sisteme de aerare în staţiile de epurare a apelor uzate
TRANSCRIPT
Facultatea Ştiinţa şi Ingineria Materialelor
Catedra: Procesarea Materialelor si Ecometalurgie
Vizat, Prof. Dr. Ing. Florin ŞTEFĂNESCU
PROIECT DE LICENŢĂal absolventei Răduleţ Ghe. Rodica
A. Enunţul temei:
“Sisteme de aerare în staţiile de epurare a apelor uzate”B. Cuprinsul temei
1. Studiu documentar privind situaţia actuală a sistemelor se aerare din staţiile de epurare .
Consideraţii generale Tipuri de aeratoare utilizate
2. Contribuţii personale constând în: aerarea bazinelor pentru uz domestic cu conducte cu deschidere
la capăt şi găsirea celei mai eficiente metode de aerare cât şi avantajele sistemului de aerare realizat;
sistem de aerare propus: difuzor tubular cu membrană elastică - descrierea şi funcţionarea acestuia;
date privind membrana elastică constând în parametrii tehnologici şi caracteristici fizice şi mecanice ale membranei
3. Concluzii4. Bibliografie
Conducător Ştiinţific, Absolvent,Ş.l. dr. Ing. Mirele SOHACIU Rodica RĂDULEŢ
1
CUPRINS
Abstract................................................................................................................3
1. Studiu documentar...........................................................................................41.1. Consideraţii generale....................................................................................41.2.Analiza situaţiei actuale pe plan naţional şi tendinţele pe plan
internaţional...................................................................................................91.3. Tipuri de aeratoare utilizate în treapta de epurare biologică.......................10
1.3.1. Aeratoare mecanice de suprafaţa.........................................................101.3.2. Aeratoare pneumatice..........................................................................12
1.4 Utilizarea dispozitivelor de aerare la epurarea biologică.............................161.4.1 Caracteristici de performanţă a dispozitivelor de aerare......................16
2. Cercetări experimentale.................................................................................182.1Considerente privind dimensiunile optime ale difuzorului cu membrană....24
2.1.1 Importanţa diametrului bulelor dB pentru capacitatea de intrare a oxigenului..........................................................................................242.1.2 Procesul de transfer gaz-lichid.............................................................252.1.3 Regimul cu bule dispersate bulă cu bulă..............................................272.1.4 Regimul intermediar.............................................................................272.1.5 Regimul de jet......................................................................................282.1.6 Concluzii privind formarea bulelor de gaz în mediu lichid.................28
2.2 Dependenţa caracteristicilor bulelor de proprietăţile statice ale membranei...................................................................................................29 2.3 Randamentul transferului tipic de oxigen la adâncimi diferite ale apei în funcţie de presiunea parţială a oxigenului din soluţie.................... 29 2.4 Caracteristicile difuzorilor cu membrană elastică.......................................31 2.5 Sistemul de aerare propus – model funcţional............................................33
2.5.1 Descrierea şi funcţionarea modelului funcţional..................................332.5.2 Date privind membrana elastică...........................................................37
Concluzii............................................................................................................43
Bibliografie........................................................................................................47
2
ABSTRACT
Oxygenated water is a process transfer of gas mass in the water mass at
water treatment in the biological stage. The process can rely on the air oxygen , the
ozonized air or directly on pure oxygen.
In the last decade we tried to resolved the problem of rehabilitation of
treatment station by adopting the air aeration szstem with fine bubbles, providing a
reduction of energy consumption by 30% compared to the average bubble aeration
system.
From aeration systems, currently available, that is leading efficiency are
generating fine bubbles air through porous broadcasters.
Efficiency of aeration is determined by the following factors:
-depth of injection;
- fine bubble size;
-conditions obtained by introducing compressed air flow in the basin
activation.
Oxygen content is higher in the bottom of the basin where, due to static
pressure, to reach higher values of the coefficient of oxygen saturation.
So, to weather all the water in the basin, broadcasters must be located in the
deepest part of the basin.
Efficiency of all aeration systems is reduced with increasing water
temperature, because oxygen solubility decreases at higher temperatures. Water
composition has a profound influence in determining efficiency, because efficiency
is progressively reduced concentration of organic substances in water and
pollution.
3
1. STUDIU DOCUMENTAR
1.1 Consideraţii generale
În ultimii ani s-a acordat o atenţie sporită dezvoltării durabile a tehnologiilor
şi proceselor aplicate în staţiile de epurare. Astfel, o staţie de epurare a apelor uzate
poate fi o sursă importantă de risc în ceea ce priveşte mediul şi sănătatea umană,
prin emisii de substanţe nocive în apă, atmosferă şi sol. Aceste riscuri pot fi reduse
dacă staţia de epurare este proiectată şi funcţionează în concordanţă cu criteriile de
dezvoltare durabilă şi de optimizare a proceselor.
Strategia României de aderare la Uniunea Europeană a implicat şi implică
necesitatea rezolvării problemelor de protejare a mediului prin modernizarea
tehnologiilor existente, prin realizarea şi punerea în funcţiune a unor instalaţii noi
performante şi prin oferirea unor servicii adaptate exigenţelor normelor de mediu.
Reîntoarcerea umanităţii de la stadiul ultramecanizat şi tehnicizat la o
civilizaţie care conştientizează rolul vital al naturii, face ca în toate domeniile
soluţiile care integrează şi protejează mediul să fie apreciate şi considerate de
avangardă.
Una dintre materializările acestor studii sunt şi staţiile de epurare. Prin
realizarea de staţii de epurare, sub formă compactă, cu funcţionare autonomă, se
urmăreşte reducerea impactului asupra mediului a activităţilor umane sau
industriale în zone rurale şi izolate unde nu există posibilitatea colectării apelor
uzate şi tratarea acestora în staţii de epurare comunale.
Prin utilizarea unor tehnologii moderne de epurare (aplicarea unor metode
fizico-chimice de tratare a apei, utilizarea de combinaţii de filtre biologice) în
construcţia staţiilor, se poate obţine reducerea semnificativă a cantităţii de nămol
rezultate în urma epurării, utilizarea eficientă a spaţiilor libere existente, creşterea
fiabilităţii şi simplificarea operaţiilor de întreţinere.
Epurarea biologică continuă procesul tehnologic al epurării
apelor uzate, urmând epurării mecanice.
4
Deşi procesele biologice încep şi se desfăsoară mai mult sau
mai puţin fără o intervenţie din afară, pentru o cât mai mare
eficienţă a procesului este necesară cunoaşterea mai în detaliu a
acestora, atât pentru construcţia unor instalaţii adecvate, cât şi
pentru o exploatare raţională.
Treapta preliminară a epurării biologice este decantarea.
Îndepărtarea materiilor solide în suspensie separabile prin
decantare trebuie să se facă în decantoare, deoarece instalaţiile
de epurare biologică nu mai trebuie să fie încărcate şi cu acestea,
lor revenindu-le, în principal, rolul în îndepărtarea materiilor solide
dizolvate şi coloidale. Luând în consideraţie eficienţa totală a
staţiei de epurare, fiecărei unităţi trebuie să i se repartizeze o
încarcare corespunzătoare, care să reprezinte cel puţin o medie a
celei normale. Uneori, epurarea preliminară poate fi completată
tot cu o epurare biologică, însă de mică eficienţă, după care
urmează epurarea biologică propriu-zisă. Ca exemplu de instalaţii
de epurare biologică prealabile se menţionează filtrele biologice
sau bazinele cu nămol activ de mare încărcare. Ca tratare
prealabilă se poate avea în vedere şi coagularea suspensiilor din
apă.
În momentul în care apa uzată întâlneşte o suprafaţă de
contact, pe interfaţa dintre apa uzată şi suprafaţa de contact se
dezvoltă bacterii şi alte numeroase microorganisme. Acestea dau
naştere imediat la membrane sau pojghiţe (la filtrele biologice, la
câmpurile de irigare şi filtrare etc.) şi la flocoane biologice (în
bazinele cu nămol activ), care abundă în organisme unicelulare
sau complexe, constituind aşa-numita biomasă.
Biomasa are mare putere de transformare a materiilor solide
din apa uzată aflate sub diferite forme (suspensie, coloidale,
dizolvate), astfel:
5
iau din materiile solide energia sau hrana necesară
membranei sau flocoanelor pentru întreţinerea şi
dezvoltarea lor;
transferă înapoi în apa uzată produsele finale ale
descompunerii, ca de exemplu nitraţii, sulfaţii, bioxidul
de carbon etc;
transformă materiile solide în suspensie separabile prin
decantare, în materii coloidale sau chiar dizolvate.
Deoarece epurarea biologică este un fenomen de suprafaţă,
realizarea acesteia are loc în funcţie de suprafaţa de contact.
Suprafaţa flocoanelor care se formează în bazinele cu nămol activ
este evaluată la 1600 m2/m3 de volum de bazin de aerare.
Aceasta nu este fixă ca în cazul filtrelor biologice şi de aceea
este mai eficientă în procesul de epurare.
Alimentarea biomasei cu hrană trebuie să se facă în cantităţi
suficiente pentru a menţine o activitate maximă a
microorganismelor pe fiecare unitate de suprafaţă a membranei
sau a flocoanelor. Adsorbţia şi celelalte fenomene interfaciale de
acest fel sunt mai active la concentraţii mari de materii solide pe
apa
uzată. Din aceasta cauză activitatea bacteriilor este mai mare în
straturile superioare ale membranei biofiltrelor şi în primele ore în
bazinele cu nămol activ.
Cu exceptia azotaţilor şi fosfaţilor, cea mai mare parte a
mineralelor care intră în compoziţia biomasei sunt existente în
apele de alimentare. Cererea de azot şi fosfor a
microorganismelor este satisfăcută de deşeurile orăşenesti şi
uneori de cele ale unor industrii. Dacă în final apele uzate
orăşeneşti nu au cantităţi suficiente
6
de azot şi fosfor pentru a putea fi tratate biologic, se recurge la
substanţe chimice corespunzătoare sau, dacă este posibil, se
introduc ape uzate menajere. Cerinţele minime de azot şi fosfor
sunt exprimate prin relaţia:
CBO : N : P = 150 : 5 : 1, în apa uzată şi 90 : 5 : 1 nămol.
Biomasa are o deosebită importanţă în procesul biologic de
oxidare a materiilor organice. Dezvoltarea acestei biomase,
respectiv grosimea membranei şi volumul de flocoane trebuie să
rămână între anumite limite. Cantitatea de biomasă reţinută în
instalaţii depinde de încărcarea hidraulică, temperatură,
dimensiunile suprafeţei de contact şi viteza de adsorbţie a
oxigenului; aceasta este mai mare la suprafaţa biomasei, însă
descreşte pe măsură ce pătrunde în interiorul ei.
Menţinerea biomasei între limitele normale se realizează prin
evacuarea ei pe cale naturală sau forţată. La bazinele cu nămol
activ, cantitatea de biomasă care acţionează poate fi reglată, ea
fiind mai mare sau mai mică după cum este necesar, surplusul
(nămolul în exces) este trimis în decantoarele secundare şi de aici
ajung în bazinele de fermentare a nămolului (figura 1.1).
Fig.1.1 Schema de funcţionare a unei staţii de epurare1- colectare / egalizare pompare influent; 2 - prima treaptă de epurare: tratare mecanică; 3 - a doua treaptă de epurare: tratare biologică; 4 -
decantare secundară
Deoarece cantitatea de nămol rezultată din biomasa,
reţinută în decantoarele secundare, este destul de voluminoasă,
în final şi aceasta trebuie tratată şi îndepărtată; de aceea
7
procesul biologic din instalaţiile de epurare se obişnuieşte a fi
analizat în acelaşi timp cu metodele de tratare a acestui nămol.
Cantitatea şi caracteristicile acestor nămoluri trebuie bine
cunoscute înainte de a face aprecierile corespunzătoare.
Cantitatea, în greutate, de materii solide separabile prin
decantare din nămolul din decantoarele secundare după bazinele
cu nămol activ poate fi estimată aproximativ, pornind de la
observaţia că 50 – 60% din CBO5 la 200C este transformat în
flocoane, în greutate, ca materii solide în suspensie separabile
prin decantare, uscate. Aceiaşi aproximaţie se poate face şi
pentru membrana filtrelor biologice. Cantitatea descreşte paralel
cu vârsta nămolului şi deci cu cantitatea de nămol de recirculare.
Una din caracteristicile principale ale epurării apelor uzate în
instalaţiile de epurare biologică este procesul de nitrificare.
Oxidarea azotului organic sau amoniacului poate uneori să fie atât
de avansată încât efluentul să conţină cantităţi apreciabile de
azotaţi şi numai puţini azotiţi. Deşi aceştia constituie o rezervă
suplimentară de oxigen, prezenţa lor în apele de suprafaţă poate
stimula în anumite condiţii dezvoltarea vegetaţiei acvatice peste
limitele normale. După ce această vegetaţie suplimentară moare,
materiile organice rezultate măresc consumul de oxigen şi astfel
se produce aşa numitul fenomen de eutrofizare. Dintre prejudiciile
cele mai importante se menţionează colmatarea filtrelor de nisip
care tratează apa de alimentare cu planctonul rezultat,
colmatarea conductelor etc. Pe de altă parte însă, plantele
consumă bioxidul de carbon şi eliberează oxigenul pentru
fotosinteză.
În general, nitrificarea avansată rezultă ori de câte ori se
urmăreşte obţinerea unui consum biochimic de oxigen foarte mic
8
– condiţiile de evacuare a apei din emisar cer aceasta – sau când
se intenţionează ca biomasa să fie folosită ca fertilizator.
In acest context, cantitatea de oxigen necesară epurării
apelor reziduale reprezintă partea principală a energiei cerute de
staţiile de epurare (60–70%). De aceea, standardele mereu în
creştere pentru calitatea apei epurate şi nevoia de economie cer
facilităţi de alimentare moderne, eficiente care să permită o
adaptare la procesele de epurare tot mai flexibile. Este necesară
găsirea unor metode mai eficiente de mărire a concentraţiei de
ozon dizolvat în apă, prin utilizarea difuzorilor cu suprafaţa mare
de acoperire, astfel încat să se asigure concentraţii de oxigen de
6 – 7% cu consumuri energetice cu 20 – 30% mai mici.
Difuzorii cu membrană, spre deosebire de cei ceramici, sunt
potriviţi pentru operaţiile intermitente deoarece perforaţiile
pentru eliberarea gazului se vor deschide şi se vor închide în
funcţie de intrarea aerului, împiedicând în acelaşi timp
pătrunderea apei reziduale în sistemul de aerare. Difuzorii cu
membrană sunt, de aceea, o componentă standard atât în
eliminarea azotului (simultan denitrificare, cu circulaţie) cât şi în
eliminarea fosfaţilor biologici (alternativ aerob/anaerob, de
asemenea cu circulare).
1.2 Analiza situaţiei actuale pe plan naţional şi tendinţele
9
pe plan internaţional
De-a lungul celor peste 20 de ani de dezvoltare a difuzorilor
cu membrană s-au realizat trei tipuri principale: difuzorul tub cu
membrană (25 – 75 mm în diametru, până la 118 mm pentru
sistemul de aerare AQUA PRO şi lungimi de 300 – 1200 mm, până
la 2000 mm, pentru sistemul de aerare AQUA PRO), difuzorul plat
cu membrană (aproximativ 0,2 – 0,3 m2) şi difuzorul cu
membrană în formă de disc.
Dacă primii difuzori cu membrană elastomer realizaţi au fost
tubulari, ei dominând piaţa între anii 1980 – 1990, ulterior piaţa s-
a diversificat cu difuzori disc şi difuzori plaţi care au luat avânt
între 1990 – 2000 (ajungând la sfârşitul anului 1998 să se producă
peste 150.000 difuzori tubulari şi peste 120.000 difuzori disc).
În România, producerea difuzorilor cu membrană elastomer
este realizată de o singură firmă producătoare de echipamente de
epurare, care produce difuzoare disc şi care este interesată în
asimilarea şi a difuzorilor tubulari cu membrană cu calităţi
similare celor care sunt pe piaţă. Datorită cererii mari de astfel de
echipamente este oportună realizarea în ţară de difuzori tubulari
performanţi, prin folosirea tehnologiilor de vârf în procesul de
fabricaţie, care să ducă la creşterea suprafeţelor active, la
micşorarea consumurilor energetice, la creşterea duratei de
funcţionare.
În prezent, pe piaţa internaţională se observă un reviriment
la vânzările de difuzori tubulari faţă de celelalte tipuri de difuzori
cu membrană, aceasta datorită avantajelor pe care aceşti difuzori
le au.
În lume sunt mulţi producători şi distribuitori de difuzori şi
sisteme complete de oxigenare a apei, printre care amintim:
10
ENVICON, JAEGER, ROEDIGER, SANITAIRE, ASIO, IE-FBD, AQUA
ENDURATUBE, ECOPOLYMER GROUP, EDI, HYUTUBE, SSI AIRFLEX,
TUBEFLEX, WILFLEY WEBER, etc…
1.3 Tipuri de aeratoare utilizate în treapta de epurare biologică
In cazul epurării biologice se pot utiliza următoarele tipuri de aeratoare:
1.3.1 Aeratoare mecanice de suprafaţa:
cu perii;
cu rotor cu imersie fixă pe pasarelă;
cu rotor cu imersie reglabilă;
cu rotor cu imersie fixă pe flotor.
Aeratoarele mecanice de suprafaţă cu perii au eficienţa de aerare de 2
în apa curată şi 1,4 – 1,7 în apa uzată. Aeratoarele mecanice cu
rotor au o eficienţă de aerare 1,8 – 2,2 în apa curată şi 1,3 – 1,8 în
apa uzată.
În figura 1.2 este prezentată o secţiune longitudinală prin aeratorul cu perii
YHG, în două variante (funcţie de tipul bazinului şi de mărimea aeratorului).
a) b)
Fig.1.2 Secţiune longitudinală prin aeratorul cu perii YHG:a) prevăzut cu pod; b) fără pod instalat
11
Aeratoare cu rotor cu imersie fixă pe flotor tip AQUA TURBO AER – AS.
În figura 1.3 sunt prezentate schematic 5 tipuri de conuri de aspiraţie are se
montează pe aerator în funcţie de adâncimea bazinului de aerare şi de circulaţia
curenţilor de apă în bazin.
Fig.1.3 Exemple de conuri de aspiraţie pentru aeratoare
La aeratoarele mecanice de suprafaţă româneşti TD (cu rotor de tip pompă,
cu palete drepte tangenţiale), eficienţa maximă de aerare este de 1,5 – 2,6 ,
12
iar la aeratoarele DT (cu rotor top pompă diagonal cu tub) eficienţa maximă de
aerare este de 1,6 – 2,18 în apa uzată.
1.3.2 Aeratoare pneumatice:
o cu bule mari (diametrul bulei < 120mm):
- conducte găurite (din oţel sau mase plastice);
- tuburi statice;
o cu bule fine (diametrul bulei 1 – 3 mm):
- difuzoare poroase;
- tuburi poroase;
- difuzoare cu membrană elastică;
- tuburi cu membrană elastică;
- panouri cu membrană elastică.
Aeratoarele pneumatice cu conducte găurite au fost utilizate în multe din
staţiile de epurare din ţară, montate pe fundul bazinelor de epurare biologică sau
perpendicular pe perete la o distanţă medie de 0,8 m faţă de nivelul apei în bazinele
de aerare pneumatică tip INKA. Randamentul acestui sistem de aerare era de 5,5 –
7 la o eficienţă energetică de 5 – 5,5 . Acest
sistem de aerare este utilizat şi în separatoarele de grăsimi. Firma Envicon oferă pe
piaţă difuzoare cu bule mari tip ERS din ţevi de inox sau PE utilizate mai ales în
separatoarele de grăsimi şi pentru apele uzate grase.
Tuburile statice executate din materiale plastice sunt folosite în special
pentru omogenizare. Utilizate împreună cu aeratoarele pneumatice cu bule fine
ajută şi la oxigenare.
Aeratoarele pneumatice cu bule fine cu difuzoare poroase ceramice utilizate
în staţiile de epurare sunt sub formă de plăci (cu dimensiuni uzuale de 300 x 300 x
24 mm), sau sub formă de tuburi poroase (lungimi de 600 mm şi diametre de 50 –
75 mm), cu porizităţi de 30 – 35 % şi permeabilităţi de 12 – 24 . Aceste
13
difuzoare au o pierdere de presiune de 0,15 m col.H2O, care se dublează în
momentul colmatării, când trebuie demontate şi curăţate.
Pentru a fi eficiente, prin ele trebuie să circule aer curat (cantitatea de praf în
aer să fie mai mică de 0,015 mg/m3), iar funcţionarea să fie continuă. Firme care
oferă difuzoare poroase pe piaţa românească sunt ENVICOM (figura 1.4),
TRAILIGAZ.
Fig.1.4 Difuzoare disc şi tubulare, ceramice şi cu membrană elastică
Aeratoarele pneumatice cu difuzoare cu membrană elastică şi tubulare au
partea activă (membrana găurită) din cauciuc EPDM rezistent la ozon, cu durata de
îmbătrânire mare, corpul difuzorului fiind realizat din mase plastice rezistente la
şoc. Acestea nu se colmatează datorită faptului că orificiile se închid la oprirea
aerului, iar în timpul funcţionării vibraţiile membranei duc la o autocurăţire
eficientă. Difuzoarele tip panou au membrană elastică poroasă din material
termoplastic.
Treapta de epurare biologică a staţiei de epurare a apelor menajere din oraşul
Iaşi a fost echipată în anul 1995 cu peste 9000 de difuzoare disc cu membrană
elastică produse de firma Envicon.
14
Firma ASIO comercializează difuzori tubulari cu membrană elastică.
Sistemul ASE constă din tuburi de susţinere pe care sunt montate aeratoare A 109
cu membrană perforată, din cauciuc special. Membrana distribuie bule fine de aer;
în lipsa presiunii din tuburi, porii membranei sunt închişi, împiedicând intrarea în
sistem. Acest sistem poate fi utilizat în procese cu funcţionare intermitentă.
Sistemul mai are o armătură de purjare, pentru eliminarea apei condensate din
aerul comprimat.
Firmele americane AIRFLEX TUBE, AQUA ENDURATUBE şi Diffuser
Tech Aeration Systems, Inc. (HYOTUBE), oferă difuzori tubulari în gama 200 –
500 – 600 şi 1000 mm şi 305 – 2440 mm construiţi din materiale cu durabilitate
mare de funcţionare (EPDM, URETAN, SILICON).
În figurile 1.5, 1.6, 1.7 şi 1.8 sunt prezentaţi difuzorii HYOTUBE şi
posibilităţile de montaj în bazinele de aerare:
Fig.1.5 HYOTUBETM SERIES-7
Fig.1.6 HYOTUBETM SERIES-9
15
Fig.1.7 Kituri de montare a difuzorilor HYOTUBETM pe conducte circulare şsi rectangulare
Fig.1.8 Difuzori HYOTUBE montaţi în bazine de aerare
Sistemul de aerare AQUA-LINE şi AQUA-PRO fabricaţi de firma rusească
ECOPOLYMER GROUP din Moscova reprezintă difuzori tubulari din
ecopolimeri, la dimensiunile de 1000 şi 2000 mm lungime şi în diametru.
Difuzorii din seria AQUA-LINE (figura 1.9) sunt utilizaţi în Rusia, USA,
China, Korea de Sud şi în alte ţări.
Fig.1.9 Difuzori AQUA-LINE (construcţie şi montaj):
16
1 - corp; 2 - strat de difuzie exterior; 3 - strat de difuzie interior; 4 - corp difuzor
1.4 Utilizarea dispozitivelor de aerare la epurarea biologică1.4.1 Caracteristici de performanţă a dispozitivelor de aerare
În zonele rurale unde apa potabilă este obţinută din bazine, aerarea de iarnă
este larg practicată pentru a preveni problemele legate de gust şi clor din timpul
perioadelor cu anoxie.
Fig.1.10 Modalităţi de injectare a aerului
Aerul este de obicei injectat, fie printr-un tub, fie prin diferite tipuri de
difuzoare, în apropierea punctului de admisie/aspiraţie a apei (figura 1.10). Ipoteza
subliniată este aceea că injecţia de aer va îmbunătăţi calitatea apei în regiunea de
admisie a apei.
Folosirea aerării în administrarea calităţii apei din bazine este variabilă, în
funcţie de regiune. Acest lucru s-a observat în urma experienţei practice din
diferite regiuni. În regiunile reci, aerarea se practică în special iarna, când nivelul
de oxigen din bazine este aproape de zero, fapt ce duce la probleme de gust şi
miros. Metoda tradiţională folosită este cea a injecţiei de aer în zona de admisie /
adsorbţie a apei, aerul venind de la capătul unui tub conectat la un compresor. De
obicei tubul folosit are un diametru interior de 1,27 cm. Acest tip de aerare dă
rezultate într-o zonă mare de apă în jurul aeratorului.
17
Condiţii anoxice, care pot apărea atât vara cât si iarna dar, sunt mai
probabile iarna când bazinele pot fi acoperite de gheaţă multe luni. Condiţiile
anoxice constau într-o schimbare de la oxidare şi până la reducerea condiţiilor de
mediu (de viaţă) din bazine. Prin reducerea acestor condiţii sunt produse hidrogen
sulfurat şi alte componente inacceptabile.
Aerarea serveşte atât la eliminarea acestor gaze cât şi la formarea unui
produs de oxidare care previne formarea acestor gaze dăunătoare.
18
2. CERCETĂRI EXPERIMENTALE
Cercetările experimentale au avut ca scop stabilirea parametrilor necesari
procesului de aerare astfel încât aplicarea acestei metode să aibă o eficienţă cât mai
bună.
Cercetările au fost efectuate pe 11 bazine, zece din cele 11 bazine fiind
folosite pentru aprovizionare cu apă. Volumele diferite ale bazinelor (tabelul 2.1),
au fost calculate prin intermediul suprafeţei şi a adâncimii, în funcţie de pantă. În
funcţie de diferenţa mărimii şi a adâncimii bazinelor s-au folosit compresoare de
mărimi diferite, apărând astfel o variaţie în cantitatea de aer şi de energie
consumată.
Tabelul 2.1 prezintă bazinele folosite pentru aerare. Bazinele control nu
au fost aerate, iar cele testate au fost aerate în profunzime prin
injectarea la adâncime a aerului printr-un tub, la suprafaţa apei
aerarea cu aeratoare mecanice de suprafaţă cu plutitor, iar liniar
au fost aerate în profunzime prin injectarea la adâncime a aerului
printr-un tub, la suprafaţa apei prin aerarea cu aeratoare
mecanice de suprafaţă cu plutitor, iar liniar au fost aerate folosind
un difuzor liniar cu fante de 5 până la 6,5mm lungime la fiecare
76cm, care a produs bule fine de aer. Punctul – sursa a fost
difuzorul cu membrana elastică.
Tabelul 2.1
Denumirebazin
Lungime,[m]
Lăţime,[m]
Adâncime,[m]
Suprafaţa, [m2]
Volumul,[m3]
Control – 1 107,0 58,4 4,00 6,249 19,202Control – 2 70,0 31,0 4,25 2,170 5,700Control – 3 54,0 18,2 3,10 983 1,807
Deschis la capăt – 1 65,2 31,0 5,5 2,021 5,738Deschis la capăt – 2 87,2 55,6 5,0 4,848 16,412
19
Mecanic – 1 78,4 33,8 3,5 2,650 6,521Mecanic – 2 67,4 27,0 3,25 1,820 3,980Linear – A1 61,0 39,2 4,3 2,391 6,327Linear – R1 61,1 22,5 3,5 1,374 3,170Linear – R2 63,6 24,9 3,75 1,581 3,293Membrana 61,0 20,4 3,75 1,244 2,654
Au fost testate mai multe tipuri de difuzoare. Tipul de difuzor cel mai des
utilizat în cadrul acestor cercetări a fost cel cu tubul de insuflare de diametru de
1,27 cm, din plastic.
Au fost testate, de asemenea, trei difuzoare liniare cu bule fine. Acestea au
fost realizate din tuburi de plastic negru cu un diametru în interior de 1,27 cm, cu
găuri de aproximativ 5 – 6 mm, distanţate la 7,6 cm pe suprafaţa tubului. Unul
dintre aceste difuzoare, Linear – A1, a fost fabricat de Air Diffusion Sistem, Lake
Bluff, IL. Acesta a avut 10,7 m lungime şi un diametru interior de 1,27 cm, cu
grosimea de 1 mm, astfel încât să stea pe fundul bazinului.
Celelalte două difuzoare, Linear – R1 şi Linear – R2 au avut diametrul
interior de 15 mm şi grosimea de 1 mm. Găurile au fost făcute la fiecare la 7,62
cm. Difuzorul R1 a fost de 30,48 m lungime, iar R2 de 15,24 m lungime.
Amândouă difuzoarele au plutit aproximativ la 50 cm de fundul bazinului. Au fost
ţinute în loc de greutăţi ataşate de difuzor prin frânghii la fiecare 1,2 m.
În tabelul 2.2 este prezentată energia consumată în funcţie de cantitatea de
aer difuzată, pentru o parte din bazinele asupra cărora s-au efectuat cercetările
(circularea aerului este dată în litri pe minut).
Tabelul 2.2
Bazin tratatAria, [m2]
Volumul,[m3]
Debit aer,[l/min]
Putere,[W]
[l/min/m2] [W/m2]
Deschis lacapăt – 1
2,021 5,738 18,4 65 0,0091 0,032
Deschis lacapăt – 2
4,848 16,412 38,2 327 0,0079 0,067
Mecanic – 1 2,650 6,521 - 155 - 0,058
Mecanic – 2 1,820 3,980 - 178 - 0,098
Linear – A1 2,391 6,327 11,0 50 0,0045 0,021
Linear – R1 1,374 3,170 56,6 - 0,0413 -
20
Linear – R2 1,581 3,293 24,6 513 0,0156 0,0324
Membrană 1,244 2,654 16,7 50 0,0133 0,040
Amplasarea dispozitivelor de aerare în bazine a fost diferită. Tuburile au
fost, în ambele cazuri, plasate în centrul bazinului. Aeratorul de suprafaţă şi
difuzorul cu membrană au fost plasate în lungul bazinului, iar aeratoarele liniare au
fost plasate longitudinal, pe mijlocul acestuia, paralel cu laturile lungi ale
bazinului.
De asemenea, au fost testate două aeratoare de suprafaţă. Unul dintre
acestea, Little Titan (1/6 HP, 1,51 A, 118 V) a fost fabricat de Otterbine / Barebo
Inc, Emmaus, PA. Celălalt aerator de 1/20 HP (1,34 A, 116 V) a fost fabricat de
The Powe House, mOwing Mills, Maryland.
Bazinele au fost comparate săptămânal. In timpul comparării, au fost
măsurate temperatura şi concentraţia de oxigen, la distanţe de 1m de la suprafaţa
de 50 de cm deasupra sedimentelor, folosind instrumente Yellow Spring, modelul
55 Oxigen Metter.
Temperatura a fost înregistrată cu o precizie de 0,10C, iar nivelul oxigenului
cu o precizie de 0,1mg/l.
În timpul sezonului cald profilele au fost măsurate în trei locuri egale ca
suprafaţă.
În tabelul 2.3 sunt prezentate profilele orizontale pentru oxigen şi
temperatura în trei puncte: a) pentru un bazin neaerat, iar în b) un bazin aerat.
Tabelul 2.3Adâncime,
[m]Punct măs. 1 Punct măs. 2 Punct măs. 3O2
0C O20C O2
0Ca.
Suprafaţa 17,4 8,7 17,0 8,3 16,7 7,71 17,3 8,8 17,0 8,3 16,7 7,82 16,9 8,7 16,7 8,5 16,3 7,53 16,3 8,6 16,2 8,1 16,2 7,4
3.5 - - 16,0 7,9 16,1 7,4b.
Suprafaţa 18,1 9,6 18,0 9,2 18,9 9,21 18,1 9,5 18,1 9,3 18,2 9,32 18,0 9,4 18,1 9,2 18,1 9,33 17,9 9,2 17,5 9,2 - -
21
3.5 - - 17,1 9,2 - -
Bazinele care nu au fost aerate aveau o stratificare verticală, atât la
temperatură cât şi la oxigenul dizolvat în timpul lunilor de vară (tabelul 2.4).
Tabelul 2.4Adâncime,
[m]15 august 2 octombrie 3 decembrie
0CO2
[mg/l]0C
O2
[mg/l]0C
O2
[mg/l]
Suprafaţa 21,2 7,7 5,8 10,8 6,4 1,9
119,8 8,3 5,9 11,1 3,4 3,9
2 17,3 8,2 5,9 11,2 1,9 4,1
3 14,6 4,3 5,9 11,5 2,1 4,1
4 12,1 4,3 5,8 11,0 1,6 4,1
Funcţionarea aeratoarelor, la aerarea apei, pentru anumite adâncimi este
prezentată în tabelul 2.5.
În bazinele cu aeratoare liniare (R1 şi R2), care pluteau aproape de fundul
bazinelor, concentraţia de oxigen de sub difuzoare a fost scăzută, indicând faptul
că apa de sub difuzor nu a fost mixată sau aerată.
Temperatura a fost de 18,30C deasupra aeratorului şi de 10,10C sub acesta.
Tabelul 2.5
Adâncime,[m]
Temperatura, [0C]
ControlAerator desuprafaţă
Aeratortubular
Difuzorliniar
Suprafaţa 13,6 15,0 12,4 13,91 13,2 14,5 12,4 13,92 12,5 13,7 12,3 13,93 12,2 12,4 11,2 13,84 11,5 12,0 10,8 13,75 - - 10,2 13,6
5.75 - - 9,8 -Oxigen dizolvat, [mg/l]
Suprafaţa 10,7 10,7 11,8 9,41 9,8 10,9 12,2 9,62 7,6 10,2 12,1 9,83 2,6 4,5 9,4 9,94 2,4 4,4 6,5 9,95 - - 1,2 9,4
5.75 - - 0,5 -
22
Concentraţia oxigenului a variat de la un bazin la altul, chiar şi la suprafaţă.
Iarna, temperatura apei a fost tot timpul stratificată în bazinele neaerate (tabelul
2.6). Din luna ianuarie bazinele neaerate au devenit anoxice. Sistemele de aerare
diferite testate s-au dovedit potrivite pentru a menţine gustul şi mirosul acceptabil
al apei. Nu s-au înregistrat diferenţe mari între grosimea apei la bazinele aerate şi
cele neaerate. A fost totuşi o diferenţă la suprafaţa apei deschise menţinută de
diferite dispozitive de aerare. Bazinele aerate cu tuburi deschise la un capăt au avut
o suprafaţă de apă care nu a îngheţat în lunile de iarnă ce a variat de la 1,5 la 3 m în
diametru.
Bazinele cu aerare mai eficientă au fost răcite mai substanţial (tabelul 2.6) şi
în aceste bazine nu s-au observat suprafeţe de apă neîngheţate pe timpul iernii.
Concentraţiile de oxigen au fost potrivite dar nu foarte mari în această
situaţie.
Tabelul 2.6
Adâncime,[m]
Temperatura, [0C]
ControlAerator desuprafaţă
Aeratortubular
Difuzorliniar
suprafaţa 0,6 0,2 0,3 0,11 1,0 0,3 0,3 0,22 1,7 0,3 0,3 0,23 2,0 0,3 2,3 0,24 3,1 - 2,5 0,25 - - 2,8 -
Oxigen dizolvat, [mg/l]suprafaţa 0,4 5,9 4,5 10,6
1 0,3 5,9 4,3 10,62 0,3 5,8 4,2 10,63 0,2 5,8 1,1 10,64 0,2 - 0,6 10,65 - - 0,2 -
Rezultatele arată că o bună aerare este însoţită de o amestecare completă a
apei în bazin. Toate sistemele de aerare testate au fost eficiente în aerarea apei de
la suprafaţă, în cazul injecţiei de aer, şi în toată masa, până la fundul bazinului, în
cazul aeratoarelor de suprafaţă.
23
În concluzie, putem spune că, pentru a aera toată apa din bazin, injectoarele
de aer trebuie să fie situate în partea cea mai adâncă a bazinului. În mod similar,
dacă este folosit un aerator mecanic, trebuie să fie situat deasupra celui mai adânc
loc al bazinului.
Cea mai eficientă metodă de aerare pare să fie cea cu injectare de aer în
combinaţie cu un difuzor care produce bule fine. Deşi aeratoarele liniare cu
deschidere la capăt au aerat apa până la adâncimea la care au fost situate, au
menţinut un nivel mai scăzut al oxigenului decât aeratoarele similare, folosite
împreună cu un difuzor de bule fine. Tuburile cu deschidere la capăt sunt, de
asemenea, mai puţin eficiente la crearea unei circulaţii a apei în bazine, decât
aeratoarele cu bule fine puse pe un compressor similar. Pentru a menţine la
saturaţie concentraţiile de oxigen din apă, cantitatea de oxigen injectat a fost de 3
până la 10 ori mai mare decât cea cerută pentru a menţine niveluri de oxigen
adecvate. Am definit nivelul adecvat de oxigen ca fiind între 4 şi 5 mg/l.
Una din potenţialele probleme este în mod greşit asociată cu creşterea
algelor şi bacteriilor şi a precipitaţiilor minerale, pe şi în jurul locului de formare a
bulelor. Toate difuzoarele care s-au testat aveau pereţii subţiri şi erau flexibile şi de
aceea aveau o oarecare capacitate de autocurăţare, în principal legată de
precipitaţiile minerale.
În regiunea unde s-au făcut cercetările, principalul scop a fost aerarea
bazinelor pentru uz domestic cu conducte cu deschidere la capăt, pe timpul lunilor
de iarnă. Acest sistem creează o suprafaţă deschisă de apă care poate fi folosită de
oameni şi de animale.
De asemenea, rezultatele arată că o aerare mai bună este obţinută prin
folosirea unui difuzor cu bule fine şi că răcirea apei prin folosirea acestor difuzoare
permite formarea unui strat complet de gheaţă în bazine, fără să influenţeze
grosimea totală a stratului de gheaţă.
O aerare adecvată în bazinele de apă studiate poate fi atinsă la o rată de
injecţie de 0,0057 până la 0,0142 l/m2 şi o putere de 0,02 până la 0,04 W/m2 la
suprafaţa bazinului. Un bazin cu un volum de 3000 m3 necesită cam 14 l/min de
24
aer, care pot fi obţinuţi de la un compresor cu o putere de 50 până la 75 W de
electricitate.
2.1 Considerente privind dimensiunile optime aledifuzorului cu membrană
Stocurile de oxigen de la staţiile de tratare a apelor reziduale reprezintă
partea principală a energiei cerute de staţiile de purificare. De aceea, standardele,
mereu în creştere, pentru calitatea apei epurate şi nevoia de economie cer facilităţi
de alimentare moderne, eficiente care să permită o adaptare la procesele de epurare
tot mai flexibile.
Difuzoarele cu membrană, spre deosebire de cele ceramice, sunt potrivite
pentru operaţiile intermitente,deoarece perforaţiile pentru eliberarea gazului se vor
deschide şi închide în funcţie de intrarea aerului, împiedicând în acelaşi timp
pătrunderea apei reziduale în sistemul de aerare. Difuzoarele cu membrană sunt, de
aceea, o componentă standard atât în eliminarea azotului (simultan denitrificare, cu
circulare), cât şi eliminarea fosfaţilor biologici (alternative aerob / anaerob, de
asemenea, cu circulare).
De-a lungul celor aproape 25 de ani de istorie de dezvoltare a difuzorului cu
membrană, s-au realizat trei proiecte principale: difuzorul tub cu membrană
(aproximativ 25 – 75 mm în diametru), difuzorul plat cu membrană (aproximativ
0,2 – 0,3 m2) şi difuzorul cu membrană în formă de disc. În timp ce difuzorul tub
cu membrană este folosit în aerarea liniară, difuzoarele plate şi în formă de disc
sunt folosite de preferinţă în aerarea în spaţiu.
2.1.1 Importanţa diametrului bulelor dB pentru capacitateade intrare a oxigenului
25
Capacitatea stocului de oxigen, ce se poate calcula prin relatia:
OCR=kB*CS
este cea care determină eficienţa unui sistem de aerare cu presiune, în timp ce
gradul de utilizare al oxigenului, ca o cantitate corelată, ia în considerare volumul
rezervorului, cantitatea de aer şi adâncimea sulfului. Dar cum gradul de saturare a
oxigenului CS nu depinde de sistemul de aerare, numai constanta de aerare kB va
influenta capacitatea de intrare a aerului.
kB = 2,5*10-3 *A/V*tk-0,5 (h-1)
unde: A este suma tuturor suprafeţelor bulelor prezente în rezervor şi de la nivelul
apei, tk este perioada medie de existenţă a lui A, iar V este volumul rezervorului. A
este invers proporţională cu diametrul bulelor DB, astfel că gradul de utilizare a
oxigenului va creşte odată cu scăderea diametrului bulelor.
2.1.2 Procesul de transfer gaz-lichid
Bulele de gaz care apar într-un lichid se datorează:
depresurizării lichidului saturat în gaz;
descompunerii unui component în lichid;
introducerii directe a gazului prin difuzoare de diverse forme.
Apariţia bulelor în lichid necesită un nucleu de gaz, care poate fi o bulă
micronică sau o particulă solidă. Generarea bulelor de gaz prin dispersia acestuia
în masa de apă impune un consum de energie necesar acoperirii lucrului mecanic
de comprimare şi dispersie.
Dacă se consideră un orificiu mic de diametru d0 executat într-o placă, care
separă mediul gazos de mediul lichid (unde apa se află deasupra plăcii de
separaţie), datorită presiunii mai mari a gazului la orificiu se formează o bulă de
gaz care tinde să se desprindă.
Dimensiunea bulei rezultă din echilibrul dintre presiunea gazului din
interiorul bulei şi presiunea hidrostatică corespunzătoare coloanei de lichid de
26
deasupra plăcii cu orificii. Echilibrul forţelor care acţionează asupra bulei de gaz
este dat de relaţia:
Fp= Fσ + Fh
în care: Fp – forţa de presiune ce se exercită dinspre gaz spre lichid;
Fσ – forţa superficială ce rezultă din teorema lui Laplace;
Fh – forţa de presiune hidrostatică.
Pentru un element de suprafaţă dA din jurul unui punct de pe suprafaţa
exterioară a bulei de gaz forţele sunt:
dFp = Pg x dA (2.1)
d Fσ = σ(1/R1+1/R2) x dA (2.2)
unde: σ – tensiunea superficială a apei
[N/m]
R1 şi R2 – razele de curbură principale ale suprafeţei elementare dA.
dFh = (Pat + γz) x dA = (Pat + ρgh0 + ρgz) x d (2.3)
Pentru ca bula de gaz să se deformeze trebuie ca forţa de presiune să învingă
forţa de tensiune superficială ce apare ca urmare a presiunii capilare din bula şi
forţa de presiune hidrostatică.
Dacă bula este sferică R1 = R2 = R, cota z se neglijează în raport cu
adâncimea apei h; se obţine valoarea presiunii gazului;
Pg=2σ/R + Pat + ρgh0 (2.4)
Bula se desprinde de duză când forţa arhimedică este mai mare decât forţa
de tensiune superficială.
După desprindere în interiorul bulei presiunea gazului:
Pb = Ph + Pσ + P (2.5)
P0 = Pat
unde: Ph este presiunea hidrostatică, Ph = Pat + γh,
Pσ – presiunea capilară.
În funcţie de debitul de gaz şi presiunea din dispozitivul de insuflare, în
procesul de formare a bulelor de gaz sunt posibile trei regimuri:
a) regimul cu bule dispersate bulă cu bulă;
27
b) regimul intermediar;
c) regimul de jet.
2.1.3 Regimul cu bule dispersate bulă cu bulă
Se caracterizează prin aceea că degajarea bulelor se face continuu şi
uniform, acceleraţia bulei fiind constantă pe distanţă scurtă, distanţa dintre bule
fiind fixă.
Dacă se consideră bula sferică, diametrul bulei se determină pe baza
echilibrului de forţe care acţionează asupra ei.
Fa = πDb3/b(γl-γg) (2.6)
unde: Fa este forţa ascensională;
db – diametrul bulei;
γl, γg – greutatea specifică a lichidului, respective a gazului.
Fσ = πd0σ (2.7)
în care: Fσ este forţa de tensiune superficială;
σ – tensiunea superficială a lichidului;
d0 – diametrul găurii.
Din egalitatea celor două forţe rezultă diametrul bulei de gaz:
db=(6d0σ/γl-γg)1/3 (2.8)
Se observă că diametrul bulei nu depinde de debitul de gaz insuflat, ci numai
frecvenţa de formare a bulelor:
F = Qg (γl-γg)/πd0σ (2.9)
în care: Qg este debitul volumic de gaz insuflat.
Conform legii lui Stokes, în regim laminar diametrul bulei este:
db3 = 2,234(νQg)3/4 (2.10)
28
2.1.4 Regimul intermediar
Apare în cazul majorării debitului peste limita formării bulelor individuale.
O dată cu creşterea frecvenţei de formare a bulelor, creşte şi dimensiunea acestora:
db3 = 2,234Qg
6/5 (2.11)
2.1.5 Regimul de jet
In cazul regimului de jet:
distanţa dintre bule este dependentă de debitul de gaz şi variază uşor;
masa de bule, în mişcare ascensională se abate de la traiectoria verticală;
diametrul bulelor depinde de debitul gazului, iar bulele pot suferi deformaţii;
viteza de formare a bulei este egală cu viteza de detaşare a bulei precedente.
Qg = πdb2 / 4Wb (2.12)
în care: Wb este viteza unei bule izolate;
(2.13)
Se poate astfel determina debitul critic:
Qg = πWb/4[6d0σ/(γl-γg)]2/3 (2.14)
Debitul critic de aer este: Qger=4 – 6 cm3/s.
2.1.6 Concluzii privind formarea bulelor de gaz în mediu lichid
Diametrul bulei de gaz care se formează prin dispersia unui debit volumic de
gaz este dependent de:
diametrul orificiului;
efectul inerţiei lichidului;
vâscozitatea lichidului;
densitatea lichidului;
relaţia dintre debitul pe orificiu şi presiunea pe orificiu;
29
efectul de perete (spaţii cu diametru mai mic de 200 mm).
Lichidele cu tensiune superficială majorată duc la formarea bulelor de gaz
de mari dimensiuni, vâscozitatea crescută duce la formarea de bule fine.
2.2 Dependenţa caracteristicilor bulelor de proprietăţilestatice ale membranei
Un difuzor cu membrană constă dintr-o structură de susţinere (de obicei
FRP, PVC sau PPE), pentru a absorbi forţele de fixare a membranei şi alimentarea
cu aer şi o membrană perforată din cauciuc. Cu perforaţii adecvate şi un material
de calitate, caracteristicile bulelor vor depinde de distribuţia descărcării de-a lungul
suprafeţei efective a difuzorului. Cu cât va fi mai uniformă această distribuţie pe
suprafaţă, cu cât sunt mai mulţi pori deschişi, cu atât mai fină va fi descărcarea de
bule. Cum porii se vor deschide după o anumită deformare a membranei, care la
rândul ei, depinde de suportul static al membranei, forma de construcţie a
întregului difuzor este condiţia decisivă.
Totuşi, importanţa acestor factori scade odată cu creşterea cantităţii de aer ce
intră în difuzor, deoarece toţi porii se vor deschide de la o anumită cantitate în sus.
Ca un sistem static, membrana difuzorului tubular este un cilindru cu
margini flexibile de fixare. Aici, procesul de deformare, corespunzător presiunii la
admisia aerului, poate fi considerat proporţional cu cantitatea de aer descărcat.
Asta înseamnă în practică că majoritatea aerului se va degaja din partea centrală a
membranei în bule mai mari, în timp ce zonele marginale nu sunt reprezentative.
Aceste zone au o suprafaţă mică şi nu duc la o scădere semnificativă a zonei active
ca în cazul difuzorilor disc.
2.3 Randamentul transferului tipic de oxigen la adâncimi diferite aleapei în funcţie de presiunea parţială a oxigenului din soluţie
30
Agitatoarele de la suprafaţă au dat un randament de numai 2,5 kg de oxigen
pe 1 kW folosit. Eficienţa sistemelor de aerare este des exprimată în termeni de
kilograme de oxigen dizolvate la 1 kW de energie folosită. Pentru determinarea
corectă a eficienţei trebuie furnizate şi informaţii legate de condiţiile în care se
efectuează experimentele.
De exemplu, dacă eficienţa a fost determinată într-o apă cu un conţinut
scăzut de oxigen dizolvat, rezultatele ar fi foarte bune, deoarece cu cât conţinutul
de oxigen dizolvat în apă este mai mic cu atât este mai uşor să se dizolve oxigen.
În mod contrar, dacă conţinutul de oxigen se apropie de 100% atunci
eficienţa aerării se apropie de 0.
Eficienţa transferului de oxigen în funcţie de concentraţie şi de adâncime
este prezentată în tabelul 2.7:
Tabelul 2.7
% oxigen
1madâncime
2madâncime
3madâncime
4madâncime
6madâncime
5 % 30 % 35 % 40 % 45 % 50 %10 % 25 % 27 % 30 % 35 % 40 %20 % 20 % 22 % 23 % 25 % 30 %30 % 15 % 17 % 18 % 20 % 22 %40 % 10 % 12 % 14 % 17 % 18 %60 % 6 % 7 % 8 % 12 % 15 %80 % 2 % 3 % 6 % 7 % 9 %
Alţi factori care influenţează transferul de oxigen, de mare importanţă, sunt:
adâncimea apei din bazinul de experimentare;
temperatura apei;
compoziţia chimică a apei.
În cazul rezervoarelor de apă adânci (mai adânci de 1 m), eficienţa aerării cu
agitatoare de suprafaţă este redusă odată cu creşterea adâncimii.
Eficienţa tuturor sistemelor de aerare este redusă odată cu creşterea
temperaturii apei, deoarece solubilitatea oxigenului scade la temperaturi mari.
31
Compoziţia apei are o influenţă mare asupra randamentului, de exemplu
randamentul este redus progresiv cu concentraţia de substanţe organice în apă şi cu
poluarea. În mod contrar, odată cu creşterea concentraţiei de sare şi de iod din apă
randamentul este îmbunătăţit. Explicaţia acestui fenomen este legată de efectul pe
care îl au sarea şi substanţele organice asupra suprafeţei apei.
2.4 Caracteristicile difuzorilor cu membrană elastică
Aeratoarele disc cu bule fine DMB1/2E ale firmei IMAT au următoarele
caracteristici tehnice:
debit de aer pe aerator: (Qmin,max): 2 – 10 Nm3/h;
debit de aer recomandat pe aerator:(Qmed): 3 – 8 Nm3/h;
pierderea de presiune în funcţie de debitul de aer: 20 – 35 mbar;
densitatea de suprafaţă a aeratoarelor (Ds): max. 9 buc/m2;
capacitatea de oxigenare: 14 – 24 g O2/Nm3x m adâncime
eficienţa standard a oxigenării: 3 – 4,5 kg O2/kWh
Aeratoarele disc cu bule fine EMS ale firmei ENVICOM au următoarele
caracteristici tehnice:
debit de aer pe aerator: Q(min,max): 2 – 18 Nm3/h;
debit de aer recomandat pe aerator:(Qmed): 4 – 12 Nm3/h;
pierderea de presiune în funcţie de debitul de aer: 10 – 25 mbar;
densitatea de suprafaţă a aeratoarelor (Ds): max. 9 buc/m2;
capacitatea de oxigenare: 15 – 20 g O2/Nm3x m adâncime;
eficienţa standard a oxigenării: 3 – 4,5 kg O2/kWh.
Aeratoarele tubulare cu bule fine EMR ale firmei ENVICON au
următoarele caracteristici tehnice:
debit de aer pe aerator: (Qmin,max): 2 – 15 Nm3/h;
debit de aer recomandat pe aerator: (Qmed): 10 Nm3/h;
pierderea de presiune în funcţie de debitul de aer: 30 - 50 mbar;
densitatea de suprafaţă a aeratoarelor (Ds): max. 9 buc/m2,
32
procentul eficienţei de folosire a oxigenului în condiţii standard: 5 – 6 %/m;
eficienţa standard a oxigenării: 3 – 4,5 kg O2/kWh.
Aeratoarele disc cu bule fine FIBOX ale firmei ZENON au următoarele
caracteristici tehnice:
diametrul talerului: 260 mm;
debit de aer pe aerator: (Qmin,max): 1 – 7 Nm3/h;
debit de aer recomandat pe aerator:(Qmed): 2 – 5 Nm3/h;
pierderea de presiune în funcţie de debitul de aer: 10 – 25 mbar;
densitatea de suprafaţă a aeratoarelor (Ds): max. 9 buc/m2;
capacitatea de oxigenare: 15 – 20 g O2/ Nm3 x m adâncime;
eficienţa standard oxigenării la o încărcare de 3 Nm3/h x 4m ad: 3 – 4,5 kg
O2/kWh.
Aeratoarele tubulare cu bule fine AS-ASE ale firmei ASIO au următoarele
caracteristici tehnice:
debit de aer pe aerator: (Qvz,e): 1,5 – 8 Nm3/h;
debit de aer recomandat pe aerator: (Qvz,e): 3,5 – 4,5 m3/h;
pierderea de presiune în funcţie de debitul de aer: 30-50 mbar;
densitatea de suprafaţă a aeratoarelor (Ds): max. 9 buc/m2;
procentul eficienţei de folosire a oxigenului în condiţii standard: 5 – 6 %/m;
eficienţa standard a oxigenării: 3 – 5 kg O2/kWh.
Se observă că datele tehnice sunt apropiate, aceasta şi datorită faptului că la
diferenţele relativ mari a gradelor de duritate Shore ale membranei elastice
caracteristicile tehnice sunt apropiate. Astfel, membranele cu 450 Shore au
pierderea de presiune de 18 – 28 mbar, faţă de 21 – 29 mbar la membranele cu
650Shore, iar eficienţa oxigenării de 3,0 – 5,0 kgO2/kWh, faţă de 2,8 – 4,5 kg
O2/kWh.
Ţinând cont de experimentările efectuate de firma IMAT şi de difuzoarele
prezente pe piaţă, în cadrul acestei lucrări se propune realizarea unui difuzor
tubular cu membrană elastică, cu următoarele caracteristici tehnice:
dimensiuni de gabarit: Ø70+2 mm; L= 1050+2 mm; racord la niplu de 3/4″;
33
masa netă: 1,200+50 g;
debitul de aer pe difuzor: Q=2…15Nm3/h (uzual: 3…10 Nm3/h);
capacitatea de oxigenare în apă curată: 14…24 g O2/Nm3 (pentru o coloană
de apă de 1m şi o densitate de plantare de 2…4 buc/m2);
pierderea de presiune pe difuzor: max. 35 mbar;
eficienţa energetică: 3,0…4,5 kgO2/kWh.
2.5 Sistemul de aerare propus – model funcţional
Aeratoarele sunt proiectate pentru cantităţi mari de apă, expunând o
suprafaţă mare de apă la schimburile de gaze, totodată realizând şi destratificarea
termică a lacurilor şi heleşteelor.
Se ştie că apa din lacuri şi bazine este stagnată, de aceea aerarea trebuie să se
facă în straturile de la fund. Dispozitivele alese sunt reglate astfel încât să nu
producă o presiune prea mare, pentru a putea fi utilizate şi la oxigenarea bazinelor
piscicole şi a lacurilor unde o presiune ridicată de insuflare poate provoca moartea
peştilor.
Un alt avantaj îl reprezintă mobilitatea sistemelor, făcându-le ideale şi
pentru:
lacuri cu probleme de floră şi mirosuri urâte;
lacuri cu conservare;
lacuri folosite la irigaţii;
2.5.1 Descrierea şi funcţionarea modelului funcţional
Difuzorul tubular cu membrană elastomer propus este prezentat schematic:
34
Fig.2.11 Difuzor tubular cu membrană elastomer: 1 – colier de fixare a membranei elastice; 2 – membrană elastică perforată din cauciuc rezistent
la îmbătrânire, uzură şi sfâşiere; 3 – corp difuzor din material plastic rezistent la şocuri şi variaţii de temperatură; 4 – orificii de trecere a aerului pe partea interioară a membranei elastice
perforate; 5 – supapa de protecţie (cu sens unic pentru aer); 6 – suport elastic pentru corpul difuzorului şi ştuţul de alimentare cu aer; 7 – ştuţ aer; 8 – dop de capăt
El este format din următoarele elemente conform proiectului (figura 2.12):
Fig.2.12 Difuzor tubular: 1 – dop; 2 – membrană elastică; 3 – manşon supapă; 4 – colier fixare;
5 – ştuţ alimentare; 6 – corp difuzor
Descrierea difuzorului: difuzorul tubular cu membrană elastomer este
alcătuit dintr-un corp tubular din material plastic, simetric, având la ambele capete
pe interior un filet şi la distanţe echidistante de un diametru orificii dispuse radial.
La unul din capete este fixată o supapă de sens, prevăzută cu manşon de cauciuc
(figura 2.13), iar la celălalt capăt un ştuţ de admisie aer. La capătul corpului
difuzorului este fixat, prin înfiletare, dopul.
35
1
2
3
4
5
6
Fig.2.13 Corp ştuţ alimentare cu supapă: 1 – manşon de cauciuc; 2 – ştuţ alimentare aer; 3 – corp supapă; 4 – orificiu supapă
Pe corpul de plastic se montează membrana elastică perforată din cauciuc,
care se fixează cu două coliere din metal rezistent la coroziune. Pentru realizarea
membranei difuzorului s-a proiectat o matriţă de vulcanizare (figura 2.14).
36
1
2
3
4
1
2
3
4
5
Fig.2.14 Matriţă vulcanizare membrană difuzor MF:1 – semimatriţă superioară; 2 – mier; 3 – tijă centrare; 4 – semimatriţa inferioară; 5 – dop
Funcţionarea difuzorului: aerul intră prin ştuţul de alimentare, deschide
supapa de sens, trece prin orificiile corpului şi umflă membrana elastică care se
desprinde uşor de corpul difuzorului. Aerul se repartizează pe toată suprafaţa
interioară a membranei şi pe măsură ce presiunea creşte acesta este evacuat prin
perforaţiile membranei sub formă de bule fine (0,5 – 1 mm). Dacă aerul se opreşte,
atunci supapa de sens (care protejează de inundare reţeaua de distribuţie a aerului)
se închide iar membrana tubulară se aşează pe corpul de plastic (3) închizându-şi
perforaţiile şi în acest fel nu se mai înfundă cu impurităţile din apă sau cu
depunerile de carbonat de calciu care, în timp, ar avea tendinţa să se depună şi să
obtureze orificiile.
În cazul montării mai multor difuzori în paralel se execută iniţial o reţea de
distribuţie din conducte de polietilenă, iar difuzorii se vor racorda la piesele de
branşare aferente reţelei de distribuţie echipaţi ca în figura 2.13 (fără a se scoate
dopul).
Caracteristicile tehnice preconizate:
dimensiuni – 1050 mm x Ø70;
debit de aer pe aerator (difuzor): (Qvz, e): 2,0 – 15 m/h;
pierderea de presiune în funcţie de debitul de aer: 25 – 40 mbar;
densitatea pe suprafaţă a difuzorilor (Ds): max. 9 buc/m2;
eficienţa standard a oxigenării: 4 - 6 kgO2/kWh.
Avantajele aplicării acestui echipament sunt:
suprafaţa de aerare (pe m2 de bazin) cu 60 – 70% mai mare decât la difuzorii
disc;
randamentul de transfer a oxigenului în apă creşte cu 20 – 25%;
37
costurile reţelei de aerare scad cu 40 – 60% (faţă de echipările cu difuzori cu
disc);
se elimină riscul inundării reţelei de distribuţie a aerului;
se elimină riscul ruperii corpului de plastic atunci când este supus la vibraţii
prelungite şi şocuri.
2.5.2 Date privind membrana elastică
Sistemul de aerare realizat cu difuzoare cu membrană elastică prezintă o
serie de avantaje, dintre care mai importante sunt:
a. eficienţă ridicată a procesului de aerare;
b. construcţie simplă si robustă;
c. posibilitate de realizare a aerarii cu intermitenţă;
d. lipsa pericolului de obturare a orificiilor difuzorului;
e. posibilitate de înlocuire fara întreruperea procesului tehnologic;
f. fiabilitate ridicată;
g. valoare de investiţie redusă;
h. cheltuieli reduse pentru funcţionare şi întreţinere.
Sistemul de funcţionare a difuzoarelor cu membrană elastică se bazează pe
formarea de bule de aer în masa de apă. Membrana trebuie să adere permanent pe
suportul difuzorului pentru a păstra închis orificiul de ieşire a aerului în perioadele
de timp în care nu funcţionează, evitându-se astfel pătrunderea apei în conductele
de distribuţie.
Membrana va fi prevăzută cu un număr determinat de orificii de difuzare a
aerului. Diametrul redus al bulelor (< 3 mm) determină creşterea suprafeţei
specifice şi a perioadei de staţionare în bazin.
Membrana elastică ce face obiectul acestei lucrări constituie principalul
reper funcţional de ale cărui performanţe depinde buna funcţionare şi eficienţa
dispersării aerului în mediul apos. În cazul concret luat în lucru, pentru membrana
elastică trebuie să se ţină seama de următorii parametrii tehnologici: un debit de
aer de 2 – 15 Nm3/h; un diametru al bulelor de aer (la ieşirea din difuzor) sub 3
38
mm; o capacitate de oxigenare a difuzoarelor de 1 – 4 buc/m2) de 14…24 g
O2/Nm3; temperatura de lucru de maximum 450C.
Caracteristicile fizice şi mecanice pe care trebuie să le prezinte membranele
elastice impun selectarea unui elastomer cu grad înalt de saturare pentru a conferi
produselor o rezistenţă bună la îmbătrânire în mediul corespunzător de lucru.
Totodată, elasticitatea, flexibilitatea şi rezistenţa la sfâşiere trebuie să se situeze la
nivele ridicate şi se impune o reticulare adecvată a matricei de elastomer.
Ţinând seama de cele menţionate mai sus, membrana elastică trebuie să
prezinte o serie de caracteristici fizice la nivel corespunzător şi anume:
flexibilitate; rezistenţa la tracţiune; rezistenţa la sfâşiere; rezistenţa la uzură.
Aceasta trebuie să se menţină un timp cât mai îndelungat, respectiv să
asigure o durată îndelungată în exploatare, ceea ce, în cazul de faţă se evaluează pe
baza rezistenţei la îmbătrânire în mediul de apă cu conţinutul precizat de oxigen şi
temperatura de max. 450C.
Bineînţeles că, pe ansamblul investiţie – exploatare al instalaţiei se
urmăreşte realizarea unui preţ de cost cât mai scăzut şi în acest preţ intră şi
membranele din echiparea iniţială, respectiv membranele de înlocuire (ca repere de
uzură).
Prin lucrarea de faţă mi-am propus realizarea unei membranei elastice pentru
un difuzor ce urmează a fi exploatat într-un mediu de lucru, constând din aer, în
ape reziduale cu diferite conţinuturi de impurităţi neagresive pentru cauciucul
vulcanizat. Astfel, s-a prevăzut realizarea în faza model funcţional a membranelor
elastice pentru difuzorul tubular utilizat în sistemele de aerare.
În lucrare, s-a pornit de la compoziţia optimă stabilită în faza de laborator.
Compoziţia de membrană elastică s-a realizat după o tehnologie în două etape:
compoziţia intermediară (care nu conţine grupa de vulcanizare), într-un
malaxor de tip Banbury, cu volumul util de 50 dm3;
compoziţia definitivă (care include grupa de vulcanizare), pe un valţ
standard cu mărimea sarjei de 2,5 – 2,6 kg.
39
În tabelul 2.8 se prezintă receptura optimă aferentă compoziţiei intermediare.
Pentru realizarea compoziţiei intermediare în faza pilot se respectă următorul
regim de lucru:
viteza rotorilor – 40 rotaţii/min;
durata de mestecare – 4 min;
evacuarea amestecului la atingerea temperaturii de 140 – 1450C;
supraîncărcarea malaxorului – 15%.
După un repaus tehnologic de 16 ore, se va trece la realizarea compoziţiei
definitive, utilizându-se un valţ standard (tip WNR 2, produs de firma TROESTER
KG, Germania), respectându-se următorul regim de lucru:
temperatura cilindrilor valţului – 50 – 600C;
durata realizarii amestecului definitiv – 6 – 8 min;
marimea şi compoziţia şarjei (tabelul 2.9).
In tabelul 2.9 se prezintă receptura optimă a compoziţiei definitive. Din
compoziţia definitivă, după un repaus tehnologic de 12 ore, se vor vulcaniza
plăcuţele standard pentru obţinerea epruvetelor standard. Timpul optim de
vulcanizare (T90) se va determina prin metoda reometrică, utilizând un reometru
R100 (produs de MONSANTO Corp., USA).
Ţinând seama de nivelul calitativ pe care trebuie să-l prezinte membranele
elastice, se va face o testare detaliată, determinându-se următoarele caracteristici
fizico – mecanice:
caracteristici de tracţiune (modul, rezistenţă, alungire limită, alungire
remanentă);
rezistenţa la sfâşiere;
duritate;
variaţia caracteristicilor de tracţiune şi a durităţii după îmbătrânire termică
accelerată (240 ore la 700C).
Rezultatele testării detaliate pentru compoziţia de membrană elastică trebuie
să fie grupate ca în tabelul 10 (datele din tabele sunt pentru un cauciuc testat la
difuzorii disc). Datele din tabelul 2.10 trebuie să evidenţieze o reticulare corectă,
40
rezistenţa la tracţiune şi sfâşiere corespunzătoare şi o foarte bună comportare la
îmbătrănire.
Membranele, care se vor obţine, vor fi verificate bucată de bucată prin
inspectare vizuală şi prin măsurarea durităţii în minimum 20 de puncte
echidistante. Nivelul valorilor de duritate Shore A se va supune unei testări
detaliate, iar rezultatele testării vor fi prezentate ca în tabelul 2.11. Datele din tabel
(obţinute pentru un difuzor disc) evidenţiază nivelul calitativ corespunzător pentru
produsul finit. Lotul experimental astfel realizat şi verificat urmează a fi utilizat
pentru evaluarea comportării în condiţii reale de exploatare.
Compoziţia de membrană elastică care se va realiza în faza model
funcţional, după un regim de lucru corect stabilit, va permite realizarea produsului
finit cu nivel calitativ corespunzător, anume:
o reticulare corectă, evidenţiată prin deformare remanentă scăzută;
nivel ridicat al rezistenţei la tracţiune;
valoare corespunzătoare a rezistenţei la sfâşiere;
comportare foarte bună la îmbătrânire accelerată, respectiv o variaţie scăzută
a caracteristicilor fizico – mecanice, asigurând o durabilitate remarcabilă în
condiţiile exploatării reale.
Ţinând seama de concluziile prezentate, se fac următoarele propuneri:
1. urmărirea comportării în exploatare a lotului de membrane elastice realizat la
scară model funcţional pentru stabilirea cauzelor care ar genera comportarea
nesatisfăcătoare şi / sau deteriorarea prematură a membranelor elastice;
2. pe baza rezultatelor comportării în exploatarea reală, stabilirea criteriului de
durata de exploatare;
3. la finalul realizării unui ciclu satisfăcător de exploatare, stabilirea naturii
caracteristicilor fizice şi a nivelului valoric al acestora pentru acceptarea calitativă
a membranelor elastice fabricate.
41
Tabelul 2.8
Receptura optimă a compoziţiei intermediare
Componente
Recepturi
Teoretică,
[părţi de masă]
Practică,
[kg]
Cauciuc EPDM 100 27,000
Negru de fum FEF 40 10,800
Negru de fum SRF 40 10,800
Acid stearic 1,0 1,0
Oxid de zinc 5,0 1,350
Ceară protectoare 2,0 2,0
Antioxidant TMQ 1,0 1,0
Ulei parafinic 70 60
Tabelul 2.9
Receptura optimă a compoziţiei definitive
ComponenteRecepturi
Teoretică,
[părţi de masă]
Practică,
[kg]
Amestec
intermediar100 25000
Octonat de zinc 0,8 20
Accelerator MBT 0,4 10
42
Accelerator TMTD 0,8 20
Accelerator ZDMC 0,8 20
Sulf 0,3 7,5
Tabel 2.10
Caracteristici fizico – mecanice pentru compoziţia de membrană elastică 1
Caracteristici Valori obţinuteCaracteristici reometrice (Reometru R100, arc3 , 160C):Timp optim de vulcanizare, T90, min 9,8Caracteristici de tracţiune (vulcanizat 10 min la 160C):Modul 100% MpaModul 200% MpaModul 300% MpaRezistenţa, MpaAlungire limită, %Alungire remanentă, %
1,83,54,711,559017
Rezistenţa la sfâşiere (test semiluna), N/mm 43Duritate Shore A, unităţi 52Variaţia caracteristicilor după îmbătrânireaccelerată (240 ore la 70C)Variaţia rezistenţei la tracţiune, %Variaţia alungirii limită, %Variaţia durităţii Shore A, unităţi
+ 4- 6+ 3
Tabelul 2.11Caracteristici fizico – mecanice ale membranei elastice
(produsul finit, vulcanizat 20 min la 1600C)Caracteristici Valori obţinuteCaracteristici la tracţiune:Modul 100% MPaModul 200% MPaModul 300% MPaRezistenţa la tracţiune, MPaAlungire limită, %
1,73,44,311,5640
43
Alungire remanentă, % 18Rezistenţa la sfâşiere (test semilună), N/mm
47
Duritate Shore A, unităţi 51Varianta caracteristicilor dupăimbatrânire acelerată (240 ore la 700C)Variaţia rezistenţei la tracţiune, %Variaţia alungirii limită, %Variaţia durităţii Shore A, unităţi
+ 3- 8+ 3
CONCLUZII
Oxigenarea apelor este un proces de transfer de masă a gazului în masa de
apă la epurarea apelor la treapta biologică. Procesul se poate baza pe oxigenul din
aer, pe aerul ozonizat sau direct pe oxigenul pur.
În aerotanc, apa uzată este supusă procesului de epurare – biologic cu
ajutorul bacteriilor mineralizatoare în prezenţa oxigenului. În condiţiile încărcării
cu substanţe organice şi cu alţi compuşi oxidabili, apa introdusă în bazinul de
aerare are un deficit mare de oxigen faţă de saturaţie. Echipamentul de aerare,
vehiculează cantitatea de apă introducând aerul atmosferic sub formă de bule, care
sunt antrenate în curentul hidrodinamic generat de rotor.
La nivelul bulelor de gaz apare fenomenul de absorbţie care este completat
prin omogenizarea amestecului apă – aer datorită curenţilor hidrodinamici generaţi
de rotor. În acest sens, echipamentul de aerare are eficienţă atât datorită
introducerii de bule de aer cât şi datorită amestecării şi omogenizării concentraţiei
gazului difuzat în toată masa de apă din bazinul de aerare.
Aerarea pneumatică reprezintă o treaptă importantă în procesul epurării
biologice a apelor uzate. Performanţele unui sistem de aerare pneumatică sunt
determinate în principal de eficienţa sursei de producere a aerului comprimat şi a
dispozitivelor de dispersie a aerului în bazinul de aerare.
Domeniul de debite al utilizării electrosuflantelor este determinat pe de o
parte de cerinţa obţinerii unui randament ridicat al comprimării şi pe de altă parte
de adaptarea unei soluţii constructive – tehnologice cât mai simplă şi ieftină. O
44
caracteristică importantă pentru electrosuflante este flexibilitatea în funcţionare.
Eficienţa procesului tehnologic de epurare prin sistemul de aerare pneumatică este
maximă dacă debitul de aer este reglat funcţie de încărcătura cu substanţe organice
a apelor uzate.
În ţara noastră sistemul de aerare pneumatică este utilizat în proporţie de cca.
10% din totalul staţiilor de epurare. În majoritatea cazurilor sunt utilizate
electrosuflante cu doi lobi, iar dispersia aerului este realizată prin ţevi perforate
(bule mari şi medii).
În ultimii zece ani s-a pus problema reabilitării staţiilor de epurare prin
adoptarea sistemului de aerare pneumatică cu bule fine, care asigură o micşorare a
consumurilor energetice cu 30 % faţă de sistemul de aerare cu bule medii.
Dintre sistemele de aerare existente la ora actuală care se remarcă prin
eficienţă sunt cele pneumatice care generează bule fine prin difuzori poroşi.
Diversitatea acestor tipuri de difuzori poroşi, dimensiunile lor reduse şi
posibilitatea de modulare permit un mare număr de combinaţii, putând fi alese cele
mai convenabile, în funcţie de geometria bazinelor proiectate.
Difuzorii poroşi, cu membrane din cauciuc, pot funcţiona în regim
intermitent şi nu necesită curăţare.
Membrana elastică va fi executată dintr-un cauciuc special, rezistent la
uzură, cu un grad ridicat de elasticitate şi o bună rezistenţă la rupere. Aceste
caracteristici trebuie să se menţină un timp cât mai îndelungat, respectiv să asigure
o durată îndelungată în exploatare, ceea ce se evaluează pe baza rezistenţei la
îmbătrânire în mediu de apă cu conţinutul de oxigen şi temperatura precizate.
Membrana elastică este prevăzută cu un număr determinat de orificii de difuzie a
aerului.
Difuzorii cu membrană elastică au o construcţie simplă şi se montează uşor
prin înfiletarea lor în ştuţurile existente la reţeaua de distribuţie a aerului. Bazinele
de aerare care se echipează cu aceşti difuzori de aerare pot avea orice formă cu
condiţia ca acestea să aibă baza orizontală.
45
Difuzorii se pot monta orizontal, grupaţi modular, la cca. 100 cm de radierul
bazinului.
Eficienţa procesului de aerare este determinată de următorii factori:
adâncimea de insuflare;
mărimea bulelor fine;
condiţiile de curgere obţinute prin introducerea aerului comprimat în bazinul
de activare.
Conţinutul de oxigen este mai mare pe fundul bazinului unde, datorită
presiunii statice, se ating valori mai mari ale coeficientului de saturaţie cu oxigen.
Acesta determină un deficit mai mare de oxigen la suprafaţă, deficit care este
înlăturat prin circulaţia pe verticală a apei, generată de curenţii ascensionali de
amestec apă – aer. Cu cât bazinul este mai adânc, cu atât timpul de contact dintre
bulele de aer şi fluid este mai mare, acest factor fiind determinat pentru eficacitatea
aerării.
Sistemul de aerare cu difuzori cu membrană elastică asigură atât cantitatea
de oxigen necesară, cât şi omogenizarea conţinutului bazinului.
Avantajele sistemului de aerare cu difuzori cu membrană elastică sunt:
rezistenţă hidraulică scăzută;
construcţie simplă;
randament ridicat;
durata de viaţă superioară;
posibilitate superioară de reglaj;
nu necesită supraveghere;
montaj uşor.
O bună aerare este însoţită de o amestecare completă a apei în bazin. Toate
sistemele de aerare sunt eficiente în aerarea apei de la suprafaţă, în cazul injecţiei
de aer.
Deci, pentru a aera toată apa din bazin, difuzorii trebuie să
fie situaţi în partea cea mai adâncă a bazinului.
46
Deşi aeratoarele liniare cu deschidere la capăt aerează apa
până la adâncimea la care au fost situate, au menţinut un nivel
mai scăzut oxigenului decât aeratoarele de aer similare folosite
împreună cu un difuzor de bule fine.
Tuburile cu deschidere la capăt sunt, de asemenea, mai
puţin eficiente la crearea unei circulaţii a apei în bazine, decât
aeratoarele cu bule fine puse pe un compresor similar.
Eficienţa tuturor sistemelor de aerare este redusă odată cu
creşterea temperaturii apei, deoarece solubilitatea oxigenului
scade la temperaturi mai mari. Compoziţia apei are o influenţă
profundă pentru determinarea randamentului, deoarece
randamentul este redus progresiv cu concentraţia de substanţe
organice în apă şi cu poluarea.
47
BIBLIOGRAFIE
1) Negulescu M. – Epurarea apelor uzate orăşeneşti, Editura
Tehnică - Bucureşti 1978;
2) Gabriela Oprina, Irina Pincovsci, Ghe. Băran – Hidro-gazo-
dinamica sistemelor de aerare echipate cu generatoare de bule,
Editura Politehnica Bucuresti 2009;
3) Babaca Ştefan – Studiul proceselor de oxigenare cu aplicaţie
la epurarea biologică a apelor uzate, Bucureşti, 2008;
4) Ianului V. Rusu Gh. Staţii de epurare a apelor uzate
orăşeneşti. Exemple de calcul – partea I – I.C.B., Bucureşti, 1983;
5) Stoianovici S. S.a. – Calculul şi construcţia echipamentelor de
oxigenare a apelor. Editura Ceres, Bucureşti, 1985;
6) Iamandi C., Petrescu V. – Hidraulica instalaţiilor. Elemente de
calcul şi aplicaţii. Editura Tehnică Bucureşti, 1985;
7) Babaca Ştefan, Robescu D., Modelarea procesului de transfer
al oxigenului. Volumul simpozionului de mediu, Bistriţa 2007;
8) I.R.S. – STAS 7347/1-79- Metoda micşorării locale a secţiunii
de curgere. Masurarea cu diafragme şi ajustaje;
48
9) I.C.B. – Dispozitive de insuflare a aerului în apă şi instalaţie
pilot pentru studiul aerării pneumatice. Contract nr. 24/1987;
10) I.C.B. – Experimentări pe model Cercetări privind
perfecţionarea dispozitivelor de aerare pneumatică a apelor
uzate. Contract 637/1986;
11) I.P. Iaşi – Studiu privind testarea difuzorilor poroşi din
ceramică şi cauciuc şi a dispozitivelor pentru montarea acestora
în sistemele de aerare pneumatică a bazinelor cu nămol activat.
Contract nr. 9054/1992;
12) Aeratoare BIOFLEX – Prospect al firmei PASSAVANT;
13) FIBOX – Sistem de aerare – dizolvare cu bule fine a
oxigenului în medii lichide – Prospect al firmei ZENON – Ungaria;
14) Diana Robescu, Dan Robescu – Fiabilitatea proceselor şi
instalaţiilor de oxigenare a apelor – Editura Bren, Bucureşti 2002;
15) Diana Robescu, Lanyi Sz., Dan Robescu, A. Verestoy,
Modelarea şi simularea proceselor de epurare, Editura tehnică,
Bucureşti 2004;
16) Murgociu C. Moraru Gh. – Epurarea biologică a apelor uzate
cu nămol activat cu aerare pneumatică, PROED 1990;
17) Aeratoare BIOFLEX – Prospect al firmei PASSAVANT;
18) FIBOX – Sisteme de aerare-dizolvare cu bule fine a
aoxigenului în medii lichide – Prospect al firmei ZENON, Ungaria;
19) Aerzen Compact III Blowers With internal pulsation
cancellation, Aerzener Maschinenfabrik GmBH;
20) Wälzkolbengebläse mit dem neuentwickelten OMEGA – Profil
Serie OMEGA Druckdifferenz bis 1000 mbar, Liefermenge 60-3500
m3/h;
49