au loc în

același reactor (fig.4.14).

Fig.4.14. Schema de nitrificare într-o singură fază

b) nitrificarea în două faze separate, unde oxidarea carbonului și nitrificarea au loc în

reactoare independente (fig.4.15.).

Fig. 4.15. Schema de nitrificare în două faze separate.

4.2.3.2. Eliminarea bacteriilor patogene

Eliminarea bacteriilor patogene din apele uzate epurate, constituie un proces

de epurare avansată ce se efectuează prin procedeul de dezinfecție, care cuprinde două

faze: pătrunderea dezinfectantului prin peretele celular și denaturarea materiilor proteice

din protoplasmă [40].

4.3. Tehnologii moderne aplicate în epurarea avansată a apelor uzate

4.3.1. Eliminarea azotului prin procese de nitrificare-denitrificare

Eliminarea concentraţiilor de azot din apele uzate prin metode avansate de

epurare presupune transformarea azotului amoniacal în nitrat în mediul aerob, respectiv

transformarea nitratului în azot gazos în mediul anoxic.

28


4.3.1.1. Procedeul de eliminare a azotului cu nămol în bazin unic

Acest procedeu prezintă avantajul eliminării costurilor ridicate pentru sursele

externe de carbon, pentru realizarea procesului de nitrificare utilizându-se doar carbonul

existent în apele uzate şi fragmentele de ţesut celular bacterian rămas după dezintegrarea

endogenă a organismelor.

Fig.4.23. Schema tehnologică combinată de tip Bardenpho în patru trepte

4.3.1.2. Procedeul de eliminare a azotului cu nămol în bazine separate

Procesele în care se realizează oxidarea substanţei organice în bazine separate

pot fi procese cu biomasă în suspensie sau cu biomasă fixată.

Fig.4.24. Schema tehnologică pentru eliminarea azotului cu nămol în bazine separate

În cazul proceselor cu biomasă fixată se utilizează filtrele biologice cu discuri

(fig.4.25) şi bazine cu pat fluidizat (fig.4.26)

Fig.4.25.Schema tehnologică cu denitrificare în filtru biologic cu discuri

29


Fig.4.26. Schema tehnologică cu denitrificare în bazin biologic cu pat fluidizat

4.3.2. Eliminarea fosforului prin procese anaerobe combinate cu cele aerobe (de

tip A/O) Fosforul este reţinut prin încorporarea ortofosfaţilor, polifosfaţilor şi a

fosforului legat organic, în ţesutul celular, cantitatea totală de fosfor îndepărtată din

sistem fiind funcţie de cantitatea de flocoane biologice produse efectiv.

4.3.2.1. Procedeul Anaerob/Onix (A/O)

Fig. 4.27. Schema tehnologică de eliminarea fosforului, A/O

4.3.2.2. Procedeul PHOSTRIP

Fig. 4.28. Schema tehnologică de eliminarea fosforului, phostrip

30


4.3.2.3. Procedeul bazinelor cu funcţionare secvenţială

Fig. 4.29. Schema tehnologică de eliminarea fosforului în bazinul cu funcţionare

secvenţială (a.umplere bazin; b.desfăşurare proces biologic – amestec sau aerare; c.proces de sedimentare;

d.golire bazin)

4.3.3. Eliminarea azotului şi fosforului prin procese simultane (de tip A2/O,

Badenpho, UCT, VIP)

Cele mai multe tehnologii de îndepărtare combinată a acestor compuşi implică

o serie de combinaţii între zone anaerobe, anoxice şi aerobe, sau compartimente special

destinate eliminării azotului şi fosforului. Principalele tehnologii pentru eliminarea

simultană a azotului şi fosforului sunt procedeul A2/O, procedeul Bardenpho în 5

trepte, procedeul UCT, procedeul VIP.

4.3.3.1. Procedeul Anaerob Anoxic/Oxic (A2/O)

Fig.4.30. Schema tehnologică de eliminare a azotului şi fosforului tip A2/O

31


4.3.3.2. Procedeul Bardenpho în 5 trepte

Fig.4.31. Schema tehnologică de eliminare a azotului şi fosforului, tip Bardenpho

4.3.3.3. Procedeul UCT (University of Cape Town)

Fig.4.32. Schema tehnologică de eliminare a azotului şi fosforului, tip UCT

4.3.3.4. Procedeul VIP (Virginia Initiative Plant)

Fig.4.33. Schema tehnologică de eliminare a azotului şi fosforului, tip VIP

În urma epurării avansate, folosind tehnologiile menţionate de nitrificare-

denitrificare/defosforizare, efluentul prezintă calităţi ce se încadrează în restricţiile

impuse de NTPA-001/2005 şi deci este inofensiv pentru mediu. În plus, este indicat

pentru valorificarea la irigarea culturilor agricole.

32


CAPITOLUL V

CERCETĂRI EXPERIMENTALE ASUPRA TEHNOLOGIILOR DE EPURARE

AVANSATĂ.

STUDIU DE CAZ: Staţia de epurare a municipiului Piatra Neamţ

5.1. Aspecte geografice privind Judeţul Piatra Neamţ

5.1.1. Generalităţi

Judeţul Neamţ este situat în partea central-estică a României, ocupă o poziţie

care se suprapune, în parte Carpaţilor Orientali, Subcarpaţilor Moldoveneşti şi Podişului

Moldovenesc, limitându-se la nord cu judeţul Suceava, la vest cu judeţul Harghita, la

sud cu judeţul Bacău, iar la est cu judeţele Vaslui şi Iaşi. Se întinde pe o suprafaţă de

5896 km², ceea ce reprezintă 2,5% din suprafaţa totală a ţării.

5.1.2. Studii geomorfologice

Fig.5.3. Amplasare geomorfologică zonală 3D a municipiului Piatra Neamț

5.1.3. Studii climatice

Exceptând zona de munte, anual în judeţ se înregistrează cca. 270 zile cu

temperaturi medii > 00C, 220 zile cu temperaturi >50C, 170 zile cu temperaturi >100C,

115 zile cu temperaturi >150C, 68 zile cu temperaturi >180C şi 23 zile cu temperaturi

medii >200C. Maxima absolută, de +38,6ºC (din august 1952) s-a înregistrat la Piatra

Neamţ, iar minima de -33,2ºC (din februarie 1954) s-a semnalat în Roman.

33


Fig.5.4.Temperaturi medii anuale în perioada 2008-2011

Fig.5.5. Variații medii anuale ale vitezei vântului în perioada 2008-2011

Fig.5.6. Variații medii anuale ale radiaţiilor în perioada 2008-2011

-10

-5

0

5

10

15

20

25

30

35

ian feb mar apr mai iun iul aug sep oct nov dec

Tem

pe

ratu

ra [

oC

] 2008

2009

2010

2011

0

1

1

2

2

3

3

4

4


Vit

eza

van

tulu

i [m

/s]

2008

2009

2010

2011

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450


[w/m

²]

2008

2009

2010

2011

34


Fig.5.7. Precipitații medii anuale în perioada 2008-2011

5.1.4. Studii hidrologice

Sistemul hidrografic al orașului este format din ape curgatoare (Bistrița,

Cuejdiu), pâraie (Sarata, Borzoghean, Doamna) și lacuri (acumularea Batca Doamnei -

255 hectare cu un volum de aproximativ 10 milioane m3 de apă) și lacul Reconstrucția

(10 hectare cu un volum de aproximativ 250.000 m3 de apă).

5.1.5. Studii pedologice

În zona montană întâlnim soluri silvestre (brune acide, brune podzolice şi

rendzine brune pe porţiuni mai restrânse) care au, în general grosimi mici şi sunt

acoperite cu păduri şi pajişti naturale.

5.2. Descrierea schemei tehnologice a staţiei de epurare retehnologizată şi

modernizată în vederea eliminării azotului şi fosforului

5.2.1. Amplasamentul staţiei de epurare

Staţia de epurare a apelor uzate este situată în partea de sud-est a municipiului Piatra

Neamţ.

0

50

100

150

200

250

300


Pre

cip

itat

ii [m

m]

2008

2009

2010

2011

35


Fig.5.9. Amplasamentul Stația de epurare a apelor uzate Piatra Neamț

A fost construită în anul 1966 şi modernizată ulterior în mai multe etape:

treapta primară în 1982 şi treapta secundară în 1983. Obiectivul principal în tehnica de

epurare a apelor uzate este de a realiza un grad de epurare cât mai ridicat, pentru

atingerea căruia trebuie modernizate în mare parte majoritatea staţiilor de epurare

existente pentru a funcţiona în conformitate cu normele de exploatare şi directivele

Uniunii Europene.

5.2.2. Mărimea debitului şi compoziţia apei uzate influente în staţia de epurare

Staţia de epurare a fost reabilitată pentru un debit de 45000 m3/zi.

Tab.5.5. Parametrii de curegere luaţi în calcul la proiectarea staţiei

Debitul în perioada secetoasă Qd 27,000 m3/zi

Qmediu 1,100 m3/oră

Debitul mediu

Qmediu 45,000 m3/zi

Qmediu 1,900 m3/ oră

560 l/sec

Debitul în punctul culminant

calculat din oră în oră qpeak

2,800 m3/ oră

780 l/sec

Curgerea maximă

Qmax 90,000 m3/zi

qmax 6,000 m3/ oră

1,700 l/sec

36


Fig.5.10. Variația debitelor influente în stația de epurare, anul 2011

Fig.5.11. Probele efluent și influent, stația de epurare Piatra Neamț

5.2.3. Determinarea gradului de epurare necesar apei uzate

Deoarece cantităţile şi concentraţiile de poluanţi sunt mărimi direct

proporţionale, calculul eficienţei treptelor de tratare poate fi determinat şi pe baza

concentraţiilor având la bază valorile medii ale parametrilor analizaţi.

0

5000

10000

15000

20000

25000

15598.3 15998.3 15215.4

14127.0 14792.7

13156.9 14083.1

13894.1 14167.3

18679.1 20264.4

18966.5 D

eb

it [

mc/

zi]

37


5.2.4. Schema staţiei de epurare retehnologizată în vederea implementării treptei

terţiare

În anul 1997 staţia de epurare a apelor uzate a fost retehnologizată şi

modernizată în scopul implementarii treptei terțiare de epurare, la un debit mediu pe

timp uscat de 45.000 m3/zi, pentru o populaţie echivalentă de 205.000 consumatori,

respectiv 137.000 consumatori casnici, 47.800 consumatori industriali, 18.500 instituţii,

restul de 1.700 populaţie echivalentă corespunzând apei recuperate de la Staţia de tratare

a apei potabile (STAP).

Staţia de epurare funcţionează în prezent cu toate treptele de epurare, respectiv

treapta primară, secundară şi terţiară. În figura 5.12 este prezentată vedere de ansamblu a

stației de epurare, iar în figura 5.13 schema tehnologică în plan a acesteia după

retehnologizare.

Fig.5.12. Vedere de ansamblu a stației de epurare, după retehnologizare

38


Fig 5.13. Schema în plan a staţiei de epurare Piatra Neamţ

1-camera deversoare; 2-camera de distribuție la decantoarele primare; 3-camera de distribuție la decantoarele secundare; 4-bazin de amestec nămol

îngroșat; 5-bazin de fermentare; 6-stație de pompare apă de nămol; 7-atelier mecanic; 8-stație de pompare nămol biologic; 9-camera deversoare treapta

biologică; 10-tanc tampon; 11-camera distribuție treapta biologică; 12-arzător gaze neutilizate; 13-decantoare primare radiale; 14-tancuri anoxice; 15-

bazine cu nămol activat.

39


Fig 5.14. Schema tehnologică a staţiei de epurare Piatra Neamţ, după retehnologizare

A. Linia apei - reprezentată prin culoarea albastră;

B. Linia nămolului - reprezentată prin culoarea maro;

40


5.2.5. Studii de laborator asupra calităţii efluentului

Evidenţierea mărimii principalilor indicatori din efluent şi compararea cu

valorile admise pe terenurile agricole.

Valorile parametrilor analizaţi (M.T.S., CBO5, CCO-Cr, NH4, NO2-, NO3

-, NT,

PT), pe toată perioada anului 2011, atât din punct de vedere calitativ cât şi cantitativ

corespunzătoare tabelelor 5.11 şi 5.12 prezentate în lucrare, au fost sintetizate grafic,

pentru fiecare parametru în parte în figurile 5.13 până la 5.36.

Fig.5.17.Variaţia concentraţiei parametrului NH4

Fig.5.19.Variaţia concentraţiei parametrului NO3

3.24

1.54 1.25

1.42 1.65

1.85 1.89 1.96

0.85 0.73 0.7 0.89

2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

NH

4 [

mg/

l]

NH4

L.M.A.

11.7 10.17

17.7 19.42 19.95 18.95 18.2 17.01

19.11

14.62 13.88 14.15

25 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25

0

5

10

15

20

25

30

NO

3 [

mg/

l]

NO3

L.M.A.

41


Fig.5.29.Variaţia cantitativă a parametrului NH4

Fig.5.31.Variaţia cantitativă a parametrului NO3

Rezultatele analizelor de laborator privind valorile cantitative cât şi calitative a

principalilor parametrii analizaţi, sintetizate în figurile 5.13 până la 5.36, conduc la

concluzia finală conform căreia efluentul îndeplineşte condiţiile de calitate precizate în

NTPA 001/2005 şi poate fi valorificat în irigarea culturilor agricole, în special a celor

energetice. De asemenea, se poate afirma că în perioadele în care acesta nu este necesar

la irigare, respectiv în perioada de recoltare, se poate evacua direct în emisar fără

pericolul de a se dezvolta fenomenul de eutrofizare.

50.5

24.6 19.0 20.1

24.4 24.3 26.6 27.2

12.0 13.6 14.2 16.9

31.2 32.0 30.4 28.3 29.6 26.3 28.2 27.8 28.3

37.4 40.5 37.9

0

10

20

30

40

50

60

NH

4 [

mg/

l]

NH4

L.M.A.

182.5 162.7

269.3 274.3 295.1 249.3 256.3 236.3

270.7 273.1 281.3 268.4

390.0 400.0 380.4 353.2 369.8 328.9 352.1 347.4 354.2

467.0 506.6

474.2

0

100

200

300

400

500

600

NO

3 [

mg/

l]

NO3

L.M.A.

42


CAPITOLUL VI

CERCETĂRI EXPERIMENTALE PRIVIND

IRIGAREA CU APE UZATE

A CULTURILOR DE RAPIŢĂ ŞI SALCIE ENERGETICĂ.

PROGRAME UTILIZATE LA SIMULAREA

LUCRĂRILOR DE IRIGAŢII.

6.1. Metode de lucru şi aparatura utilizată

Cercetările experimentale au fost efectuate atât în condiţii de laborator cât şi

de teren. S-a avut în vedere efectuarea unor studii şi cercetări chiar la locul de producere

şi valorificare a apelor uzate epurate prin metode avansate.

Având în vedere că posibilitatea valorificării apelor uzate se realizează în

principiu în imediata apropiere a stații de epurare, unde există terenuri agricole

disponibile și în același timp în zone ce îndeplinesc condițiile cerute de criteriile de

pretabilitate a terenurilor pentru irigarea cu ape uzate, soluția cea mai favorabilă pentru

amplasarea câmpului experimental a prezentat-o zona limitrofă a Staţiei de Epurare

Piatra Neamţ.

Fig.6.1. Identificarea zonei reprezentând zona câmpului experimental

Pentru realizarea obiectivelor propuse au fost efectuate o serie de determinări

fizico-chimice asupra probelor de sol şi a materialului vegetal (rapiţă şi salcie

Câmp experimental

43


energetică). Metodele de analiză folosite pentru caracterizarea solurilor şi determinarea

unor metale grele din sol şi culturi sunt redate schematic în figura:

Fig.6.2.Metode de determinare folosite în cercetare

Cercetările enumerate au avut loc în perioada anului 2011, iar experimentele au

fost realizate pe culturile de rapiță și salcie energetică.

6.1.2. Cercetări asupra modificării structurii solului şi a caracteristicilor fizico-

chimice

În vederea determinării calităţii

solului au fost prelevate probe din zona

experimentală şi analizate atât pedologic

cât şi agrochimic în laborator.

Solul folosit în experienţe este de

tipul cernoziom cambic, din punct de

vedere textural se încadrează în categoria

solurilor nisipoargiloase (32,6% argilă,

25,1% lut şi 42,3% nisip), permeabilitate

mijlocie, eroziune mică spre mijlocie,

neinundabil, capacitate mijlocie de apă

utilă şi adâncime mare a pânzei freatice.

Reacţia solului slab acidă

(pH≈7.50). Cernoziomul cambic luat în

studiu prezintă o secvenţă morfologică de

tipul: Am – A – Bv – C (fig.6.15.).

Fig.6.15. Morfologia cernoziomului

cambic

44


Cercetările efectuate în laborator asupra structurii solului celor trei probe

prelevate, s-au analizat funcție de următorii parametrii: umiditate, granulometrie,

variația pH-ului, densitatea părții solide, compoziția chimică a solurilor, concentrația

metalelor grele.

Conform rezultatelor, s-a obținut o valoare medie a umiditătii pentru proba

irigată cu ape uzate de 39%, cu 1% mai mică față de valoarea solului irigat cu efluentul

terțiar și 21% mai mare față de proba martor. Rezultatele arată că, față de același tip de

sol irigat cu apă martor, în cazul utilizării ca apă de irigat apă uzată solul prezintă o

umiditate mai ridicată, deci o capacitate de stocare a apei mai mare.

Fig.6.20.Curbele granulometrice a probelor de sol P1, P2 si P3

Tab.6.5. Centralizarea rezultatelor pentru stabilirea clasei texturale Stabilirea clasei texturale după irigare

Sol inițial

(neirigat)

P1

(irigarea cu apă din râul Bistriţa)

P2

(irigarea cu efluent primar)

P3

(irigarea cu effluent terţiar)

Nisip (2-0,02mm) 42.3% 57,6% 80,4% 83,4%

Praf (0,002-0,02mm) 25.1% 23,2% 8,3% 7,5%

Argilă (<0,002 mm) 32.6% 19,1% 11,4% 9,1%

Fig.6.21.Valorile pH solurilor la diferite adâncimi

9.14 13.21 16.64 20.07 27.08 29.04

100

11.37 15.73 19.63 24.14 33.33 37.54

100

19.12 33.87

42.37 47.92 56.45

73.46 100

0

20

40

60

80

100

120

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 Pro

cen

te c

um

ula

te [

%]

Diamentru [µm]

Curbele granulometrice

0-10cm

10-20cm

20-30cm

0

5

10

P1 P2 P3

7.66 8.61 8.12

7.96 8.89

7.9 7.2

8.7 7.43

Val

oar

e p

H

45


Compoziția și modul de distribuție a elementelor componente din sol

determină o serie de calități sau proprietăți care influențează reținerea și migrarea

poluanților. În acest sens, s-au efectuat determinări asupra celor trei probe de sol pentru

determinarea concentrațiilor de Na+, Ca2+ și Mg2+, a căror valori au fost reprezentate

separat sub formă grafică în figurile 6.22, 6.23 și 6.24.

Fig.6.23. Concentrația de Ca2+ în probele de sol

Fig.6.24. Concentrația de Mg2+ în probele de sol

În scopul determinării impactului apei uzate asupra solului, din punct de

vedere al conţinutului în metale grele, s-au prelevat probe de sol pe adâncimea de 0-

30cm, din toate cele 3 câmpuri experimentale.

0.0000 0.0005 0.0010 0.0015 0.0020 0.0025 0.0030 0.0035

0-25cm 25-50cm 50-100cm 100-150cm 100-200cm

P1 0.0028 0.0020 0.0020 0.0017 0.0015

P2 0.0010 0.0030 0.0030 0.0034 0.0014

P3 0.0027 0.0019 0.0019 0.0016 0.0014

Co

nce

ntr

atia

Ca2

+ [m

Eq/l

]

P1

P2

P3

0.0000

0.0010

0.0020

0.0030

0.0040

0.0050

0.0060

0-25cm 25-50cm 50-100cm 100-150cm 100-200cm

P1 0.0014 0.0009 0.0016 0.0014 0.0015

P2 0.0050 0.0020 0.0020 0.0021 0.0040

P3 0.0014 0.0009 0.0016 0.0014 0.0015

Co

nce

ntr

atia

Mg2

+ [m

Eq/l

]

P1

P2

P3

46


Fig.6.25. Concentrația metalelor grele în cele 3 probe de sol

Tab.6.14.Concentraţiile metalelor grele în sol comparativ cu limitele maxime admisibile

Parametru U.M.

Valoare L.M.A. (Ordinul

nr. 756/1997)

(mg/kg s.u.) P1 P2 P3

Cd ppm 0.8 0.99 0.82 3

Zn ppm 74.1 152.0 98.1 300

Cu ppm 30.3 42.2 34.3 100

Pb ppm 20.0 48.4 22.2 50

Cr ppm 15.2 19.2 20.0 100

Ni ppm 20.3 26.0 22.1 50

*P1 probă martor , P2-probă sol irigat cu efluent primar, P3-probă sol irigat cu efluent terțiar

6.2. Cercetări asupra culturilor de rapiţă şi salcie energetice

În cercetările efectuate în câmpul experimental au fost folosite două tipuri de

culturi din categoria culturilor energetice, respectiv rapița (Bassica napus) și salcia

energetică (Salix viminalis energo).

6.2.1. Rezultatele irigării rapiței cu ape uzate

Înaintea însămânţării seminţelor de rapiţă s-a analizat influenţa apei uzate la

germinarea acestei culturi.

0.8 0.99 0.82

74

152

98

30 42

34

20

48

22 15 19

20 20

26 22

0

20

40

60

80

100

120

140

160

Co

nce

ntr

atie

po

luan

t [m

g/kg

s.

u.]

Înainte de irigare După irigarea cu efluent primar După irigarea cu efluent terţiar

Cd

Zn

Cu

Pb

Cr

Ni

47


Fig.6.30. Germinarea semințelor de rapiță în cele 3 zile

Rata de germinaţie a fost mai mare în cazul folosirii efluentului primar,

respectiv de aproximativ 98%, decât în cazul folosirii efluentului terțiar (84%), datorită

numărului mărit de poluanți prezenți în apa ce influenţează germinaţia seminţelor.

Fig.6.32. Cultura de rapiță în câmpul experimental

Experimentele au vizat analiza gradului de acumulare a metalelor grele în

diferite părți ale plantelor (rădăcină, tulpină, frunze și semințe).

Comparativ cu conținutul în metale grele al solului, analizele au arătat că

aceste culturi au un grad ridicat în înlăturarea ionilor de Cd, Zn, Pb, Cr din sol (absorbţia

metalului).

48


Fig.6.34. Concentraţiile de metale grele în tulpinile de rapiţă

Fig.6.36. Concentraţiile de metale grele în seminţele de rapiţă

0

5

10

15

20

25

30

35

Cd Zn Cu Pb Cr Ni

0.1

10.38

2.7 0.18 0.27 0.51

0.29

31.42

8.3

0.78 0.9 1.42 0.15

21.3

5.1

0.41 0.45 0.92

Co

nce

ntr

atie

[m

g.kg

-1] P1

P2

P3

0

5

10

15

20

25

30

Cd Zn Cu Pb Cr Ni

0.03

16.2

3.88

0.05 0.3 0.43 0.05

28.8

11.2

0.1 0.18 2.8

0.04

20.2

4.21

0.07 0.37 0.59

Co

nce

ntr

atie

[m

g.kg

-1]

P1

P2

P3

49


Fig.6.37. Concentrația macronutrienților din plantă

Fig.6.38. Monstre din culturile de rapiţă obținute în urma irigării

În condiţii de irigare a culturii cu efluent terţiar, comparativ cu varianta

martor, producţia înregistrată în varianta irigată cu efluent terţiar este 20,1% mai mare,

reprezentând 228 g/m2 (2280 kg/ha), diferenţă distinct semnificativă.

6.2.2. Rezultatele irigării salciei energetice cu ape uzate

Butaşii de salcie energetică, folosiţi în experimente, aparţin familiei botanice

Salicaceae, genul Salix care cuprinde 350 de specii lemnoase, perene cu frunze

cazatoare. Înființarea culturii s-a făcut în perioada de primavară timpurie, respectiv luna

aprilie, prin plantarea butaşilor în zona de cercetare stabilită.

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

N P K Ca Mg

1.9 0.9 1.2 0.8

3.1

15.4

5.1

3.3

18.2

12.6

6.2

2.2 1.7

13.8

8.2

Co

nce

ntr

atie

[%

] P1

P2

P3

P1 P3 P2

50


Monitorizarea asupra culturii s-a efectuat din perioada de plantare și până la

recoltare, care a avut loc în timpul pauzei vegetative, după căderea frunzelor, respectiv

în luna noiembrie.

Fig.6.41. Cultura la 15 zile

Fig.6.43. Cultura la 30 zile

Cultura de salcie energetică a crescut în medie cu 3.1 cm pe zi în cazul irigării

cu efluentul terțiar, ajungând după o perioadă de 30 de zile la înălțimea de aproximativ

95 cm. Acest lucru a confirmat rata mare de creștere a plantei și adaptabilitatea rapidă la

condițiile existente.

51


Fig.6.45. Compoziția metalelor grele din biomasa lemnoasă în funcție de tipul de apă

aplicate

Rezultatele analizei privind concentrațiile de metale grele în plantă arată că

valorile cele mai mari s-au obținut în plantațiile din solurile irigate cu apa uzată (efluent

primar).

În urma analizării ratei de adsorbție al cadiului din sol, s-a constatat că acest

tip de cultură prezintă o capacitate ridicată de adsorbție a metalelor grele din sol într-un

timp relativ scurt, prezentând astfel un avantaj în plus în cultivarea lor pe terenurile din

imediata apropiere a stațiilor de epurare a apelor uzate.

Fig.6.47. Compoziția chimică din biomasa lemnoasă în funcție de tipul de apă aplicate

În urma determinărilor, masa uscată a plantațiilor de control a fost de

aproximativ 2300 g/m2, 4200g/m2 în cazul utilizării apei uzate la irigare (efluent

primar), respectiv 3600 g/m2 în cazul irigării cu efluent terțiar.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Cd Zn Cu Pb Cr Ni

1.3

98.0

3.2 7.2

3.2 4.3 0.6

67.3

8.4

30.4

2.4 4.2

0.8

25.0

6.5

18.2

1.0 3.2

Co

nce

ntr

atie

[m

g.kg

-1l]

P1

P2

P3

0

1

2

3

4

5

6

7

8

N P K Ca Mg Na

5.97

0.8

3.13 3.47

0.43 0.06

7.27

1.87

4.87

2.57

0.6 0.18

6.07

0.93

2.47

3.7

0.43 0.08

Co

nce

ntr

atie

[m

g.kg

-1l]

P1

P2

P3

52


6.3. Cercetări prin simulare numerică la interfaţa sol-apă de irigaţii

6.3.1. Modelarea parametrilor de irigare având la bază programul ISAREG şi

subprogramul EVAPOT

Pentru rularea submodulului EVAPOT în scopul calculării evapotraspirației de

referință, s-a definit perioada de calcul corespunzătoare perioadei de vegetaţie a culturii

folosite în cercetare aferentă fiecarei luni, respectiv luna a IV a până în luna aIXa,

începând cu anul 2008 până în anul 2011 inclusiv. Atât datele iniţiale de intrare

(temperaturi, precipitații, radiații, viteza vântului etc) sub care s-a rulat subprogramul cât

şi forma definirii lor, în vederea rulării programului, sunt prezentate în anexa 2 a tezei de

doctorat.

Fig.6.48.Rezultatele calculului ETO prin rularea submodulului EVAPOT

În vederea rulării programului ISAREG, s-au ales trei scenarii de calcul.

Primul caz, cel în care nu se efectuează irigarea culturii, luându-se în calcul doar

precipitaţiile înregistrate, programul calculează perioadele în care s-a înregistrat deficit

mare de umiditate (perioadă în care a fost absolut necesară irigarea culturii), precum şi

pierderea producţiei la ha.

6.3.2. Modelarea mişcării efluentului în sol utilizând programul MOHID Land

Scopul principal al modelării cu programul MOHID a fost cel de a furniza o

analiză statistică a evoluţiei parametrilor solului sub un anumit set de condiţii, pe o

perioadă de timp îndelungată. Ca urmare a condiţiei de bază privind utilizarea unei ape

speciale la irigare, respectiv apa uzată, a fost necesară o adaptare a modulului prin

crearea unor fișiere ce prezintă condiții speciale, atât cantitative cât și calitative a apei ce

se infiltrează în coloana de sol. Astfel că, pe lângă modulele principale ale programului

MOHID, a fost utilizat un modul nou, denumit „Discharge”, modul creat în scopul

centralizării şi definirii cantitative a parametrilor efluentului.

Modelul matematic care stă la baza programului de calcul ţine cont de

regularităţile care au loc în sistemul sol-plantă-apă de irigat, stabilite pe baza condiţiilor

pedoclimatice şi analizelor agrochimice a solului luat în calcul. Pentru definirea

fişierelor de datelor iniţiale, reprezentând studii climatice, s-au folosit datele zilnice

specifice zonei cercetate, înregistrate în perioada 2008 - 2011, date ce au fost

centralizate şi prezentate ca valori medii lunare în capitolul 5, figurile 5.4, 5.5, 5.6 si

5.7.

Simulările au fost realizate pentru tipul de sol caracteristic zonei studiate, a

căror caracteristici structurale au fost determinate în laboratorul pedologic şi sunt

53


prezentate în capitolul 5, respectiv terenurile din imediata apropiere a staţiei de epurare

Piatra Neamţ (fig.6.63).

De asemenea, caracteristicile culturii folosite în cadrul simulărilor, au fost cele

specifice culturii de rapiță, definite automat în program prin identificarea codului

specific plantei cultivate din catalogul MOHID. Caracteristicile apei de irigat au fost

definite prin introducerea în program a valorilor zilnice specifice parametrilor

efluentului epurat terțiar, analizat la stația de epurare Piatra Neamţ în anul 2011, a

căror valori sunt centralizate și prezentate ca valori medii lunare în capitolul 5, tabelele

5.11, respectiv 5.12.

Simulările au fost realizate prin definirea în program a unei parcele de sol de

dimensiuni 100X100cm, împărţită în 9 coloane de sol cu dimensiuni egale (fig.6.65.).

Fig.6.65. Numerotarea şi împărţirea

coloanei de sol în 9 coloane de sol

Fig.6.66. Reprezentarea pe verticală a

coloanei de sol c2.2.

Coloana de sol (fig.6.66), are o înălţime de 3 metri, împărţită în 5 orizonturi şi 50

de straturi, fiecare orizont fiind împărțit în câte 10 straturi (fig.6.67).

Programul calculează și oferă rezultate pentru coloana de sol c2.2. (fig.6.65),

considerând a fi coloana cu proprietăţile cele mai relevante, înconjurată de restul coloanelor

cu caracteristici identice și aceasta nu poate fi influențată de vreo coloană de alt tip cum e

cazul celor marginale.

Pentru determinarea parametrilor hidraulici, necesari a fi introduși in modelul

aferent caracteristicilor coloanei de sol, s-a utilizat programul Rosetta (fig.6.68) care

estimează diferite proprietăţi ale solului precum parametrii de reţinere a apei în conformitate

cu van Genuchten (1980), parametrii conductivităţii hidraulice saturate şi nesaturate în

conformitate cu van Genuchten (1980) şi Mualem (1976), [132].

54


Fig.6.69. Variaţiile umidităţii în coloana de sol

Fig. 6.72. Viteza de infiltraţie în sol

Fig.6.73. Variația umiditații relative

55


Fig.6.74. Factorul de stres datorat variațiilor de temperatură

Fig.6.75. Variații ale radiațiilor solare în sol

Fig.6.83. Variatiile valorilor NO3

− în coloana de sol

56


Fig.6.85. Variatiile solutiei de P in coloana de sol

Fig.6.87. Potențialul de creștere al culturii

Fig. 6.88. Aportul de drenaj din stratul vegetal

Fig.6.94. Potențialul de biomasă al culturii

57


Fig.6.93. Eficiența utilizării radiațiilor de către plantă

De asemenea, programul generează date și oferă rezultate grafice și pentru

cantitatea de CO2 din sol, variațiile conținutului relativ de umiditate, variația precipitațiilor

în sol, rata de absorbție a N, P, Ca2+, acumularea în sol a particulelor refractoare, variația

privind masa totală a culturii, masa totală a N cumulată în plantă, creșterea maximă a

rădăcinii în adâncime, variația radiațiilor active, variațiile soluțiilor de Mg, K, Cl, Na, C din

sol, etc. grafice centralizate în anexa 3 a tezei.

De asemenea, în Mohid rezultatele pot fi afişate şi sub formă de hărţi în format

.hdf, oferind astfel posibilitatea vizualizării variațiilor parametrilor în timp și în plan vertical

a coloanei de sol (fig. 6.96) sau prin corelarea cu un alt parametru (fig. 6.98).

Fig.6.96.Variaţia umidităţii la un interval diferit de timp, în coloana de sol

58


Fig.6.98. Umiditatea în sol corelată cu rata precipitaţiilor

Prin utilizarea modulului Sediment Quality s-a intenționat apropierea rezultatelor

obținute din simulări cu cele de pe teren, efectuate în Piatra Neamț, în perioada anului 2011

și prin urmare apropierea de realitate.

Fig.6.101. Concentrația NH4

+ în coloana de sol

Rezultatele simulărilor sunt aproape identice cu valorile măsurate pentru NH4+,

Na+ și Mg2+ măsurate în teren. Acest lucru demonstrează că modulul utilizat în simulare

poate oferi rezultate foarte apropiate de cele reale obținute în teren.

0

5

10

15

20

25

6/26/2009 7/1/2009 7/6/2009 7/11/2009 7/16/2009 7/21/2009 7/26/2009 7/31/2009 8/5/2009

NH4+

NH4+ (Mohid)

59


CAPITOLUL VII

CONCLUZII GENERALE

Prezenta lucrare are la bază şi documentarea efectuată de autoare în perioada 1

octombrie 2010 – 1 septembrie 2013, precum şi cercetările efectuate la Institutul Superior

Tehnic, Departamentul de Inginerie Mecanică din Lisabona, Portugalia, în perioada 28

februarie – 27 octombrie 2012, în cadrul bursei de studii obţinute prin programul

CUANTUMDOC.

7.1. Conţinutul tezei

Lucrarea intitulată „Studii şi cercetări privind epurarea avansată a apelor

uzate în vederea valorificării efluentului la irigarea culturilor energetice”, este

structurată pe 7 capitole, dezvoltată pe 215 pagini, 226 figuri, 51 tabele, 105 relaţii

matematice, anexe şi o listă cu 178 referinţe bibliografice.

Primul capitol „Date generale. Resursele de apă şi valorificarea apelor uzate în

agricultură” stabileşte necesitatea utilizării apelor uzate în agricultură în contextul actual al

schimbărilor climatice, cu un studiu aprofundat asupra aspectelor cantitative a resurselor de

apă la nivel mondial şi asupra evoluţiei cerinţelor de apă în domeniul irigaţiilor, evidenţiind

în acelaşi timp obiectivele cercetării şi oportunitatea temei.

În capitolul al doilea „Stadiul actual al valorificării apelor uzate la irigarea

culturilor agricole. Riscuri şi exigenţe” este prezentată o analiză a situaţiei actuale din U.E.

şi din România din punct de vedere a tipurilor de ape utilizate în agricultură, respectiv ape

din surse naturale şi ape uzate. De asemenea, este prezentată o sinteză a principalelor

sisteme de agricultură, riscurile şi exigenţele utilizării apelor uzate la irigarea culturilor

agricole.

Cel de-al treilea capitol „Bazele teoretice ale proceselor de eliminare a azotului şi

fosforului din apele uzate. Modelarea matematică a mişcării apei în sol” are la bază partea

teoretică a cineticii proceselor de nitrificare-denitrificare în scopul eliminării azotului şi

fosforului din apele uzate, precum şi baza teoretică privind mişcarea apei în sol şi

prezentarea programelor de modelare matematică utilizate în vederea efectuării simulărilor

pentru lucrările de irigaţii.

În cadrul celui de-al patrulea capitol „Măsuri tehnice necesare pentru

valorificarea apelor uzate în irigaţii” sunt evidenţiate aspectele calitative ale apelor uzate,

privind compoziția acestora din punct de vedere fizic, chimic, biologic şi bacteriologic. Cei

mai periculoși poluanţi din compoziția apelor uzate sunt cei de natura organică, precum şi

nutrienţii (N şi P), la care se adaugă o mare varietate a combinațiilor între aceste substanțe,

deoarece în condiţii de temperatură ridicată, intră în fermentaţie accentuând fenomenul de

eutrofizare. Capitolul prezintă formele sub care se găsesc compuşi ai azotului şi fosforului în

atmosferă, în sol, în apele subterane şi cele uzate, abordând totodată efectele acestora asupra

sănătăţii omenilor, animalelor, mediului în general, evidenţiind astfel necesitatea eliminării

lor din apele uzate.

60


Tot în cadrul acestui capitol sunt evidenţiate procesele de epurare avansate,

folosind procedeele tehnologice moderne de nitrificare-denitrificare/defosforizare pentru

reducerea concentraţiilor de azot şi fosfor din apele uzate, în scopul obţinerii unui efluent ce

poate fi valorificat în irigarea culturilor agricole.

Capitolul cinci, „Cercetări experimentale asupra tehnologiilor de epurare

avansată. Studiu de caz: staţia de epurare a municipiului Piatra Neamţ”, evidenţiază în

primul rând aspectele generale ale zonei de cercetare, respectiv staţia de epurare a

municipiul Piatra Neamt, modernizată şi retehnologizată în anul 1997, prin implementarea

treptei de epurare terţiară (adoptarea schemei tehnologice cu predenitrificare).

De asemenea, sunt prezentate rezultatele cercetărilor experimentale privind

eficienţa epurării staţiei, concluzionând următoarele:

Analizele de laborator efectuate în zona aerobă (de nitrificare) indică o eficienţă ridicată

în eliminarea concentraţiilor de CBO5 şi a celor de NH4, în reactor concentraţiile oxigenului

fiind, în medie de 2mg/dm3;

Analizele de laborator, a probelor recoltate din zona anoxică, au pus în evidenţă o

activitate intensă a bacteriilor autotrofe denitrificatoare care în final, prin reducerea nitraţilor

(NO3-) formează azotul gazos ce se evacuează în atmosferă. În majoritatea cazurilor acest

gaz se ataşează de solidele biologice din reactor şi împiedică procesul lor de sedimentare în

decantorul secundar. Din acest motiv, se recomandă soluţia de stripare (spălare) a azotului.

Efluentul îndeplineşte condiţiile de calitate precizate în NTPA 001/2005 şi poate fi

valorificat în irigarea culturilor agricole, în special a celor energetice. De asemenea, se poate

afirma că în perioadele în care acesta nu este necesar la irigare, se poate evacua direct în

emisarul Bistriţa, fără pericolul de dezvoltare a fenomenului de eutrofizare.

În capitolul şase, „Cercetări experimentale privind irigarea cu ape uzate a

culturilor de rapiţă şi salcie energetică. Programe utilizate la simularea lucrărilor de

irigaţii”, s-au pus în evidenţă rezultatele experimentale obţinute în laborator, în câmpul

experimental şi în urma rulării programelor de simulare.

Cercetările experimentale au fost orientate spre culturile de rapiţă şi de salcie

energetică, care poartă denumirea generică de culturi energetice, deoarece prin procesarea

lor în instalaţii speciale se obţin combustibili necesari acţionării motoarelor cu ardere internă

(biodissel, etanol), pentru producerea de energie electrică şi termică (producerea de peleţi).

Aceste culturi nu sunt afectate de poluanţii din apele uzate, în cazul când, accidental

depăşesc concentraţiile admisibile, deoarece producţia de biomasă este supusă proceselor

biologice de fermentare, sub acţiunea bacteriilor anaerobe. De-a lungul procesului, prin

fermentare sunt distruse, parţial, bacteriile patogene, ouăle de helminţi etc, motiv pentru care

acest procedeu cunoaşte o largă aplicabilitate.

Cercetările efectuate în laborator asupra structurii solului celor trei probe

prelevate, s-au analizat în funcţie de următorii parametrii: umiditate, granulometrie, variaţia

pH-ului, densitatea aparentă şi densitatea părţii solide, compoziţia chimică a sărurilor,

concentraţia metalelor grele. Toţi aceşti indicatori nu au suferit modificări în urma irigării cu

ape uzate a solului de tip cernoziom cambic.

Cercetările asupra culturilor energetice (rapiţă, salcie energetică) au avut în vedere

variaţia gradului de acumulare a metalelor grele în diferite părţi ale plantelor. Comparativ cu

61


conţinutul de metale grele din sol, cercetările au pus în evidenţă fenomenul de absorţie a

acestor metale de către rădăcinile şi tulpinile acestor plante şi în consecinţă, solul nu va mai

fi afectat de concentraţiile metalelor grele (Cd, Zn, Cu, Pb, Cr, Ni) din apele uzate. În ceea

ce priveşte producţia agricolă a culturilor, cercetările au pus în evidenţă sporuri de producţie

de 20.1%-28.6% faţă de probele irigate cu apă martor din râul Bistrița.

Pentru a verifica rezultatele experimentale obţinute prin măsurători „in situ” şi

prin analize de laborator, s-a utilizat un program de simulare cu denumirea de MOHID Land

(modulele Vegetation, Preeqc, SedimentQuality). În scopul adaptării programului, în cazul

în care se dorește simularea efluentului în sol, a fost esențială introducerea în program a

modulului Discharge pentru definirea caracteristicilor specifice efluentului folosit. Modelul

pentru transportul soluțiilor în sol a fost utilizat pe o coloană de sol și poate fi utilizat și la

scară mare, pe o suprafață de ordinul hectarelor. De asemenea, rezultatele au confirmat

faptul că această cultură are capacitate de adaptare la stresul hidric, iar acumularea în metale

grele nu a influențat producția biomasei în cazul irigării pe o perioadă de timp îndelungată.

În ultimul capitol „Concluzii generale” sunt evidenţiate problemele abordate în

cadrul lucrării, punându-se în evidenţă contribuţiile personale şi elementele de originalitate,

precum şi direcţiile şi orientările viitoare.

Anexa 1 cuprinde activitatea științifică în cadrul programului de doctorat,

prezentând date publicistice privind cele 18 lucrări publicate și în curs de publicare,

conferințele la care am participat și date privind premiile obţinute (trofeu cristal optic

obținut în cadrul ceremoniei de decernare a premiilor la Conferința Tehnico-Știintifică

organizată de Asociația Romană a Apei, Palatul Parlamentului, București, în perioada 10-12

iunie 2013).

În anexa 2 sunt centralizate figuri reprezentând fișiere de date și rezultatele

obținute în urma simulărilor efectuate cu programele EVAPOT și ISAREG.

Anexa 3 cuprinde figuri reprezentând definirea modulelor utilizate în cadrul

programului MOHID Land și rezultatele simulărilor obținute în urma rulării.

7.2. Contribuţia şi originalitatea lucrării

Utilizarea unor tehnologii moderne de epurare avansată a apelor uzate, în vederea

valorificării lor ca apă de irigaţii pentru culturile energetice se înscrie în cerinţele şi

recomandările Uniunii Europene, atât în domeniul protecţiei mediului înconjurător cât şi în

reciclarea apelor uzate în circuitul natural.

În acest scop, în lucrarea de faţă s-au urmărit şi realizat următoarele obiective,

unele fiind cu caracter de originalitate:

Un studiu al literaturii de specialitate privind necesitatea utilizării apelor uzate în

irigaţii;

Restricţii tehnice, ecologice, economice şi legislative privind valorificarea apelor uzate

în agricultură;

O sinteză asupra stadiului actual de irigare cu ape uzate a culturilor agricole. Realizări

în ţările din Uniunea Europeană şi din România;

62


Aprofundarea proceselor de epurare avansată prin procese de nitrificare-denitrificare a

apelor uzate şi a mişcării apei (efluentului) în sol pe baza unei modelări matematice

adecvate;

Utilizarea softului MOHID de modelare a fenomenului de curgere a apei prin porii

solului;

Măsuri tehnice preliminare lucrărilor de irigaţii prin implementarea unor tehnologii

moderne cu performanţe ridicate în epurarea avansată a apelor uzate;

Cercetări experimentale privind verificarea calităţii efluentului evacuate de la staţia de

epurare a municipiului Piatra Neamţ, dacă se încadrează în exigenţele de calitate impuse

culturilor agricole irigate;

Prezentarea culturilor energetice ca sursă de energie alternativă (biodissel, metanol

etc.) în urma procesării biomasei recoltate;

Cercetările de laborator şi în camp experimental asupra culturilor de rapiţă şi de salcie

energetică;

Studiu asupra fenomenului de simulare numerică a parametrilor de irigare cu ajutorul

programelor de simulare ISAREG şi MOHID Land.

7.3. Perspective viitoare de cercetare

În zonele cu precipitaţii reduse, precum şi în contextul actual al schimbărilor

climatice cu perioade secetoase pe perioade îndelungate, se impune a studia şi a cerceta noi

soluţii de a asigura apa necesară culturilor agricole.

Tema acestei lucrări reprezintă o alternativă ce trebuie aplicată şi promovată în

strategia economică viitoare a unei ţări.

Pentru localităţile mici (zonele rurale) este suficient ca apele uzate brute să fie

epurate biologic pe cale naturală (câmpuri de irigaţii, iazuri biologice etc.), iar pentru apele

uzate provenite din centrele urbane este obligatorie modernizarea staţiilor de epurare pentru

a asigura epurarea avansată.

Biomasa obţinută din culturile energetice reprezintă o sursă sigură, ieftină şi

permanentă de combustibil energetic sub formă de biodiesel şi methanol, de unde prin

ardere se obţine energie electrică şi termică.

În România nu se cunosc preocupări în promovarea irigaţiilor cu ape uzate la

culturile energetice. Studiile şi cercetările din această lucrare oferă suficiente argumente

tehnice, economice şi ecologice de a implementa aceste tehnologii care rezolvă, cu eficienţă

economică şi ridicată, producţii mari de culturi energetice chiar în perioadele de secetă.

63


BIBLIOGRAFIE SELECTIVĂ:

8. Anei F. D., Unguraşu A.N., Iurciuc C. E., Stătescu F., 2013 „Concepts of soil water

movements”, acceptată pentru publicarea în Buletinul Institutului Politehnic din Iaşi,

Universitatea Tehnică „Gheorghe Asachi”, ISSN 1224-3892, Vol. aprilie.

10. Baran Gh., Şerban P., 2007, Dezvoltarea durabilă şi managementul resurselor de apă,

Revista Hidrotehnica, vol. 45, nr. 3 – 4.

12. Bartha I., Javgureanu V., Marcoie N., 2004, Hidraulică, vol.2, Ed. Performantica, Iaşi.

21. Bosset E., 1970, Eliminarea materiilor eutrofizante - a treia treaptă de epurare a apelor

uzate, rev. La tehnique de l'eau, Paris, Franța.

37. Damian C., Barbul A., 2000, Tehnologii noi pentru încadrarea în normativul NTPA 001,

nitrificare, denitrificare, defosforizare în treapta biologică, Seminar Ştiinţific –

Tehnologii pentru reţinerea azotului şi fosforului din apele uzate şi necesitatea

dezinfectării apelor epurate, U.T.C. Bucureşti.

40. Dragne M., Temereanca G., Paraschiv S., 2000, Poluare cu azot amoniacal consecinţe şi

soluţii, Seminar Ştiinţific – Tehnologii pentru reţinerea azotului şi fosforului din apele

uzate şi necesitatea dezinfectării apelor epurate, U.T.C. Bucureşti.

43. Dima M., 2005, Epurarea apelor uzate, Ed. Tehnopress, Iași.

44. Dima M., 2002, Bazele epurarii biologice a apelor uzate, Ed. Tehnopress, Iași.

45. Dima M., 2000, Unele aspecte asupra teoriei procesului de nitrificare – denitrificare,

vol Conferinta ARA – UTC București, Ed. Matrix Rom, p.14–26, București.

47.Dima M., Iurciuc C. E., 2013, Modern orientations in advanced wastewater purification

with technological process of nitrogen elimination, în volumulul Conferinţei

Internaționale„Scientific and technical conference – Water services and the new energy

challenges”, Bucureşti, Ed. EstFalia, pag. 471-479, ISBN 978-606-8284-66-8, categ. B.

49. Dojlido, J. R., Best G. A., 1993, Chemistry of water pollution, Ellis Howod Ltd.,

London.

53. Drobot R., 2001, Conservarea şi protecţia resurselor de apă, Rev. Hidrotehnica, Ziua

Mondială a Apei, 46, 2-3, pg. 64 – 68, Bucureşti.

56. Faby J. A., Brissaud F., Bontoux J., 1999, Wastewater reuse in France:Water quality

standards and wastewater treatment technologies, Water Science and Technology.40(4-

5):37-42.

60. Giurma I, Nacu F., Iurciuc C.E., 2013, Problematica gestionării ecosistemice a

cursurilor de apă, volumul conferinţei „Scientific and technical conference – Water

services and the new energy challenges”, Bucureşti, Ed. EstFalia, pag. 358-368, ISBN

978-606-8284-66-8, categ. B.

63. Gobjilă W., 1985, Folosirea apelor uzate în agricultură , Ed. Ceres, Bucureşti.

64. Gus P., Cordos N., Mihaiu I., Rusu T., Ivan I., 2003, Rapița-tehnilogie de cultivare:

Aliment si combustibil, Rape-growing technology: food and fuel, Ed. Risoprint.

77. Iurciuc C. E., 2010, Epurarea avansată a apelor uzate în contextul dezvoltării durabile și

a valorificării efluentului în irigarea culturilor energetice, proiect de cercetare pentru

școala doctorală, Universitatea Tehnică „Gheorghe Asachi”, Facultatea de Hidrotehnică,

Geodezie şi Ingineria Mediului, Iaşi.

78. Iurciuc C. E., 2011, Stadiul actual privind valorificarea apelor uzate in irigatii.

Necesitatea epurarii avansate a apelor uzate, raport de cercetare nr.1, Universitatea

64


Tehnică „Gheorghe Asachi”, Facultatea de Hidrotehnică, Geodezie şi Ingineria

Mediului, Iaşi.

79. Iurciuc C. E., 2012, Cercetări teoretice asupra proceselor de epurare avansată a apelor

uzate. Studii asupra bilanțului apei în sol, raport de cercetare nr.2, Universitatea Tehnică

„Gheorghe Asachi”, Facultatea de Hidrotehnică, Geodezie şi Ingineria Mediului, Iaşi.

80. Iurciuc C. E., 2013, Cercetări experimentale pe diferite culturi irigate cu ape uzate.

Interpretarea rezultatelor obținute și recomandări viitoare, raport de cercetare nr.3,

Universitatea Tehnică „Gheorghe Asachi”, Facultatea de Hidrotehnică, Geodezie şi

Ingineria Mediului, Iaşi.

81. Iurciuc C. E., 2011, Technological schemes in advanced wastewater treatment, B+, 1st

Danube-Black Sea Regional Young Water Professional Conference, Innovations in the

field of water supply, sanitation and water quality, ARA, ISBN 978-973-7681-98-0, Ed.

Estfalia, pag.345-351, Bucuresti.

82. Iurciuc C. E., Dima M., Roca D., 2011, Impact compounds of nitrogen and phosphorus

from wastewater on the environment and methods to improve, Buletinul Institutului

Politehnic din Iași, Chimie și Inginerie Chimică, Tomul LVII(LXI), Fasc.4, categ. B+,

ISSN 0254-7104, Ed. Politehnium, pag. 75-82, Iași.

83. Iurciuc C. E., Dima M., Anei D.F., Ungurasu A.N., 2013, Reuse wastewater in

agriculture - a global perspective, acceptată pentru publicarea în Buletinul Institutului

Politehnic din Iaşi, Universitatea Tehnică „Gheorghe Asachi”, ISSN 1224-3892.

84. Iurciuc C. E., Dima M., 2012, Soil irrigation with wastewater in the context of

sustainable development, Volumul Simpozionului Internaţional „Present Environment

and Sustainable Development”, Universitatea „Alexandru Ioan Cuza”, Facultatea de

Geografie si Geologie, vol. 6, nr. 2, categ. B+, ISSN: 1843-5971, pag.135-146, Iași.

85. Iurciuc C. E., Roca D., 2012, Theoretical aspects of advanced methods of wastewater

treatment in order to eliminate pollutants from surface waters, Volumul Lucrări

Ştiinţifice, Universitatea de Știinte Agricole și Medicină Veterinară „Ion Ionescu de la

Brad”, Seria Agronomie,vol. 55, nr. 2 Supliment, categ. B+, ISSN: 1454-7414, pag. 33-

37, Iași.

86. Iurciuc C. E., Dima M., 2013, Wastewater for irrigation in agriculture: Some effects of

effluent on soil quality and canola (Brassica napus oleifera)growth, publicată în

Jurnalul Environmental Engineering and Management, categ. ISI, ISSN 1582-9596,

Vol. 12, No. 4, Ed. Politehnium, pag. 801-806, Iaşi

87. Iurciuc C. E., Dima M., Nacu F., 2013, Reuse wastewater in agriculture as alternative

source of irrigation in the context of sustainable development, volumul conferinţei

„Scientific and technical conference – Water services and the new energy challenges”,

Bucureşti, Ed. EstFalia, pag. 77-87, ISBN 978-606-8284-66-8, categ. B.

88. Iurciuc C. E., 2013, Aspecte privind valorificarea apelor uzate în scopul atingerii

standardelor agriculturii ecologice, în volumul workshop-ului „Tendinţe şi cerinţe de

interdisciplinaritate în cercetare. Prezentarea rezultatelor obţinute de doctoranzi” din

cadrul proiectului CUANTUMDOC, Universitatea Tehnică „Gheorghe Asachi”, ISBN

978-973-621-408-0, pag. 21-28, Iaşi.

89. Iurciuc C. E., Unguraşu A.N., Nacu F., 2013, The health risks of wastewater reuse in

vegetable irrigation, acceptată pentru publicare în volumul Simpozionului Internaţional

„Mediul actual şi Dezvoltare Durabilă”, categ. B+, organizat de Facultatea de Geografie

65


şi Geologie, Departamentul de Geografie, Colectivul de Geografia mediului al Univ.

“Al. Ioan Cuza”, Iași, ISSN 1843-5971.

92. Jelea F., Pricop Gh., Salay G., 1996, Canalizarea centrelor agricole și folosirea apelor

reziduale la irigații, Ed. Agro-Silvica, București.

98. Macoveanu M., 1997, Epurarea avansată a apelor uzate conținând compuși organici

nebiodegradabili, Ed. Gh Asachi, Iași.

106. Molden D., 2007, Water for food, Water for life: A Comprehensive Assessment of

Water Management in Agriculture, Earthscan/IWMI.

112. Neves R., Chambel-Leitao P., Leitao P.C., 2000, Modelacao numerica da circulacao

da aqua no solo. O modelo MOHID, Pedologia - Revista de ciencia do solo, vol 28, 46-

55, 2000, Oeiras, Portugal.

132. Schaap M.G., Leij F.J., van Genuchten M. Th., 2001, Rosetta - a computer program

for estimating soil hydraulic parameters with hierarchical pedotransfer functions,

Journal of Hydrology, 251:163-176.

139. Teixeira J.L., 1986, Modelos de programação e condução da rega. Tese de

Doutoramento, ISA.UTL, Lisabona.

142. Unguraşu A.N., Anei F.D., Iurciuc C. E., Stătescu F., 2013, Characterization of

certain soil processes using software-based modelling, publicată în Jurnalul

Environmental Engineering and Management, categ. ISI, ISSN 1582-9596, Vol. 12, No.

4, Ed. Politehnium, pag. 801-806, Iaşi

143. Ungurașu A.N., Iurciuc C. E., Anei F. D., 2013, Variation of soil water content in Iasi

area, volumul conferinţei „Scientific and technical conference – Water services and the

new energy challenges”, Bucureşti, Editura EstFalia, pag. 464-470, ISBN 978-606-

8284-66-8, categ. B.

144. Unguraşu A.N., Iurciuc C. E., Stătescu F., Nacu F., 2013, Researches concerning soil

analisys with electronic microscope, acceptată pentru publicare în volumul

Simpozionului Internaţional „Mediul actual şi Dezvoltare Durabilă”, categ. B+,

Facultatea de Geografie şi Geologie, Departamentul de Geografie, Colectivul de

Geografia mediului al Universităţii “Al. Ioan Cuza”, Iași, ISSN 1843-5971,.

156. ***NP 107/2004 – partea aIVa; Treapta de epurare avansată a apelor uzate.

164. *** http://www.chimiamediului.ro.

166. *** http://www.mohid.com/.

168. *** http://www.ea.europa.com.

174. *** http://www.unwater.org/statistics.html.

66

rezumat teza doctorat iurciuc cristina elena hgim

Documents