solutii pentru sisteme de alimentare cu apa si canalizare in localitatile pana la 10000 locuitori

-

CONFERINA INTERNAIONAL

"Soluii pentru sisteme de

alimentare cu ap i canalizare

n localiti pn la 10.000

locuitori"

Bucureti 2008

-

Comitetul tiinific Internaional:

- Prof.univ dr.ing. Marin SANDU UTC Bucureti - Prof.univ dr.ing. Anton ANTON UTC Bucureti - Prof.univ dr.ing. Ioan BICA UTC Bucureti - Prof.univ dr.ing. Ioan MIREL UT Timioara - Prof.univ.dr.ing. Winfried SCHMIDT Univ. of Applied Sciences Gelshnkirchen - Prof.univ dr.ing. Vladimir ROJANSCHI UE Bucureti - Dr. Chim. Margareta NICOLAU INCD ECOIND Bucureti - Conf.dr.ing. Sergiu CALOS UT a Moldovei, Chiinu

Comitetul de Organizare:

- Dr. Ec. Vasile CIOMO Preedinte ARA - Ing. Marius POSTELNICESCU ANAR - Ing. Gheorghe CONSTANTIN MMDD - Ing. Aureliu DUMITRESCU MIRA - Ing. Eugenia DEMETRESCU CTS-ARA - Ing. tefan-Gabriel DUDUMAN CTS-ARA

Editura EstFalia este acreditata CNCSIS la pozitia 294.

ISBN 978-973-7681-37-9

Descrierea CIP a Bibliotecii Nationale a Romniei SOLUTII PENTRU SISTEME DE ALIMENTARE CU APA SI CANALIZARE IN LOCALITATI PANA LA 10000 LOCUITORI. CONFERINTA INTERNATIONALA (1; 2008; Bucuresti) Conferinta internationala: Solutii pentru sisteme de alimentare cu apa si canalizare in localitatile pana la 10.000 locuitori: 19-20 iunie, Bucuresti / org. de ARA Asociatia Romana a Apei; coord.: Vasile Ciomo, Eugenia Demetrescu, Stefan Gabriel Duduman. Bucuresti: Estfalia, 2008 Bibliogr. ISBN 978 973 7681 37 9

I. Ciomo, Vasile (coor.) II. Demetrescu, Eugenia (coord.) III. Duduman, Stefan (coord) IV. Asociatia Romana a Apei (Bucuresti)

628.1 (498)

- 1 -

Conferinta Internationala "Solutii pentru sisteme de alimentare cu apa si canalizare in localitati pana la 10.000 locuitori"

CUPRINS Sectiunea 1 Sisteme de Alimentare cu Apa Necesitate obiectiva a construciilor hidroedilitare pentru asigurarea confortului ambiental n colectivitile din mediul rural ..........................................................................5 I. Mirel, C.Florescu, C.E.Podoleanu,C. Staniloiu,

Tehnologii neconvenionale cu membrane de microfiltrare i ultrafiltrare n potabilizarea apei - studiu pe staie pilot............................................................................14 A. Pcal, I. Vlaicu, B. Radu, C. Bogatu, C. Cosma, F. Manea, C. Danielescu, I. Lupa

Tratarea apelor subterane cu continut de amoniu si hidrogen sulfurat..............................24 E.Vulpasu, M.Sandu, G. Racoviteanu

mbunatatirea calitatii apei cu continut ridicat de nitrati in sistemele de alimentare cu apa din mediul rural din jud. Constanta. ............................................................................32 N. Pitu

Studiu de soluii privind alimentarea cu ap n sistem centralizat a 12 comune din judeul Iai..........................................................................................................................45 E. Cotorobai

Poster: Consideratii privind aplicarea unor filiere unitare de tratare a surselor subterane cu continut ridicat de azotati ...................................................................................................56 C. Cosma, M. Nicolau, C. Dumitrescu, C. Bumbac, M. Stefanescu

Metode de caracterizare a apelor de suprafata si subterane ............................................63 M. Cohl

Sectiunea 2 Sisteme de Canalizare si Epurare a Apelor Uzate Soluii pentru epurarea apelor uzate prin mijloace locale, pentru comuniti de pn la 10.000 locuitori......................................................................................................77 C.A.L. Negulescu, Nicoleta Scarlat, Mihaela-Dora Rou

Dimensionarea sistemelor de canalizare functionand sub presiune; pomparea apei uzate de la producator direct in colector............................................................................82 Al. Manescu

Elemente tehnico-economice privind adoptarea solutiilor de epurare pentru localitati dispersate pe arii mari. Studiu de caz in judetul Giurgiu....................................................89 E. Dinet, Raluca Racoviteanu, G. Racoviteanu

Sisteme de epurare compacte cu aerare continua destinate comunitatilor foarte mici sau izolate........................................................................................................................103 G. Racoviteanu

Eficienta tehnologiei resetilovs in epurarea apelor uzate ................................................115 Angela Calin

Ecodisk .........................................................................................................................127 M.Selo, N. Schmitt

Soluii economice de evacuare a apelor uzate, prin interfaa IT ntre sistemul de canalizare sub presiune i staia de epurare SBR - pentru localiti de pn la 10.000 de locuitori ...........................................................................................................131 Ctin. Toma, Th. Gruenig, M Frigger

Modelarea reelei de canalizare unificate a municipiului Trgu Mure pe baza datelor de msurare reale................................................................................................141 Z. Natchev

- 2 -


Reabilitare statia de epurare Poarta Alba independenta energetic .................................146 A. Presura

Poster: Poluarea surselor de apa si monitorizarea calitatii acestora ...........................................152 M. Cohl

Monitorizarea parametrilor tehnologici de epurare biologica, in statia de epurare a apelor uzate din oraul Hrlu.........................................................................................164 G. Dimitriu, I. Redinciuc, O. Trofin

Simulating of secondary clarifiers in the activated sludge process..................................168 C. Gavrila, I. Gruia, E. Dinet

Sectiunea 3 Managementul sistemelor de alimentare cu apa si canalizare Managementul integrat in sistemele de apa in localitatile mici si mijlocii.........................177 V. Rojanschi, Fl. Grigore, St. Duduman

mbuntirea performanelor de mediu pentru sisteme de alimentare cu ap i canalizare n localiti mici i mijlocii................................................................................183 Daniela Simona Moldovan

Application of water safety principles included in drinking water management plans for rural communities .......................................................................................................191 A. S. Dobre

Sistem informatizat pentru comanda automata si monitorizarea statiilor si retelelor de alimentere cu apa potabila a localitatilor.....................................................................197 D. Staicu,S. Sorin, G. Sebastian

Network modelling solution for water supply using GIS concepts ...................................202 Al. Aldea, Mihaela Aldea

Using benchmarking in the UK water industry to support efficiency improvements ........209 D. Druett, D.Dimitriu, T.Povall

Soluii privind sistemele de alimentare cu apa i canalizare n mediul rural....................219 Al. Mnescu, V. Goldenberg-Vaida, V. Ciomos

Poster: Abordarea integrat calitate-mediu a procesului de ntreinere i reparaii reele de transport i distribuie ap pentru sisteme de alimentare cu ap i canalizare n localiti pn la 10000 locuitori.......................................................................................225 Daniela Simona Moldovan

Studii si cercetari privind restaurarea unor zone inundabile de pe raurile interioare. integrarea ecosistemelor ripariene n managementul integrat al bazinelor hidrografice. .....................................................................................................................233 R. Voicu

Observatii privind solutii pentru sistemele de alimentare cu apa si canalizare ape uzate in mediul rural cu referire la judetul dimbovita .......................................................243 Beatrice Neagu

- 3 -


Seciunea 1

SISTEME DE ALIMENTARE CU AP

- 4 -


- 5 -


NECESITATE OBIECTIVA A CONSTRUCIILOR HIDROEDILITARE PENTRU ASIGURAREA CONFORTULUI AMBIENTAL N

COLECTIVITILE DIN MEDIUL RURAL

Mirel, I.*, Florescu, C.*, Podoleanu, C.E.*, Staniloiu, C.*,

*Universitatea Politehnica din Timioara

REZUMAT

n cadrul lucrrii se subliniaz importana economic, social i ecologic a construciilor hidroedilitare pentru asigurarea confortului ambiental n cadrul colectivitilor din mediul rural. Construciile hidroedilitare sunt ansambluri de construcii i instalaii prin care se asigur alimentarea cu ap potabil i canalizarea apelor uzate din activitile diferitelor categorii de consumatori. n mediul rural, toate aceste categorii de construcii i instalaii trebuie s asigure confortul ambiental n spaiile de locuit precum i s previn poluarea mediului nconjurtor, prin modul de colectare i de epurare a apelor uzate menajere nainte ca acestea s fie vrsate n emisarii naturali.

Sistemele hidroedilitare concepute pentru mediul rural trebuie s fie simple, robuste i uor de exploatat, astfel nct impactul economic, social i ecologic asupra fiinelor umane s fie ct mai redus. Schemele i sistemele tehnologice propuse n cadrul lucrrii se refer la implementarea de soluii moderne/avansate, att pentru lucrrile de alimentare cu ap ct i pentru cele care privesc colectarea i epurarea apelor uzate din localitile rurale.

1. Consideraii de ordin general

Lucrrile hidroedilitare din mediul rural, n cadrul conceptului de dezvoltare durabil, sunt ansambluri de construcii i instalaii prin care se asigur apa potabil, colectarea i epurarea apelor uzate menajere, n vederea asigurrii confortului ambiental, igiena i starea de sntate a populaiei, un mediu curat i sntos att pentru generaiile actuale ct i pentru cele viitoare. [3], [8].

Sistemele hidroedilitare concepute pentru locuitorii din zonele rurale trebuie s fie ct mai simple, eficiente, robuste i uor de exploatat, astfel nct impactul social, economic i ecologic asupra fiinelor umane s fie ct mai mic i dac se poate pozitiv.[1], [2], [4], [5].

n viziunea conceptului de dezvoltare durabil lucrrile de canalizare, pentru colectarea i epurarea apelor uzate menajere trebuie s se deruleze n paralel cu cele de alimentare cu ap sau chiar s le devanseze pe acestea.

Localitile rurale care dispun numai de instalaii de alimentare cu ap potabil trebuiesc susinute pentru accesarea fondurilor necesare de promovare i a lucrrilor de canalizare, fr de care confortul ambiental n aceste colectiviti i mai ales mediul nconjurtor, vor avea foarte mult de suferit. [3], [8], [13].

Aceste categorii de lucrri sunt de importan major pentru existena i dezvoltarea fiecrei colectiviti indiferent de mrimea sa sau de locaia n care se regsete.

- 6 -


n Romnia, sunt n prezent peste 15000 localiti rurale care nu dispun de instalaii hidroedilitare complete, motiv pentru care sunt necesare proiecte cu soluii tehnologice moderne, specifice fiecrei localiti, funcie de mrimea acestora, zona geografic i poziia fa de resursele de ap disponibile i de vecintile cu localitile urbane dotate cu sisteme centralizate de alimentare cu ap.

2. Sisteme de alimentare cu ap n mediul rural

Sistemele de alimentare cu ap din mediul rural se stabilesc n funcie de tipul i de mrimea localitilor, de relieful terenului, mrimea i calitatea sursei de ap, distanele ntre localiti i de vecintatea acestora cu centrele oreneti i comunale dotate cu sisteme centralizate de alimentare cu ap i canalizare [1], [2], [3], [9].

Sistemele zonale i cele microzonale se caracterizeaz printr-o mare extindere a reelelor de conducte, alimentarea lor fcndu-se gravitaional sau prin pompare, dintr-una sau mai multe surse, prevzute cu rezervoare subterane sau cu castele de ap la fiecare localitate sau pe grupuri de localiti.

Sursele de ap ale acestor sisteme pot fi apele subterane captate prin puuri sau drenuri, izvoarele, praiele, rurile sau lacurile de acumulare artificiale [3].

La sistemele locale / individuale de alimentare cu ap necesarul de ap se asigur, de regul, din izvoare sau din puurile spate, nefiind necesare construcii pentru tratarea apei sau staii de pompare de treapta II-a, apa de la surs fiind distribuit consumatorilor pe cale gravitaional sau prin pompare.

Localitile rurale situate n vecintatea oraelor sau a comunelor dotate cu sisteme hidroedilitare centralizate, se pot racorda direct la reelele de ap ale acestora.

Aceast soluie a devenit astzi posibil, deoarece n majoritatea oraelor consumurile specifice de ap au sczut, dup anul 1990, de la 400 - 500 l/om*zi la 80 - 150 l/om*zi, existnd, astfel, rezerve suficiente pentru asigurarea necesarului de ap i pentru multe din localitile limitrofe (ex. Timioara, Arad, Deva, Oradea, Cluj-Napoca etc.) [3], [4], [12].

Sistemele zonale i micro-zonale de alimentare cu ap, folosesc tehnologii de tratare n funcie de mrimea i de calitate sursei de ap.

n figura 1 se prezint o tehnologie de tratare a apei de ru fr clorinare, prin care apa, dup tratarea chimic, este limpezit prin decantoare suspensionale pulsatoare, dezinfectat cu ozon, dup care apa filtrat prin masele de nisip i de crbune activ este infiltrat n subteran prin bazine sau puuri de infiltrare, cu scopul de a se asigura renaturarea sursei captate.

- 7 -


Figura 1. Schema de tratare fr clorinare

n figura 2 se prezint schema unei staii de tratare n care tehnologia de limpezire se

finalizeaz printr-o filtrare lent cu scopul de a reine, n membrana biologic, bacteriile i microorganismele patogene i nepatogene din ap.

Aceste tehnologii se pot utiliza numai n cazul n care reelele de distribuie sunt de foarte bun calitate, pentru a se putea evita riscul unor poluri accidentale [1], [2], [6], [15].

Figura 2. Schema de tratare cu filtre lente

Sistemele locale de alimentare cu ap care utilizeaz surse de suprafa, pot utiliza

tehnologia de tratare redat n figura 3.

Aceast tehnologie utilizeaz pentru prelimpezire un filtru rapid nchis fr vane cu funcionarea automatizat hidraulic, un filtru lent, un rezervor de acumulare i o staie de pompare pentru distribuia apei la consumatori [3], [4].

- 8 -


Figura 3. Staie de tratare ap de suprafa

1 - ap de suprafa; 2 - rezervor nivel constant; 3 - conduct de legtur; 4 rezervor de trecere; 5 conduct alimentare filtru; 6 filtre rapide fr vane automatizate hidraulic; 7 cmin de vane; 8 filtre lente; 9 golire vane rezervor; 10 rezervor ap filtrat; 11 casa pompelor; 12 pompe distribuie; 13 - rezervor

ap de splare;14 canal de evacuare ap de splare.

Apa de la rezervorul 2 este adus gravitaional sau prin pompare la filtrul rapid fr

vane (6) unde sunt reinute suspensiile grosiere, dup care este trecut apoi prin filtrul lent (8), pentru desvrirea procesului de limpezire i n continuare la rezervorul de ap filtrat.

Membrana biologic care se formeaz la suprafaa filtrului lent reine bacteriile patogene i nepatogene, nefiind deci necesar o dezinfecie ulterioar a apei.

Pentru sigurana i securitatea consumatorilor se recomand totui administrarea unei doze minime de clor sau de hipoclorit de sodiu de 0,50 mg/dm3.

Instalaia, astfel conceput este relativ simpl i uor de exploatat, asigurnd debite cuprinse ntre 0,50 i 6,00 l/s.

- 9 -


n tabelul 1 sunt redate dimensiunile geometrice pentru filtrele rapide i cele lente. Tabelul 1

Q Filtre rapide Filtre lente

l/s

m3/h

m3/zi St m2

D mm

Hi m

St m2

Sl m2

l m

b m

Hi m

0,5 1,8 43,2 0,36 600 4,0 10 5 2,5 2x2 2,3 1,0 3,6 86,4 0,72 1000 4,0 20 10 5 2x2 2,3 2,0 7,2 172,8 1,44 1200 4,0 40 20 5 2x4 2,3 3,0 10,8 259,2 2,20 1600 4,0 60 30 6 2x5 2,3 4,0 14,4 345,6 2,88 2x1600 4,0 80 40 8 2x5 2,3 5,0 18,0 432,0 3,60 2x1600 4,0 100 50 10 2x5 2,3 6,0 21,6 518,4 4,30 2x1600 4,0 120 60 10 2x6 2,3

n cazul captrii apelor subterane cu coninut ridicat de fier, deferizarea apei se poate

realiza prin intermediul instalaiei redat n figura 1. Instalaia se compune dintr-un rezervor metalic mprit pe vertical n dou compartimente. n apa brut din conducta 1, se injecteaz, aerul comprimat 2. Amestecul apei brute cu aerul comprimat se realizeaz n toba de aerare 3, de unde apoi trece n compartimentul superior al instalaiei, unde strbate masa de contact C de jos n sus, dup care prin tubul central trece n compartimentul inferior unde se afl filtrul rapid echipat cu nisip cuaros. Apa deferizat iese prin conducta 4. Instalaia hidraulic este completat cu conductele de ap pentru splare 5, 6, evacuare 7, golire 8, supap pentru evacuarea aerului n exces 9 i dintr-o gur de vizitare 10 [10].

Figura 4. Instalaie de deferizare sub presiune

Filtrele de contact, cu strat unic de 2-3 m grosime avnd granulele materialului de 5

10 mm se dimensioneaz la viteze de 3 5 m/h, iar filtrele sub presiune cu strat unic de 1,2 1,5 m grosime cu granulaia materialului de 0,3 3 mm, se dimensioneaz la o vitez de 10 15 m/h.

- 10 -


Cantitatea de aer comprimat ce trebuie introdus n deferizatoarele care funcioneaz sub presiune se consider de 10 - 50 % din debitul apei de deferizat, n raport cu cantitatea de fier coninut n apa brut.

n cazul captrilor de ape subterane cu coninut ridicat de fier i mangan, instalaia de deferizare - demanganizare, redat n figura 5, utilizeaz dubla filtrare. Apa brut, mpreun cu aerul comprimat, dup ce se face amestecul n toba de aerare/amestector de ap aer este trecut prin filtrul F1 pentru deferizare. Apa deferizat, dup tratarea cu permanganat de potasiu, este trecut prin filtrul F2 pentru realizarea procesului de demanganizare.

Figura 5. Instalaie de deferizare demanganizare cu dubl filtrare

Efectul produs de dubla filtrare, cu viteze de 8 m/h n prima treapt i cu viteze de 4

m/h n treapta a doua, echivaleaz cu o vitez de circa 1 m/h.[10]

Adoptarea schemei de deferizare demanganizare cu dubl filtrare necesit volume mici pentru lucrrile de construcii i deci cheltuieli de investiie i exploatare reduse.

3. Sisteme de canalizare n mediul rural

Sistemele de canalizare din mediul rural au rolul de a colecta, transporta, epura i evacua apele uzate de la localitile i locuitorii acestor zone. Sistemele de canalizare pot fi microzonale, locale sau individuale.

Sistemele locale i microzonale colecteaz, pe cale gravitaional sau prin pompare, apele uzate menajere de la una sau mai multe localiti rurale, apele uzate fiind conduse la o staie de epurare oreneasc sau comunal, conceput dup tehnologii moderne. Localitile rurale care se dezvolt n zone de es, cu pante ale terenului mici i foarte mici i la care lungimile conductelor nu depesc 3 - 5 km se, pot utiliza sistemele vacuumate de canalizare. Aceste sisteme au avantajul c folosesc, pentru colectarea apei, conducte flexibile cu diametre mici (80 200 mm), care urmresc linia terenului sub adncimea de nghe.

n figura 6 se prezint schema unui sistem vacuumat de canalizare pentru o localitate rural situat ntr-o zon de es cu pante foarte mici ale terenului.

Apele uzate provenite de la 1, 2 sau 3 case de locuit (1) sunt colectate la un cmin de racord (2), prevzut cu un sistem de automatizare, de unde cu ajutorul staiei de vacuum

- 11 -


(3) apele uzate sunt conduse la o staie de epurare de tip compact sau sunt transportate pe cale gravitaional la o staie de epurare comunal sau oreneasc aflat n vecintatea localitii rurale.

Staia de epurare compact poate deservi chiar mai multe localiti aflate n imediata vecintate [1], [3], [20].

Figura 6. Sistem vacuumat de canalizare

n cazul sistemelor clasice de canalizare (Figura 7) apele uzate menajere 1 sunt conduse la o staie de epurare compact, prevzut cu o treapt mecanic 2 echipat cu grtar, deznisipator i separator de grsimi i apoi de o treapt biologic constituit dintr-un bazin de activare 3 i dintr-un decantor secundar 4 Apele epurate sunt evacuate direct prin canalul 5 n emisarul 6. Nmolul din decantorul secundar 4 este preluat de conducta 7 i stocat n bazine de stocare i de concentrare a nmolului 8, dup care este utilizat ca fertilizant pentru culturile agricole 9, [3], [4].

1

97

8

2

3

45

6

Figura 7. Staie compact de epurare

Staiile compacte de epurare concepute i echipate corespunztor sunt n msur s respecte cerinele legislaiei n vigoare privind protecia consumatorilor de ap ct i pe cele ale mediului nconjurtor [7], [14], [16], [17], [18], [19].

Vacuum Pipe

Interface Valve Unit

Vacuum

21

3

- 12 -


n cadrul tehnologiilor de epurare avansate, rolul decantorului secundar este preluat de membranele filtrante cu scopul de a sporii eficiena epurrii i de protejare a emisarilor.

Pentru cldirile izolate din zonele rurale se recomand tehnologia de epurare avansat redat n figura 8. Filtrul de nisip asigur finisarea procesului de epurate, respectndu-se prin aceasta legislaia de mediu romneasc i european [13], [14], [16], [20].

I III

2

58 9 10

6

117

IIII

II

1 45

6

113 7

Figura 8. Staie de epurare de tip gospodresc

1- ap uzat, 2- fos septic compartimentat, 3- insuflare aer, 4- evacuare ap uzat, 5- pomp ap uzat, 6- filtru de nisip, 7- sistem de distribuie, 8- dren, 9- pat filtrant, 10- sistem de etanare, 11- cmin colector

n cazul gospodriilor individuale izolate cu animale i psri, se recomand ca apele

uzate menajere s se colecteze mpreun cu dejeciile animaliere ntr-un digestor cu fermentare metanic, redat n figura 9, cu scopul de a se valorifica att potenialul energetic al maselor organice sub form de biogaz iar nmolul fermentat ca ngrmnt pentru culturile agricole, deoarece acesta are n coninutul su cantiti importante de nutrieni organici naturali (N, P, K).

Digestorul cilindric este prevzut cu o camer hidraulic, se poate realiza cu capaciti de 5 la 25 m3 n funcie de cantitatea de material organic obinut n cadrul gospodriei, dar i de cantitile de biogaz necesare utilizate pentru preparatul hranei, nclzitul spaiilor de locuit, iluminat casnic etc.

- 13 -


Figura 9. Digestorul cilindric cu camer hidraulic de capacitate 5 25 m3

1-digestor; 2-camer de alimentare; 3-camer hidraulic; 4-capac de nchidere

4. Concluzii

Lucrrile hidroedilitare din mediul rural sunt construcii i instalaii indispensabile pentru asigurarea confortului ambiental n spaiile de locuit dar i pentru prevenirea polurii mediului nconjurtor.

Schemele tehnologice propuse n cadrul lucrrii sunt doar cteva din alternativele care se pot utiliza n zonele rurale pentru alimentarea cu ap potabil i canalizarea apelor uzate menajere.

n acest cadru general, lucrrile de canalizare trebuie s se deruleze n paralel cu lucrrile de alimentare cu ap sau chiar s le devanseze pe acestea.

5. Bibliografie Kainz. H., Kauch, P., Renner, H., Siedlungswasserbau und Abfallwirtschaft, Manz Verlag Schulbuch, Wien,

2002. Mnescu, A., Sandu, M., Ianculescu, O., Alimentri cu ap. Editura Didactic i Pedagogic, Bucureti, 1994. Mirel, I., Florescu, C., Stniloiu, C., Podoleanu, C., E., Consideraii privind realizarea lucrrilor hidroedilitare n

mediul rural, Conferin Tehnico-tiinific Internaional Probleme actuale ale urbanismului i amenajrii teritoriului 31 septembrie - 1 octombrie 2004 Chiinu, Republica Moldova.

Mirel, I., Carabe, A., Consideraii cu privire la tratarea apei de suprafa pentru consumatorii din mediul rural, Simpozionul Instalaii pentru construcii i confort ambiental, 1-3 aprilie 1993, Timioara.

Mirel, I., Epurarea apelor de la gospodrii i uniti izolate. Revista Instalatorul, nr.3, 1993, Bucureti. Mutschmann, I., Stimmelmayer, F., Taschenbuch der Wasserversargung, Frankh Kosmos Verlag,

Gmbh&Co, Stuttgart, 1991. Robescu, D., Robescu Diana, Szabolcs, L., Constantinescu, I., Tehnologii, instalaii i echipamente pentru

epurarea apei. Editura Tehnic, Bucureti, 2000. Rojanschi, V., Bran, F., Diaconu, G., Protecia i igiena mediului. Editura Economic, Bucureti, 1997. Tchobanoglous, G., Burton, F., Wastewater Engineering, Treatment, Disposal and Reuse. Mc. Graw Hill,

Inc. New York, 1991. Trofin, P., Alimentri cu ap, EDP Bucureti, 1983. *** Water Treatment Handbook, vol.1 i2, Degemont, 1991. *** SR 1343/1 06. Determinarea cantitilor de ap pentru localiti. *** Legea Proteciei Mediului nr. 137/95, modificat prin HG 314/98 i OG 91/02. *** Legea Apelor nr.107/96 completat cu legea nr.310/04. *** Legea privind calitatea apei potabile nr.458/02, completat cu Legea 311/04. *** NTPA 001/04 privind limitele de ncrcare cu poluani a apelor uzate industriale i oreneti la evacuarea

n recipienii naturali. *** NTPA 002/04 privind limitele de ncrcare cu poluani a apelor uzate industriale i oreneti la

descrcarea n reelele de canalizare. *** ATV DVWK A131 ab 5000 Einwohnerwerten. *** ATV DVWK A126 - 500-10000 Einwohnerwerten. *** ATV DVWK A116 Unterdruckentwasserung Druckentwasserung.

- 14 -


TEHNOLOGII NECONVENIONALE CU MEMBRANE DE MICROFILTRARE I ULTRAFILTRARE N POTABILIZAREA APEI -

STUDIU PE STAIE PILOT

A. Pcal*, I. Vlaicu*, B. Radu*, C. Bogatu**, C. Cosma***, F. Manea****, C. Danielescu****, I. Lupa*****

*AQUATIM S.A., Str. Gh. Lazr nr.11A, Timioara, 300081,Tel:0256/201370,Fax:0256/294753, e-mail:[email protected], [email protected] **INCD ECOIND, Filiala Timioara, P-a. Victoriei nr. 2, et.2, e-mail: [email protected] *** INCD ECOIND, os. Panduri, nr. 90-92, sector 5, Bucureti, e-mail: [email protected] ****Universitatea Politehnica din Timioara, P-a. Victoriei nr. 2, e-mail: [email protected] *****ISPT Prof. Dr. Leonida Georgescu, Bd. Dr. Victor Babe nr.16-18, Timioara, Tel/Fax:0256/492101 Rezumat

Cercetrile efectuate n ultimii ani n domeniul tehnologiilor neconvenionale cu membrane de microfiltrare (MF) i ultrafiltrare (UF) demonstreaz c acestea constituie o alternativ viabil pentru rezolvarea unor probleme din potabilizarea apei, acolo unde tehnologiile clasice nu mai asigur indicii de calitate corespunztori, n conformitate cu standardele internaionale.

Performanele acestor tehnici membranare la tratarea surselor de ape sunt demonstrate de avantajele oferite fa de procedeele clasice i anume: nu necesit ageni chimici-coagulani, floculani; cantitile de reactivi folosii la dezinfectare sunt reduse; separarea se face pe principiul excluderii datorit dimensiunii; apa tratat produs este de calitate superioar, indiferent de calitatea apei brute; instalaiile sunt compacte; automatizarea procesului este simpl, etc.

Pentru a asigura o calitate superioar a apei potabile n Timioara, Romnia, am studiat pe o staie pilot (SP) folosirea acestor tehnologii moderne de microfiltrare ultrafiltrare ca i soluie alternativ la procedeele clasice utilizate n acest moment pe Staia de tratare. Varianta de flux adoptat pe SP pentru tratarea apei de suprafa a rului Bega a fost simpl i a constat n folosirea unui rezervor pentru stocare ap brut, microfiltrarea (cu filtru de cartue spiralate de 50m) fiind urmat de ultrafiltrare (tangenial, cu membrane din fibre goale, Hollow Fiber). S-au analizat n paralel probe de ap brut din rul Bega i de permeat, urmrindu-se gradul de reducere a unor parametrii msurabili importani (turbiditatea, carbonul organic total i numrul de bacterii coliforme totale). Rezultatele au fost foarte bune, obinndu-se randamente de reducere a turbiditii de 97%, n cazul TOC-ului de 20% iar pentru bacteriile coliforme totale de 94%.

n lucrare sunt descrise i aspecte tehnice legate de aceste tehnologii neconvenionale cu membrane, fiind prezentate i dezavantajele care pot apare prin utilizarea acestora n diverse aplicaii.

n concluzie, considerm c microfiltrarea i ultrafiltrarea sunt procese excelente n potabilizarea apelor, ce ofer noi posibiliti de a mbunti calitatea tratrii, ce vor juca un rol major n viitorul apropiat.

Cuvinte cheie: ap de suprafa, staie pilot, microfiltrare ultrafiltrare.

- 15 -


Abstract

The research done in last years in the field of unconventional technologies based on microfiltration (MF) and ultrafiltration (UF) proved that they are available alternatives for fixing some problems in drinking water treatment, when classical technologies were not able to ensure the corresponding quality index, in accordance with the international standards.

The performances of membrane techniques for water source treatment are demonstrated by the advantages offered: the use of chemical agents for coagulation-flocculation is not necessary; the quantities of reagents used for disinfection are reduced; separation is based on the principle of exclusion because of size; the treated water produced has superior quality regardless of the row water quality; the installations are compact; the automation process is simple, etc.

To ensure high quality of the drinking water in Timisoara, Romania, we have studied the modern technologies of MF-UF on pilot plant (PP), as an alternative solution to classical procedures used at present in the treatment plant. The flux adopted in PP for surface water treatment of the Bega river was simple and consisted in using of a storage tank for raw water, MF (with spiralled cartridge filter of 50 m) followed by UF ( tangential, with hallow filter membrane). Samples of raw water and permeate were analyzed in order to assess the decrease of certain important parameters (turbidity, total organic carbon and the total number of coliform bacteria). The decrease efficiencies were very good: 97% for turbidity, 20% in the case of TOC and 94% for total coliform bacteria. The technical aspects regarding the unconventional membrane technologies are described in this paper, also highlighting disadvantages that may appear by using this technique in various applications.

In conclusion, MF and UF proved to be excellent processes for drinking water treatment, offering new possibilities to improve water quality, which will play a major role in the near future.

Key words: surface water, pilot plant, microfiltration-ultrafiltration Introducere

Apa potabil se obine prin diverse tehnici de purificare, adoptate n funcie de numrul de consumatori, calitatea iniial a apei, tipul sursei (de adncime sau de suprafa), modul de distribuire a apei ctre consumatori, etc.

Tehnologia clasic de obinere a apei potabile implic etape succesive de tratare chimic, decantare, filtrare, cu consumuri materiale, energetice i de manoper foarte mari, aspecte care au determinat cutarea de alternative viabile, tehnici moderne, performante, cum sunt procesele membranare.

n Romnia, sursele de ap natural sunt relativ srace i distribuite neuniform n timp i spaiu. Datele statistice arat c circa 80-85% din populaia urban i 10-15% din cea rural este racordat la sisteme centralizate de alimentare cu ap, iar instalaiile de captare, transport, pompare, tratare, nmagazinare i distribuie asigur pe ansamblul rii un debit de ap de circa 115 - 120 m3/s. Acest debit s-a dovedit insuficient i de aceea s-a impus necesitatea promovrii de noi tehnici i tehnologii de tratare i mrire a capacitii instalaiilor de distribuie a apei.

n acelai timp, trebuie rezolvat o alt problem cu care se confrunt populaia din anumite zone geografice ale rii noastre i anume imposibilitatea aplicrii tehnologiilor clasice de potabilizare sau utilizarea acestora n condiii neeconomice.

- 16 -


n ceea ce privete obinerea apei potabile au existat cercetri numeroase n Romnia, dar majoritatea au fost orientate spre tehnologiile clasice, n vederea modernizrii acestora. Dezvoltarea proceselor membranare pentru tratarea apei reprezint un pas major n evoluia tehnologiilor de purificare a apei, fiind soluii alternative la procedeele clasice, prin care se elimin o serie de dezavantaje ale acestora i, n special, se asigur o calitate superioar a apei potabile.(Kross,1993) Rezultatele cercetrilor din ultimii ani n domeniul obinerii i aplicrii membranelor demonstreaz c cele mai adecvate procese de corectare a indicatorilor fizico-chimici i bacteriologici ai apelor sunt microfiltrarea i ultrafiltrarea.

Tehnologiile neconvenionale cu membrane de microfiltrare (MF) i ultrafiltrare (UF) au fost studiate pentru obinerea apei potabile att din surse de suprafa, ct i din ape subterane.

Primele sisteme de MF/UF au fost instalate ncepnd din 1990 pentru a trata apa oreneasc potabil obinut din surse de suprafa.(Kolega,1991) Astzi sunt bine cunoscute avantajele MF/UF comparativ cu metodele convenionale de tratare i dezinfecie: nu necesit ageni chimici-coagulani, floculani, dezinfectani; separarea se face pe principiul excluderii datorit dimensiunii; apa tratat produs este de calitate superioar, indiferent de calitatea apei brute; automatizarea procesului este simpl; instalaiile sunt compacte i se pot pune rapid n funciune, etc.). Dezavantajul major este constituit de limitarea debitului de ap tratat de suprafaa filtrant a membranei.(Howe,2002) Din acest motiv, tehnicile membranare sunt recomandate pentru asigurarea apei potabile destinate colectivitilor mici (populaie maxim: 10 000 locuitori). (Yamamura,2007)

Pe plan internaional tehnicile membranare s-au extins tot mai mult n domeniul obinerii apei potabile, realizndu-se uzine de ap potabil cu capaciti ce ajung pn la 2000 m3/zi. (Yuasa,1998)

n Frana funcioneaz din 1988 la Amoncourt o instalaie cu membrane polimerice de UF, echipat cu module avnd o suprafa de filtrare de 7 m2. Din 1990 funcioneaz o alt instalaie, de 100 m3/h n localitatea Saint Maurice de Chateauneuf, cu o populaie de 10 000 locuitori, echipat cu module de MF, elementul filtrant fiind membran ceramic tip KERASEP, fabricat de firma TECH-SEP.

Pe baza cercetrilor efectuate de Universitatea din Montpellier s-au realizat, ncepnd cu 1989, alte 10 instalaii n regiunea Languedoc Rousillon, cu capaciti variind ntre 7 120 m3/h, echipate n special cu membrane anorganice tip MEMBRALOX.

n Anglia, lng Mianus River, Greenwich, funcioneaz alte sisteme de tratare a apei pentru potabilizare cu procese membranare, prelucrnd circa 15 m3/zi.

n SUA, utiliznd membrane de nanofiltrare, se ajunge la debite cuprinse ntre 1601000 m3/zi.

Pentru a asigura o calitate superioar a apei potabile n Timioara, Romnia, n prezentul studiu ne-am propus testarea pe o staie pilot (SP) a acestor tehnologii moderne de microfiltrare ultrafiltrare ca i soluie alternativ la procedeele clasice utilizate n acest moment pe Staia de tratare.

- 17 -


Materiale i metode

Descrierea procedeelor de microfiltrare i ultrafiltrare

Microfiltrarea i ultrafiltrarea sunt procese nrudite distincia ntre cele dou rezid n mrimea porilor membranei. Membranele de microfiltrare au pori mai mari i sunt folosite pentru a separa particule de 0,1-10m, spre deosebire de ultrafiltrare care n general este considerat a se limita la membrane cu diametrul porilor ntre 10-1000. (Baker, 2004)

Prima aplicaie major a membranelor de microfiltrare era pentru culturile de microorganisme din apa potabil, aceasta rmnnd o aplicaie important n laboratoarele de microbiologie i biotehnologie. (Kolega and al,1991)

Membranele folosite pentru MF i pentru UF sunt membrane tip por ce funcioneaz ca nite site. Solventul i particulele de mrime molecular pot trece prin pori, n timp ce particulele suspendate, particulele coloidale, bacteriile, viruii i chiar i macromoleculele mari sunt reinute.

Fora conductoare a procesului este diferena de presiune de-a lungul membranei. n cea mai mare parte a sistemelor cu membrane regenerabile, pentru a se realiza o funcionare continu, se utilizeaz microfiltrarea tangenial. Aceasta permite evitarea n principiu a operaiei de colmatare la splarea membranelor. (Kalbfuss and al,2005)

Fluxul tangenial este fluxul permeabil direcionat perpendicular spre fluxul de alimentare. Impuritile rmn n alimentare care, reducndu-se n volum, prsete sistemul membranei sub form de flux de reziduu concentrat (un procent de aproximativ 10% din volumul de alimentare). Trebuie fcut o evaluare a concentratului, nainte ca acest reziduu s poat fi ndeprtat i depozitat, deoarece substanele prezente n acesta au concentraii de aproximativ 10 ori mai mari dect concentraia lor din fluxul de alimentare iniial.

Consumul de energie este direct legat de rata fluxului tangenial i de necesarul de presiune.

Debitele unitare folosite pentru UF se situeaz ntre 0.1-1m3/h.m2.bar pentru o ap relativ curat, dar se diminueaz considerabil n prezena coloizilor din dou raiuni eseniale: polarizarea i colmatarea. (Memento Technique de leau,1989)

Primul fenomen este responsabil de apariia unui flux limitat de presiunea transmembranar.

Influena presiunii transmembranare asupra fluxului n UF este redat n Figura 1.

Figura 1. Influena presiunii transmembranare Figura 2. Evoluia fluxului cu timpul n UF

asupra fluxului n UF

- 18 -


Al doilea fenomen, colmatarea, este dat de formarea unui depozit de coloizi pe suprafaa membranei, dar i de adsorbia de soluii variate i de coloizi foarte fini pe pori. Evoluia fluxului cu timpul n UF este redat n Figura 2.

Primul fenomen este uor reversibil prin splare invers, dar din contr, al doilea este insensibil la acest procedeu, doar un tratament chimic permite curarea membranei.

Aceasta explic de ce natura chimic a membranei este un criteriu important n MF i UF. Pentru fiecare aplicaie se alege un material mai uor sensibil la fixarea soluiilor de tratat i ct mai uor de decolmatat.(Memento Technique de leau,1989)

Costul staiilor de ultrafiltrare variaz, depinznd de mrimea staiei, de tipul apei tratate i de performanele separrii. n general staiile tipice de UF au un debit de 10.000-100.000gal/zi. Costul ridicat per gallon produs permeat limiteaz utilizarea UF n tratarea apelor. Costurile pentru aceste staii (Rogers,1984) sunt cuprinse ntre US$ 2-5 gal/zi.

Costuri de capital i costuri de operare pentru staii de ultrafiltrare tipice sunt prezentate n Tabelul 1. (Eykamp,1995)

Tab.1. Capital i costuri de operare pentru staii de ultrafiltrare tipice

Costuri de capital % Pompe 30

Module de membrane 20 Spaii de amplasare 10

Conducte, vane, construcii 20 Control/altele 20

Total 100 Costuri de operare

nlocuirea membranelor 30-50 Costuri pentru curare 10-30

Energie 20-30 Laborator 15

Total 100

Directiva EPA pentru apa de suprafa cere ca toate utilitile n SUA s asigure un grad de reducere de log 3 pentru Giardia i de log 4 pentru virui. Legislaia european a adoptat reguli similare.(USEPA, 1999)

Se estimeaz c 40.000 de staii de tratare a apei din SUA sunt afectate de noile implementri ale EPA, aa c potenialul de pia existent pentru MF n controlul bacteriologic al apei potabile este foarte ridicat.(Hirata,1998) Multe dintre aceste staii sunt mici, dar sunt cteva staii de tratare mari care au fost echipate cu sute de module. Totodat este necesar dezvoltarea sistemelor de filtrare cu curgere transversal, capabile s dea filtrelor o durat de via de luni sau chiar ani. Astfel de sisteme se instaleaz acum n staiile de tratare a apelor municipale. Unitile pot fi curate prin splare invers i se obin astfel performanele dorite. (Baker, 2004)

- 19 -


Descrierea Staiei Pilot

Partea experimental s-a desfurat n Staia Pilot din cadrul Staiei de tratare a apei rului Bega din municipiul Timioara. Staia Pilot este fabricat de PIASA Engineering&Trading S.A.,USA.

Schema tehnologic a staiei pilot este prezentat n figura 3.

Figura 3. Staia pilot schema fluxului tehnologic

Procesul tehnologic propus const din urmtoarele:

rezervor de stocaj, cu rolul de a reine i de a uniformiza debitul de ap pentru ca staia s lucreze continuu;

microfiltrarea cu ajutorul unui filtru de cartue spiralate de 50m model CA-0804-04 , model HydroWater care trebuie s rein toate particulele coloidale i de mrimi superioare acestora. Filtrele sunt prevzute cu vane de presiune pe partea de intrare i ieire pentru a fi capabile s determine nivelul de murdrire care permite stabilirea necesitii de curire sau nlocuire;

ultrafiltrarea cu ajutorul membranelor din fibre goale interschimbabile, Hollow Fiber, este tangenial TRIHIGH model CLN4000No(50-70kDa). Prin ultrafiltrare se realizeaz separarea compuilor dizolvai de 0.005 pn la 0.1microni. Aceasta corespunde cu o separare n funcie de greutatea molecular de la 1000 pn la 500.000.

Staia Pilot prezint trei procese de baz i anume: operaiunile de filtrare, splare i curare chimic. Operaiunea de filtrare const din pomparea apei brute printr-un filtru de 50m, dup care apa este trimis n membrane. Apa filtrat este acumulat n rezervorul de splare care este controlat de un plutitor, dup care, cnd rezervorul este plin, pleac, ca ap filtrat. Operaiunea de filtrare este controlat de un sistem de securitate ce controleaz diferenialul de presiune ntre intrarea i ieirea din modulele de ultrafiltrare, pentru a evita posibilitatea deteriorrii acestora. Obiectivul acestei operaiuni este de a evita colmatarea membranelor prin acumularea de coloizi pe suprafaa membranelor i este realizat la fiecare 30 de minute (cu posibilitatea de modificare n PLC).

Splarea n contracurent se subdivide n trei pri: drenajul cu aer, presurizarea i splarea n contracurent cu ap.

- 20 -


Operaiunea de curare chimic este similar, ca mecanism, splrii n contracurent, cu diferena c se adaug agent chimic (curire caustic cu NaOH i curire acid cu HCl) n locul de aspiraie al pompelor n contracurent.

Condiii de operare

Condiiile de operare pe Staia Pilot au fost: 9 debit alimentare cu apa rului Bega: QAB= 200 L/h; 9 volumul de concentrat (reziduu) s-a fixat n procent de aproximativ 10% din

volumul de alimentare; 9 ciclul de splare n contracurent s-a realizat la fiecare 30 de minute; 9 presiunea diferenial ntre intrare i ieirea de pe membran este

controlat astfel nct s nu depeasc valoarea de 3 bar. Aparatura

- turbidimetru de laborator, de tip HACH 2100N; - pH-metru de laborator, de tip Mettler Toledo MP 225; - analizor TOC, de tip SHIMADZU; - incubator la 35-37 C, de tip Gallenkamp; - autoclav pentru 1.2 atm i 121C, de tip Varioklav; - conductometru, de tip Jenway 4310; - spectrofotometru, de tip Merck SQ 118; - truse de reactivi pentru determinarea aluminiului, fierului, manganului, amoniului, azotiior i azotailor, de tip Spectroquant Merck; - truse de reactivi pentru determinarea alcalinitii, duritii i calciului, de tip Aquamerck;

- pipete automate cu volum repetabil, de tip Multipette Eppendorf plus 4981; - sticlrie de laborator.

Rezultate i discuii

Studiile s-au desfurat n perioada august - octombrie 2007, perioad n care Staia Pilot a funcionat continuu. Pentru a se asigura funcionarea corespunztoare, diferena de presiune de-a lungul membranei a fost monitorizat continuu.

S-au analizat n paralel probe de ap brut din rul Bega i de permeat, urmrindu-se gradul de reducere a unor parametrii msurabili importani: turbiditatea, carbonul organic total (TOC) i numrul de bacterii coliforme totale (CT).

Frecvena de msurare a parametrilor tehnologici a fost :

- din 2 n 2 ore pentru: debitul de alimentare al SP, turbiditatea i pH-ul apei brute i a permeatului;

- o dat la 24 ore s-au efectuat determinri pentru: temperatur ap, turbiditate, pH, TOC, CT, la apa rului Bega i la permeat;

- sptmnal s-au efectuat determinri pentru: turbiditate, pH, alcalinitate, duritate, TOC, aluminiu, mangan, fier, coliformi totali la apa rului Bega, permeat i concentrat;

- analize generale s-au efectuat trei zile consecutiv pentru apa brut i permeat.

Sinteza datelor experimentale obinute pe SP pentru permeat i apa brut a rului Bega este prezentat n Tabelul 2.

- 21 -


Tabelul 2. Sinteza datelor experimentale obinute pe SP pentru apa brut i permeat

Debit alimentare SP, L/h 200 Apa brut

(min-max) Permeat

(min-max) Temperatur ap, 0C: 14 - 22 14 - 22 Turbiditate ap, NTU: 3.1 19.3 0.1 - 1.4

pH: 7.5 7.7 7.5 7.7 TOC, mgC/L: 1.68 2.38 1.28 1.99

Coliformi Totali, nr./100 cm3 3480 34800 130 - 1609 Pe Staia de Tratare (ST) a apei rului Bega din municipiul Timioara se aplic

tehnologia clasic de potabilizare cu etape succesive de tratare chimic (cu sulfat de aluminiu ca i coagulant i aluminat de sodiu ca alcalinizant i coagulant), decantare, filtrare i dezinfecie cu clor. Eficiena procesului de tratare a apei rului Bega n vederea potabilizrii (permeat fa de ap brut) pe SP, n ceea ce privete reducerea turbiditii, este de 97.7% fa de 96.7% ct s-a obinut pe Staia de Tratare.

94,0

94,5

95,0

95,5

96,0

96,5

97,0

97,5

98,0

98,5

99,0

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

grad de reducere, %

zile

Stat ia PilotStat ia Tratare

Figura 4. Evoluia gradului de reducere a turbiditii pe ST i SP

n Figura 4 este reprezentat grafic eficiena reducerii turbiditii, att pe ST ct i pe SP.

n urma prelucrrii rezultatelor experimentale obinute pe SP, randamentele de reducere obinute n cazul TOC-ului au fost de 20% iar pentru bacteriile coliforme totale de 94%.

n Figura 5 sunt reprezentate grafic valorile medii obinute pentru TOC att pe SP(1) ct i pe ST(2). Se observ c pe ST rezultatele sunt mai bune dect cele obinute pe SP, ns explicaia este dat de faptul c pe aceast staie s-a fcut i dezinfecie.

2,0 1 2,01

1,63

0,43

0

0,5

1

1,5

2

2,5

1 2conc.medie, mgC/L

TOC

Figura 5. Valorile medii obinute pentru TOC pe SP(1) i pe ST(2).

- 22 -


n Tabelul 3 sunt prezentate valorile medii ale analizelor generale ce s-au efectuat trei zile consecutiv pentru apa brut i permeat, ct i a analizelor sptmnale ce s-au fcut pe concentrat.

Tabelul 3. Valorile medii ale analizelor generale obinute pe SP pentru apa brut, permeat i concentrat

Parametrul analizat

U.M. Metoda de analiz

Apa brut Permeat Concentrat

Temperatur 0C STAS 6324/61 14 14 14 Turbiditate NTU turbidimetru 6.3 0.84 9.22

pH - pH-metru 7.65 7.66 7.56 TOC mgC/L analizor TOC 2.03 1.64 2.53

Coliformi Totali nr./100 cm3 STAS 3001/91 9580 745 10936 Amoniu mg/L Spectroquant 0 0 0 Azotii mg/L Spectroquant 0.042 0.05 0.3 Azotai mg/L Spectroquant 1.16 2.2 1.5

Aluminiu dizolvat mg/L Spectroquant 0.01 0 0.03 Mangan dizolvat mg/L Spectroquant 0.03 0.01 0.03

Fier dizolvat mg/L Spectroquant 0.13 0.08 0.17 Conductivitate S/cm conductometru 222 229.6 212

Duritate D Aquamerck 4.9 4.86 4.86 Calciu mg/L Aquamerck 29 29 29

Alcalinitate mmol/L Aquamerck 1.86 1.73 1.56 CCO-Mn mgKMnO4/L STAS 3002/85 9.28 7.98 10.65

n urma prelucrrii rezultatelor obinute pe Staia Pilot i analizndu-le comparativ cu cele obinute pe Staia de tratare, se poate spune c microfiltrarea i ultrafiltrarea sunt n mod cert soluii moderne i de viitor n tratarea apelor de suprafa pentru a obine o ap potabil de calitate superioar.

Concluzii

1. Studiul efectuat confirm faptul c utilizarea tehnologiilor neconvenionale cu membrane de microfiltrare (MF) i ultrafiltrare (UF) la tratarea surselor de ap de suprafa este o soluie alternativ viabil la procedeele clasice de potabilizare.

2. S-au obinut pe Staia Pilot randamente de reducere a turbiditii de 97%, n cazul TOC-ului de 20% iar pentru bacteriile coliforme totale de 94%.

3. Ca principale dezavantaje ale proceselor membranare enumerm: costurile relativ ridicate deoarece debitul de ap tratat este limitat de suprafaa filtrant a membranei; se utilizeaz cantiti destul de mari de energie; modulele de membran trebuie curate des i viaa membranelor este scurt.

4. Ca principale avantaje ale proceselor membranare, oferite fa de procedeele clasice, amintim: nu necesit ageni chimici-coagulani, floculani; cantitile de reactivi folosii la dezinfectare sunt reduse; apa tratat produs este de calitate superioar, indiferent de calitatea apei brute; instalaiile sunt compacte; rapiditate la punerea n funciune; automatizarea procesului este simpl, etc.

5. Simplitatea acestor procese va determina alegerea lor n viitorul apropiat n locul altor procese mai sofisticate i costisitoare.

6. Instalaiile de potabilizare prin filtrare cu membrane permit o monitorizare mai bun, mai complet i mai facil a surselor de ap.

7. Obinerea apei potabile prin tehnologiile neconvenionale membranare va contribui la sigurana alimentar i sanitar a populaiei, n special a celei din locuri izolate.

- 23 -


Astfel ne ateptm la rspndirea rapid a acestor tehnici membranare ecologice, fiind reco-mandate pentru asigurarea apei potabile destinate colectivitilor mici (maxim 10000 locuitori).

Cercetarea pe Staia Pilot s-a efectuat n cadrul proiectului CEEX-PROAQUA nr.631/2005 "Promovarea tehnologiilor inovative i durabile pentru tratarea apei destinate consumului uman" Bibliografie [1] Baker, R.W. (2004) Membrane Technology and Applications, 2nd Edition, Ed. Wiley Interscience, 273-

299. [2] (1989) Memento Technique de leau, Neuvieme edition, Tome1, Ed. Degremont, 215-217. [3] Stumm, W. and Morgan,J.J. (1996) Aquatic Chemistry - Chemical Equilibria and Rates in Natural

Waters,Third Edition, Ed. Wiley Interscience, 823-832. [4] Cross, R.A. (1993) Purification of Drinking Water with Ultrafiltration, The 1993 Eleventh Annual Membrane

Technology/Separations Planning Conference, Newton, MA. [5] Kolega, M., Grohmann, G.S., Chiew, C.and Day, A.W. (1991) Disinfection and Clarification of Treated

Sewage by Advanced Microfiltration, Water Sci. Technol. 23, 1609. [6] Rogers, A.N. (1984) Economics of the Application of Membrane Processes, in Synthetic Membrane

Processes, Academic Press, Orlando, FL, 437477. [7] Eykamp, W., Noble, R.D. and Stern, S.A. (1995) Microfiltration and Ultrafiltration, in Membrane Separation

Technology: Principles and Applications, Elsevier Science Amsterdam,140. [8] United States Environmental Protection Agency (1999), National Primary Drinking Water Regulations:

Alternative Desinfectants and Oxidants, Guidance Manual, Office of Water, EPA 815-R-99. [9] Hirata,T. and Hashimoto,A.(1998) Experimental assessment of the efficacy of microfiltration and

ultrafiltration for Cryptosporidium removal. Wat. Sci. Tech. 38(12), 103107. [10] Yamamura, H., Kimura, K., Watanabe,Y. (2007) Mechanism involved in the evolution of physically

irreversible fouling in microfiltration and ultrafiltration membranes used for drinking water treatment. Environ.Sci.Technol. 41(19), 6789-6794.

[11] Howe, K.J and Clark, M.M. (2002) Fouling of microfiltration and ultrafiltration membranes by natural waters. Environ.Sci.Technol. 36(16), 3571-3576.

[12] Wickramasinghe,S.R., Kalbfuss,B.,Zimmermann,A.,Thom,V.,Reichl,U. (2005) Tangential flow microfiltration and ultrafiltration for human influenza A virus concentration and purification.Biotechnol.Bioeng. 92(2),199-208.

[13] Yuasa, A.(1998) Drinking water production by coagulation-microfiltration and adsorption-ultrafiltration. Wat. Sci. Tech. 37(10), 135146.

*** STAS 3001-1991. *** Legea 458-2002.

- 24 -


TRATAREA APELOR SUBTERANE CU CONTINUT DE AMONIU SI HIDROGEN SULFURAT

Vulpasu E. *, Sandu M. **, Racoviteanu G. ***

* Sef lucrari ing.chim. Catedra de inginerie Sanitara si Protectia Apelor U.T.C.B., B-dul Lacul Tei 124, Bucuresti, sector 2, [email protected]

** Prof.dr.ing. Catedra de Inginerie Sanitara si Protectia Apelor U.T.C.B.

*** Prof.dr.ing. Catedra de Inginerie Sanitara si Protectia Apelor U.T.C.B.

Keywords: sulphurated hidrogen; ammonium; drinking water

Rezumat

Sunt numeroase locatii de foraje de adancime, in special in Campia Romana unde apa contine hidrogen sulfurat si amoniu. Se impune elaborarea tehnologiilor pentru incadrarea acestor indicatori in limitele impuse de Legea 458/2002.

Cercetarile efectuate au pus in evidenta faptul ca oxidarea cu doze stoechiometrice de clor si filtrarea conduc la concentratii de amoniu, hidrogen sulfurat si clor rezidual care se incadreaza in limitele normelor privind calitatea apei potabile. Calitatea apei tratate depinde de timpul de reactie a clorului si de tehnologia de filtrare utilizata. Astfel, filtratea pe membrane (ultrafiltrare) a condus la eficiente ridicate de retinere a sulfului coloidal si la o stabilitate a calitatii apei in timp in timp ce filtrarea pe nisip cuartos a condus la eficiente ridicate dupa o perioada de formare a unei membrane pe granulele materialului filtrant.

Cercetarile au analizat doua filiere tehnologice: conventionala cu post-oxidare cu ozon si adsorbtie pe CAG si o filiera cu ultrafiltrare. Se prezinta concluzii privind criteriile de alegere a filierei.

Introducere

Cercetarile experimentale au fost efectuate pe o apa subterana avand continut de amoniu (2 3 mg/l), hidrogen sulfurat (2 4.5 mg/l) si incarcare organica mare (25 30 mg KMnO4/l). Calitatea acesteia este prezentata in tabelul nr. 1.

Acestea au avut scopul de a identifica cea mai buna tehnologie pentru potabilizarea apelor cu continut de hidrogen sulfurat si azot amoniacal dar si cu incarcare organica ridicata.

- 25 -


Tabel 1. Calitatea apei brute.

Valori obtinute Nr. crt. Indicator U.M.

Rec. 1 Rec. 2 Rec. 3 Rec. 4 Rec. 5

Legea 458/2002

modificata si completata de Legea 311/2004

1 pH uniti 7.45 7.40 7.45 7.45 7.42 6.5 9.5 2 Temperatura 0C 14.8 14.5 14.2 15 15 - 3 Turbiditate NTU 114 19.7 6.2 3.04 7.9 5 4 Conductivitate S/cm 1339 1315 1396 1285 1044 2500 5 Sruri total

dizolvate mg/l (ca NaCl)

748 751 746 742 737 -

6 Alcalinitate mechiv/l 5 5.1 5.2 4.8 4.7 - 7 Duritate totala 0d 19.074 17.95 19.07 17.92 17.92 min.5 8 Duritate

permanenta 0d 5.074 3.67 4.51 4.48 4.76 -

9 Duritate temporar

0d 14 14.28 14.56 13.44 13.16 -

10 Calciu mg/l 64.12 64.12 72.14 56 56 - 11 Magneziu mg/l 43.74 38.88 38.88 43.74 43.74 - 12 Amoniu mg/l 2 2.5 2.96 1.2 2.4 0.5 13 Azotiti mg/l

- 26 -


0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

0 4 8 12 16 20

Doza clor (mg/l)

N - N

H4 (m

g/l)

N - amoniacalClor

Figura 1. Instalatie pilot Laborator alimentari cu apa U.T.C.B.

Au fost efectuate mai multe cicluri experimentale care au constat in:

preoxidare cu doze stoechiometrice de clor (doza de clor a fost determinata prin efectuarea curbei de clorare prezentata in figura 2), filtrare pe nisip cuartos, postoxidare cu ozon, filtrare pe carbune activ granular;

preoxidare cu clor si ultrafiltrare. Filierele tehnologice sunt prezentate in figura 3.

Au fost determinate atat concentatiile de hidrogen sulfurat, amoniu, substante organice cat si turbiditatea si concentratia de clor rezidual dupa fiecare treapta de tratare.

De asemenea a fost determinata concentratia de trihalometani pentru apa filtrata pe nisip cuartos si apa filtrata pe carbune activ granular data fiind posibilitatea formarii acestora in urma reactiei substantelor organice cu clorul.

Figura 2. Curba de clorare.

- 27 -


Apa bruta Hipoclorit de sodiu 18 mg Cl2/l Q =38 dm3/h

REZERVOR APA BRUTA

FILTRU RAPID DE NISIP vF = 6.0 m/h

BAZIN CONTACT Cl2 Tc=28 min.

FILTRU CAG 1 vF = 3.0 m/h

POST-OXIDARE CU OZON

FILTRU CAG 2vF = 3.0 m/h

Apa bruta Hipoclorit de sodiu 18 mg Cl2/l

Q =33 dm3/h

REZERVOR APA BRUTA

INSTALATIE ULTRAFILTRARE

BAZIN CONTACT Cl2Tc=30 min.

0

2

4

6

8

10

12

0.5 1.5 2.5 3.5

Treapta de tratare

Sub

stan

te o

rgan

ice

(mg

O2/

l)

CCO-MnCCO-Cr

AB

AFCAG1AFRN

AFCAG2

O30

10

20

30

40

50

60

70

0.5 1.5 2.5 3.5 4.5Treapta de tratare

Turb

idita

te (N

TU)

AB AFCAGAFRN

Apreox.

Figura 3. Filierele tehnologice pentru ciclurile experimentale.

Rezultate si discutii

Rezultatele determinarilor experimentale sunt prezentate in cele ce urmeaza.

In figura 4 este prezentata variatia concentratiei de sulfuri si hidrogen sulfurat pe filiera de tratare (a) respectiv variatia turbiditatii pe filiera de tratare (b). Se observa reducerea concentratiei de sulfuri si hidrogen sulfurat la concentratii de 0.02 mg/l pentru apa filtrata pe nisip de cuart fata de 0.1 mg/l conform Legii 458/2002 privind calitatea apei potabile. Oxidarea hidrogenului sulfurat este pusa in evidente si prin cresterea turbiditatii apei preoxidate cu clor datorita formatii sulfului coloidal. Datorita marimii de ordin coloidal a particulelor de sulf turbiditatea apei filtrate pe nisip este de 30 NTU. Aceasta ajunge la valori de 4 7 NTU dupa cca. 8 ore de filtrare, perioada in care se formeaza la suprafata stratului filtrant o pelicula de sulf. In figura nr. 5 sunt prezentate imagini la microscop cu pelicula de sulf formata la suprafata particulelor de material filtrant.

a. b. Figura 4. Variatia concentratiei de sulfuri si hidrogen sulfurat (a) si a turbiditatii (b) pe filiera de tratare

AB apa bruta; Apreox apa preoxidata cu clor; AFRN apa filtrata rapid pe nisip; AFCAG 1 apa filtrata pe carbune activ granular; AFCAG 2 apa filtrata pe carbune activ dupa oxidare cu ozon.

- 28 -


a. b.

Figura 5. Imagini la microscop ale perticulelor stratului filtrant inainte de filtrare (a) si dupa filtrare (b).

Coagularea cu o doza de 18 mg/l sulfat de aluminiu in amonte de filtrul rapid pe nisip a condus la turbiditati ale apei filtrate de 1 2 NTU.

In figura 6 este prezentata variatia concentratiei de azot amoniacal pe filiera de tratare (a) si variatia incarcarii organice (b).

Concentratia de azot amoniacal a scazut prin clorare la break-point si filtrare pe nisip cuartos de la 2.4 mg NH4+/l pentru apa bruta la 0.25 mg/l pentru apa filtrata pe nisip cuartos. In apa filtrata pe carbune activ concentratia de amoniu a fost de 0.17 mg/l pentru varianta fara post-oxidare respectiv 0.01 mg/l pentru varianta cu ozon in post-oxidare.

Concentratia de clor liber in apa filtrata pe nisip a fost de 3.5 mg/l iar concentratia de clor total 4.3 mg/l. Prin filtrare pe carbune activ s-a eliminat total clorul din apa.

Concentratia de substante organice determinata prin metoda cu permanganat de potasiu a scazut de la 26.2 mg KMnO4/l (6.55 mg O2/l) la 8.13 mg KMnO4/l pentru apa filtrata pe nisip respectiv 3.81 mg KMnO4/l pentru apa filtrata pe carbune activ granular. Dupa postoxidare cu ozon si filtrare pe carbune activ granular concentratia a fost 0.4 mg KMnO4/l.

O reducere semnificativa a inregistrat-o si consumul chimic de oxigen (CCO-Cr) de la 10.56 mg O2/l pentru apa bruta la 2 mg O2/l pentru apa filtrata pe nisip respectiv 1 mg O2/l pentru apa filtrata pe carbune activ granular. Apa post-oxidata si filtrata pe CAG a avut consum chimic de oxigen practic 0.

In tabelul 2 se prezinta concentratiile de trihalometani pentru apa filtrata pe nisip cuartos si apa filtrata pe carbune activ granular.

- 29 -


0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5

Am

oniu

(mg/

l)

AB

AFCAG1AFRN

AFCAG20

2

4

6

8

10

12

0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5

Subs

tant

e or

gani

ce (m

g O

2/l)

CCO-MnCCO-Cr

AB

AFCAG1AFRN

AFCAG2

a. b.

Figura 6. Variatia concentratiei de azot amoniacal (a) si a concentratiei de substante organice (b) pe filiera de tratare

AB apa bruta; AFRN apa filtrata rapid pe nisip; AFCAG 1 apa filtrata pe carbune activ granular; AFCAG 2 apa filtrata pe carbune activ dupa oxidare cu ozon.

Tabel 2. Concentratie trihalometani in apa filtrata pe nisip si apa filtrata pe carbune activ granular.

Valoarea Nr.crt. Compus UM

AFRN AFCAG1

Legea 458/2002 modificata si completata

de Legea 311/2004 1 Cloroform g/l 10 1.83 - 2 Bromdiclormetan g/l 15.44 15.45 - 3 Clordibrommetan g/l urme urme - 4 Bromoform g/l absent absent -

TOTAL THM g/l 25.44 17.28 100 In cazul preoxidarii cu clor la break-point urmata de ultrafiltrare rezultatele analizelor efectuate au pus in evidenta urmatoarele:

eficiente de reducere a sulfurilor si hidrogenului sulfurat peste 99%; concentratiile au fost sub limita de detectie a aparatului;

eficiente de reducere a azotului amoniacal de peste 99%; concentratia de amoniu in efluent a fost de 0.01 mg/l fata de 2.4 mg/l pentru apa bruta;

concentratia de clor liber in apa filtrata a fost de 0.4 0.5 mg/l iar concentratia de clor total 0.8 0.9 mg/l; aceasta pune in evidenta faptul ca toata cantitatea de clor introdusa in apa a reactionat cu hidrogenul sulfurat si cu azotul amoniacal;

eficientele de reducere a incarcarii organice au fost de peste 90% atat pentru CCO-Mn cat si pentru CCO-Cr;

calitatea efluentului a fost foarte buna chiar de la inceputul procesului de filtrare si s-a mentinut constanta in timp;

comparativ cu ciclurile experimentale anterioare calitatea apei a fost superioara si constanta in timp.

Au fost recoltate probe la intervale de 30 min. iar rezultatele sunt prezentate in tabelul 3.

- 30 -


Tabel 3. Calitatea apei filtrate pe membrana.

Nr.crt. Indicator U.M. Rec. 1 Rec. 2 Rec. 3 Rec. 4 Rec. 5 Rec. 6 1 Turbiditate NTU 0.08 0.07 0.07 0.05 0.05 0.05

2 Sulfuri si hidrogen sulfurat

mg/l < 0.001 < 0.001 < 0.001 < 0.001 < 0.001 < 0.001

3 Amoniu mg/l 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 4 Clor liber mg/l 1.82 1.4 0.51 0.50 0.42 0.40 5 Clor total mg/l 3.2 2.03 0.96 0.85 0.82 0.85 6 Substante

organice mg KMnO4/l 2.84 2.53 2.53 1.96 1.96 1.96

7 CCO - Cr mg O2/l 0.96 1.01 0.96 0.96 0.92 0.9

Concluzii

In urma analizei rezultatelor experimentelor efectuate se poate concluziona:

hidrogenul sulfurat se poate indeparta cu eficienta ridicata ( 100%) prin oxidare cu clor si filtrare;

procesul de filtrare pe nisip nu conduce la eficiente ridicate de reducere a turbiditatii dat fiind faptul ca sulful este sub forma coloidala; apa filtrata pe nisip nu se incadreaza in limitele Legii 458/2002 privind calitatea apei potabile modificata si completata de Legea 311/2004 la indicatorul turbiditate; se impune o treapta de decantare dupa pre-oxidare; sunt recomandate decantoarele tip recirculator care asigura incarcari de 4 5 m3/h.m2 cu timp de sedimentare de 1 h; prin aceasta se vor reduce incarcarile in treapta de filtrare rapida;

azotul amoniacal poate fi indepartat prin clorare la break-point astfel incat sa se evite obtinerea unui efluent care sa contina cloramine; doza de clor necesara este identica cu cantitatea stoechiometrica necesara reactiilor cu hidrogenul sulfurat si amoniul;

concentratia de substante organice s-a redus semnificativ: eficiente de 70% 80% dupa filtrarea pe nisip, respectiv 98 100% dupa post-oxidare cu ozon si filtrare pe CAG.

filtrarea pe membrane (ultrafiltrarea) a apei preoxidate cu clor a condus la o calitate foarte buna si stabila in timp a efluentului; apa filtrata pe membrane se incadreaza in limitele impuse de Legea 458/2002 privind calitatea apei potabile completata si modificata de Legea 311/2004.

in figura 7 sunt prezentate comparativ eficientele de reducere a parametrilor monitorizati pentru: apa pre-oxidata cu clor si filtrata pe nisip cuartos (AFRN); apa pre-oxidata cu clor, filtrata pe nisip cuartos si apoi pe carbune activ granular (AFCAG 1); apa pre-oxidata cu clor, filtrata pe nisip cuartos post-oxidata cu ozon si apoi filtrata pe carbune activ granular (AFCAG2); apa pre-oxidata cu clor si filtrata pe membrane (ultrafiltrata) AFM.

- 31 -


40

50

60

70

80

90

100

H2S NH4 CCO-Mn CCO-Cr

Efic

ient

a de

redu

cere

fata

de

apa

brut

a (%

)

AFRNAFCAG 1AFCAG 2AFM

S2- si H2S CCO-CrCCO - MnNH4+

Figura 7. Eficiente de reducere a concentratiilor principalilor parametrii fata de concentratia in apa bruta.

Apreciem ca schema tehnologica cu module UF este de reinut avnd in vedere urmatoarele:

prezinta cele mai bune performante in asigurarea apei filtrate; beneficiaza de automatizare totala la livrare si simplifica mult procesele de

operare;

din punct de vedere economic, odata cu reducerea costurilor membranelor, costurile de investitie sunt in avantajul acestora, astfel:

pentru statii de mica capacitate (sub 8500 m3/zi), valoarea de investitie nu depaseste 7500 /1 dm3/s pentru tehnologia cu membrane in timp ce tehnologiile conventionale ating 12000 /1 dm3/s;

costurile de operare in etapa actuala sunt mai mari pentru tehnologiile care utilizeaza membrane (0.11 0.12 /m3 apa fata de 0.075 0.08 /m3 apa pentru tehnologiile conventionale).

Bibliografie AWWA Water quality and treatment, Fifth Edition, McGraw Hill, New York, USA, 1999. Degremont - Memento Technique de lEau, Lavoisier, Paris, 1989. Taylor, J.S., Wiesner, M. Membranes, In Water Treatment Membrane Process, Mallevialle, J., Odendaal,

P.E., Wiesner, M.R. (ed) McGraw-Hill, New York,. pg.11.1 11.70 (1996). Taylor, J.S., Wiesner, M. Mallevialle, J., Odendaal, P.E., Wiesner, M.R. Water Treatment Membrane

Process, McGraw-Hill, New York, USA, 1996. Desjardins, R. Le traitement des eaux - Editions de lEcole Polytechnique de Montreal, 1990. E.D.H. Guideliness for Canadian Drinking Water Quality, 1993.

- 32 -


IMBUNATATIREA CALITATII APEI CU CONTINUT RIDICAT DE NITRATI IN SISTEMELE DE ALIMENTARE CU APA DIN MEDIUL

RURAL DIN JUD. CONSTANTA.

Dr. Ing. Nicolaie Pitu,

Consilier tehnic la S.C. RAJA S.A. Constanta

Cuvinte cheie: alimentare cu apa, captare din acvifer, reducerea nitratilor.

Summary

An increase of nitrate content in the underground waters used in the rural water supply systems and even in the large urban systems, above the limits foreseen by Law no.458/2005 on drinking water quality, was noticed in the last years, leading to the measure of stopping the exploitation of some underground catchments by the sanitary authorities and their abandonment.

The article presents data related to the nitrate content increase in the rural water supply systems from Constanta County. The spreading of nitrate content in the aquifers developed in Constanta County, where catchments of the centralized water supply systems by means of boreholes have been executed, is analyzed. Furthermore the factors which determined the increase of nitrate concentration of the underground waters, the evolution of the nitrate concentration in time and the measures to be taken for hydro- geological protection of the catchments and of the aquifers exploited are approached.

Solutions for quality improvement of the water distributed through rural centralized systems are proposed depending on the hydro-geological conditions of each area, the water demand of each locality, the nitrate concentration, as follows: new catchment works for good quality high depth aquifers; connecting the water supply system to a neighbour water source; installing treatment equipments for nitrate reduction, the solution being chosen also considering the investment and operational costs and assurance of the stability in time of the drinking water quality.

Given the nitrate concentration increase in the underground waters in general and in the underground water catchments in particular, registered at country level, the experience and the solution proposed and partially implemented in Constanta could be detailed and used also in other areas of the country.

Date generale

In ultimii ani s-a constatat prezenta in apa potabila distribuita intr-o serie de localitati din judetul Constanta a unui continut peste limitele admise de Legea nr. 458/2002 privind calitatea apei potabile, cu risc de imbolnavire a populatiei.

Asemenea cresteri au fost inregistrate in peste 30 localitati din judet, situatie sesizata de organele sanitare judetene (A.S.P.J). La o parte din localitati s-a dispus intreruperea utilizarii surselor de apa subterana si gasirea unor solutii pentru alimentarea cu apa a acestor localitati, cu apa de calitate corespunzatoare. Astfel au fost scoase din functiune captarile de apa Credinta, care asigurau alimentarea cu apa a localitatior Cobadin,

- 33 -


Credinta si Ciobanita, captarea Mosneni, precum si a captarilor Casicea, Conacu si Negresti, care asigurau alimentarea cu apa a localitatilor respective.

In scopul fundamentarii unor investitii pentru imbunatatirea calitatii apei potabile din localitatile in care s-a constatat prezenta in cantitati mari, peste limitele admise a nitratilor, la nivelul judetului au fost realizate Studii de oportunitate pentru reducerea nitratilor din apa potabila care asigura alimentarea cu apa a acestor localitati, asigurand prin CJC si fondurile necesare, care au fost repartizate primariilor cu probleme privind calitatea apei potabile in sistemele centralizate.

In afara monitorizarii calitatii apei din sursele proprii, S.C. RAJA S.A. Constanta a initiat un program de recoltari de probe de apa din numeroase captari din judet, care asigura alimentarea cu apa a unor localitati rurale.

In analiza calitatii apelor subterane din jud. Constanta au fost luate in consideratie si concluziile din Studiul pilot asupra acviferului din Dobrogea, necesar in sprijinirea implementarii directivelor de mediu ale CE 2000/60/CE (Directiva cadru pentru apa) si 1999/31/CE (Directiva privind depozitarea deseurilor), intocmit de Institutul Geotehnic Norvegian, in colaborare cu Universitatea din Bucuresti

Studiul de fata isi propune sa faca o analiza a raspandirii nitratilor in apele subterane din judetul Constanta tinand seama de conditiile geologice si hidrogeologice existente si pe baza concluziilor din studiile de oportunitate intocmite de primarii, si a studiilor intocmite de alte unitati de specialitate, inclusiv de RAJA S.A. Constanta.

Date privind sistemele de alimentare cu apa din judetul Constanta.

In judetul Constanta alimentarea cu apa potabila a localitatilor se face aproape exclusiv din surse subterane. Sigurele localitati care utilizeaza apa de suprafata pentru alimentarea cu apa sunt Cernavoda si partial orasele Constanta si Navodari cu 10% din necesar.

In judet sunt cca. 100 captari de apa subterana, cu unul sau mai multe puturi forate insumand un total de peste 300 puturi forate, cu o capacitate instalata de cca. 8.800 l/s, din care administrate de RAJA Constanta 30 captari insumand 210 puturi si o capacitate instalata de cca. 8.300 l/s.

Captarile din complexul acvifer barremian-jurasic de adancime au ponderea cea mai mare reprezentand cca. 70% din capacitatea instalata la nivelul judetului. Captarile de apa din acviferul sarmatian de medie adancime reprezinta cca. 26% din capacitatea instalata, iar captarile din acviferele cuaternare freatice de mica adancime cca. 4% din capacitatea instalata.

Cadrul natural regional

Judetul Constanta cuprinde doua unitati geomorfologice distincte, separate de o linie tectonica majora - falia Capidava-Ovidiu, respectiv unitatea geomorfologica a Dobrogei Centrale la nord de falia Capidava-Ovidiu si unitatea geomorfologica a Dobrogei de Sud, la sud de fale pana la granita bulgara.

Cele doua unitati reflecta structura geologica a zonei, cu implicatii importante asupra conditiilor hidrogeologice si a surselor de alimentare cu apa ale fiecarei zone.

Partea de nord a judetului are aspectul unui platou, a carui altitudine descreste de la N la S si catre Marea Neagra.

- 34 -


Dobrogei de Sud prezint o cretere continu a altitudinii, cuprinzand Podiul Cobadin, cu altitudini cuprinse ntre +100 i +140 m si Podiul Negru Vod n vecintatea frontierei bulgare, cu altitudini de +150, +180 m.

Inaltimi mai reduse se intalnesc in zona culuarului Carasu si in sectoarele laterale, in est Podisul Litoralului, cu altitudini de pana la +70,+80 m, iar in vest Podiul Dobrogei dunrene, atingnd cote de maximum +80, +100 m

Dobrogea in general si judetul Constanta in special, au o retea hidrografica saraca. Majoritatea vailor au o curgere temporara, influientata si de regimul de precipitatii scazut care caracterizeaza aceasta zona.

Din analiza sumara a principalilor factori meteorologici care dau caracteristicile climatice, se poate considera ca judetul Constanta, este caracterizat printr-un climat temperatcontinental, cu veri calduroase si ierni reci, mai atenuate in zona litorala, cu temperaturi medii anuale de 10-11 gr.C, cu precipitatii medii anuale de 350-450 mm si cu vanturi cu frecventa maxima din sectorul nordic si cu viteze medii ce depasesc 4-5 m/s.

Caracterizarea geologica si hidrogeologica

Dobrogea centrala este caracterizata prin prezenta sisturilor verzi in fundament, acoperite de depozite cuaternare loessoide sau aluvionare pe vai pe cea mai mare suprafata si cateva petice de calcare pe suprafete reduse ca extindere.

Sisturile verzi fiind roci impermeabile, apele subterane sunt cantonate in depozitele cuaternare loessoide si in depozitele aluvionare ale raurilor, fiind alimentate din precipitatii sau din sistemele de irigatii in perioada in care acestea au functionat. Acviferul este lipsit de continuitate, capacitate redusa si cu o variatie insemnata a chimismului apei, si continut ridicat in saruri in general si in nitrati in special. Este insa aproape singura sursa de alimentare cu apa pentru localitatile din aceasta zona.

In Dobrogea de sud, regiune care acopera o suprafata de aproximativ 5000 km2, sunt larg raspandite formatiunile din Mezozoic si Neozoic, cuprinzand cateva cicluri de sedimentare separate de discordante aproape orizontale. Doar cateva dintre aceste formatiuni sunt importante din punct de vedere hidrogeologic: sedimentele carbonate din Jurasicul tarziu - Cretacicul timpuriu cu o grosime intre 400-1200m pe ansamblul zonei si care reprezinta principalul acvifer; calcarele Eocene si sedimentele Sarmatiene care au alcatuit un acvifer de mica adancime.

Distributia spatiala eterogena a formatiunilor mezozoice, impreuna cu variatia mare a profilelor, sugereaza un proces de sedimentare intr-o zona activa tectonic, care s-a divizat in blocuri cu pozitii diferite pe durata evolutiei geologice. Granitele blocurilor, delimitate de falii aproape verticale, au evoluat prin miscari succesive care au avut loc in fazele tectonice din Cretacic si Paleogen.

- 35 -


Fig. 2.1. Harta structurala a Dogrogei de sud.

Harta structurala prezentata in fig. 2.1 arata blocurile separate de catre doua sisteme

de falii orientate VNV-SSE si NNE-SSV. Faliile din primul tip, paralele cu falia importanta Capidava-Ovidiu, au fost mai active, prezentand si deplasari pe orizontala. Fundamentul de roci cristaline este abrupt, coborand spre vest (Dunare), generand o crestere semnificativa a grosimii complexului de carbonati (peste 1000m), cu orientare ascendenta spre NE (zona de nord a Constantei) si coborand spre sud si est (de-a lungul litoralului).

Acviferul inferior (de adancime)

In complexul de carbonati din Jurasicul tarziu-Cretacicul timpuriu exista un sistem acvifer regional, ce acopera intregul Platou Moesian. Caracteristicile hidraulice ale acestui acvifer sunt :

- Directia principala de curgere este V-E. Descarcarea in Marea Neagra are loc in special in zona orasului Constanta, prin blocurile delimitate de faliile Capidava-Ovidiu si Cernavoda-Constanta (zona Lacului Mamaia).

- Principala zona de realimentare se afla pe teritoriul Bulgariei.

Valorile permeabilitatii acviferului variaza intre zeci sau sute pana la peste 150.000 m2/zi. Inclinarea hidraulica este, de obicei, mai mica de 0.05%. Conductivitatea hidraulica este de regula mai mare de 102 km/zi, iar coeficientul de inmagazinare variaza intre 10-3 si 10-4.

- Principala directie de curgere este S-N si devine V-E langa falia Capidava-Ovidiu si in blocul Costinesti-Mangalia. Centrul natural de drenare este reprezentat de catre Marea Neagra prin Lacul Mamaia (in principal) si zona mlastinoasa de la nord de Mangalia (in secundar). Realimentarea sistemului acvifer este realizata din zona S, V si SV.

- Acviferul este inchis pe 60% din suprafata sudului Dobrogei. In partea de vest si sudul orasului Cernavoda exista o zona ce prezinta conditii pentru deschidere. Acolo acviferul poate fi direct influentat de precipitatii, infiltratii din sistemele de irigare si scurgeri din acviferul superior.

- 36 -


Fig. 2.2. Acviferul superior (de mica adancime)

In jumatatea estica a partii de sud a Dobrogei, stratul de calcare Sarmatiene formeaza

o placa cu o grosime de pana la 150 m. Acviferul cantonat in calcarele sarmatiene reprezinta principala sursa de alimentare cu apa pentru zona de coasta de la sud de Eforie. Dezvoltarea acestui acvifer este controlata de existenta unui strat impermeabil de creta Senoniana. Spre S si SE, formatiunile permeabile Sarrmatiene si Eocene formeaza un acvifer unitar.

- Acviferul cu nivel liber Sarmatian se alimenteaza din precipitatii si pierderi difuze din sistemele de irigatii;

- Principala zona de drenaj este Marea Neagra prin sistemul de lacuri ce se afla de-a lungul tarmului si in partea de sud a orasului Constanta;

- Parametrii hidrogeologici sunt: panta hidraulica de la 0,9% (in zona Lacului Techirghiol) la 0,14% (in zona de sud); permeabilitate de la 50 la 2000m2/zi, cu valori locale de 5000m2./zi.

- Creta Senoniana si nisipul Cenomanian se comporta ca un strat impermeabil, despartind hidrodinamic cele doua acvifere;

Sistemul regional acvifer din sudul Dobrogei reprezinta cel mai important rezervor de apa potabila de buna calitate din Romania. El asigura alimentarea cu apa localitatilor rurale si urbane din aceasta zona, a unor importante obiective socio-economice si a zonelor turistice de pe tarmul Marii Negre.

Dezvoltarea accelerata a regiunii a dat nastere la numerosi factori care exercita presiuni asupra cantitatii si calitatii resurselor de apa subterana: Canalul Dunare-Marea Neagra, Centrala nucleara Cernavoda, vastul sistem de irigatii care a functionat in ani trecuti, la care se adauga depozite necontrolate de deseuri menajere si zootehnice, lipsa sistemelor de canalizare si epurare a apelor uzate in special in mediul rural.

Pe baza analizelor chimice realizate in ultimii 30 de ani, apa subterana din sistemul acvifer din sudul Dobrogei poate fi caracterizat dupa cum urmeaza:

- 37 -


acviferul J-K = bicarbonat, tip calciu-magneziu cu temperaturi de 20-26 C; mineralizarea totala variaza intre 300 si 1000mg/l iar duritatea totala este intre 8-26 grade .

acviferul Sm = in principal calciu-bicarbonat, cu o mineralizare totala de aproximativ 1g/l. Local, langa tarm, continutul de ioni Cl- si Na+ este mai ridicat (apa devine de tip clorura de sodiu si mineralizarea poate depasi 4 g/l). In zona mlastinei Mangalia, datorita relatiei cu acviferul de adancime, apa a devenit sulfuroasa.

Colectarea si prelucrarea datelor

In vederea stabilirii raspandirii continutuilui de nitrati in apele subterane din judetul Constanta, au fost analizate datele existente in evidenta S.C. RAJA S.A. Constanta care monitorizeaza calitatea apei la sursele subterane exploatate de aceasta, precum si analize chimice ale apei din foraje administrate de primarii.

Au fost prelucrate un numar de 360 analize chimice din 160 puturi din 119 captari subterane, probe prelevate in a doua jumatate a anului 2007, o parte din ele monitorizate in perioada 2000-2007, inclusiv situatia nitratilor la executia forajelor. Pentru o mai corecta analiza a continutului de nitrati in apele subterane, prelucrarea datelor existente a fost grupata pe acviferele importante existente in judet si care asigura in prezent alimentarea cu apa potabila a localitatilor din judetul Constanta. Aceste acvifere sunt :

- acviferul jurasic avand raspandire aproape continua in Dobrogea de Sud, si izolat in zona Harsova si fasia Targusor-Gura Dobrogei (65 analize din 39 puturi din 28 captari);

- acviferul cretacic avand raspandire aproape continua in Dobrogea de Sud (24 analize din 24 puturi din 19 captari);

- acviferul sarmatian avand o dezvoltare continua in partea de de sud-vest a judetului (188 analize din 48 puturi din 16 captari) ;

- acviferul cuaternar avand o dezvoltare aproape continua in partea de nord a judetului, in zona sisturilor verzi dar si in lunca Dunarii in zona Ostrov si vadu Oii-Ciobanu (84 analize din 48 puturi din 28 captari).

Analiza continutului de nitrati se refera mai putin la captarile de apa din acviferul de adancime din depozitele jurasice respeciv captarile Caragea Dermen, Cismea, Basarabi si Medgidia, care alimenteaza municipiul Constanat si Medgidia in care apa are un continut scazut de nitrati si in care in perioada de peste 30-40 ani de exploatare nu s-au constatat modificari importante in continutul de nitrati.

Analiza continutului de nitrati in apele subterane a cuprins in special captarile mici din judet care asigura alimentarea cu apa a majoritatii localitatilor rurale din judet, captari vulnerabile la poluarea cu nitrati, dar si la captarile importante din Sarmatian, din partea de sud a litoralului, si in care se constata cresteri, uneori semnificative, a continutului de nitrati.

- 38 -


Fig. 3.1. Puncte de monitorizare a continutului de nitrati in acviferele subterane

din judetul Constanta

Din graficele 3.1. prezentate mai jos, se desprin urmatoarele concluzii :

a. in acviferul jurasic:

NO3mg/l

- 50

100 150 200 250 300

Alim

an

Ban

easa

Cer

navo

da

Chi

rnog

eni

Cio

bani

ta

Cio

carli

a

Cor

bu d

e S

us

Cuz

a V

oda

Del

eni

Gen

.Sca

risor

eanu

Har

sova

Inde

pend

enta

Ivrin

ezu

Mar

e

Lipn

ita

Med

gidi

a-E

dilm

ed

Med

gidi

a-R

AJA

Mirc

ea V

oda

Olti

na

Pes

tera

Pie

treni

Plo

peni

Poi

ana

Ras

ova

Sili

solutii pentru sisteme de alimentare cu apa si canalizare in localitatile pana la 10000 locuitori

Documents