statii de epurare - tratarea namolurilor

8/11/2019 Statii de Epurare - Tratarea Namolurilor

1/21

Universitatea Tehnic din Cluj- NapocaFacultatea Stiina i Ingineria MaterialelorCatedra Ingineria Mediului Procedee i Echipamente de Epurarea Apelor suport curs

1

IV. Staii de epurare (continuare)

D. Tehnologii i echipamente pentru tratarea nmolurilor

4.1. Aspecte generale;4.2. Principalele caracteristici ale nmolurilor4.3. Procedee de prelucrare a nmolurilor4.4. Valorificarea i evacuarea final a nmolurilor

4.1. Aspecte generale;Procesul de epurarea apelor uzate, conduce la reinerea i formarea unor cantiti importante de nmoluri ce

nglobeaz substane poluante i substane inerte.Procedeele de tratare a nmolurilor sunt foarte diverse i ca urmare nu se pot stabili reete i tehnologiiuniversal valabile, ci pentru fiecare staie de epurare trebuie studiate caracteristicilor nmolurilor supuse

prelucrrii.La baza tuturor procedeelor de tratare a nmolurilor stau dou procese tehnologice distincte i anumestabilizarea nmolurilor prin fermentare i deshidratarea nmolurilor. ntre aceste dou procedee principale pots apar diverse variante sau combinaii de procedee a cror aplicare se face difereniat n funcie decondiiile locale, cantitatea i calitatea nmolurilor, existenta unor terenuri pentru amplasarea instalaiilor iplatformelor de uscare si depozitare, sau destinaia nmolurilor etc.Clasificarea procedeelor de tratarea nmolurilor se poate face dup mai multe criterii i anume: criteriul reducerii umiditii; criteriul diminurii componentei organice;

criteriul costurilor de prelucrare.

n tabelul 1 se prezint o clasificare dup primul criteriu, cel al reducerii umiditii care permite mbinarea

diferitelor procedee n schemele tehnologice ale staiilor de epurare.

Tabelul 1. Clasificarea procedeelor de tratare a nmolurilorGrupa declasificare Procedeul de prelucrare

A.Condiionare

1.Fermentare anaerob sau aerob2.Ingroare gravitaional sau prin flotare3.Condiionare chimic4.Condiionare termic

B. Deshidratare pn la umiditatea de 50 - 80%

1.Iazuri de nmol2.Paturi de deshidratare3.Deshidratare mecanic - static4.Deshidratare mecanic dinamic

C. Deshidratare sub 26% umiditate Deshidratarea termicImprtiere pe teren

D.Prelucrare final n vederea reintegrrii nmediul natural i al valorificrii

IncinerareCompostare mpreun cu deeuri vegetaleAgent de condiionare a soluluiHalde permanenteAcumulare pentru valorificare ulterioar

Procedeele menionate n prima grupa se consider ca fiind de fapt o etap de pretratare a nmolurilor nvederea reducerii ntr-o limita mai redus a umiditii, dar pot aprea modificri a structurii nmolului.


2/21


2

In a doua grup sunt cuprinse procedee de deshidratare natural: mecanic, cu o reducere semnificativumiditii nmolurilor. Procedeele din aceast grup, de regul se combin cu cele din prima grupa deprocedee.

n a treia grup de procedee sunt incluse procedeele care conduc la reducerea avansat a umiditii nmolului(pn la o umiditate de 25%) unele dintre ele constituind chiar soluii finale de prelucrare.

Din ultima grup fac parte procedeele de prelucrare final care trebuie sa asigure fie reintegrarea nmolului nmediul nconjurtor fr al polua, fie valorificarea potenialului de fertilitate n agricultur.In urma analizei tabelului de mai sus putem concluziona c procedeele de prelucrare conduc la obinereaurmtoarelor tipuri de nmoluri sau reziduuri:

nmol stabilizat (aerob sau anaerob); nmol deshidratat (natural sau artificial);

nmol igienizat (prin pasteurizare, tratare fizico-chimic sau compostare);

nmol fixat, rezultat prin solidificare n scopul imobilizrii compuilor toxici; cenu, rezultat din incinerarea nmolurilor.

In mod normal n prezent, nmolurile proaspete din staiile de epurare urbane, sunt prelucrate n prealabil prinfermentare anaerob (obinndu-se biogaz), dup care urmeaz procesele de deshidratare natural sau

artificial i n final valorificarea lui n agricultur, ca fertilizator, dar numai dac corespunde din punct devedere bacteriologic. Prin fermentare anaerob are loc i o mineralizare a substanelor organice, care devininofensive fa de mediu i se obine biogaz de fermentaie. In cazul staiilor de epurare de mici dimensiuni,pentru reducerea costurilor investiionale, se recomand utilizarea fermentrii aerobe.

4.2. Principalele caracteristici ale nmolurilor

Nmolurile care se formeaz n staiile de epurare n funcie de etapa n care se formeaz se pot clasificaastfel:

nmol primar, rezultat din treapta I de epurare, respectiv epurarea mecanic;

nmol secundar, rezultat din treapta de epurare biologic (nmol activ recirculat, nmol activ nexces, nmol din pelicul biologic);

nmol amestecat (mixt), rezultat din amestecul de nmol primar cu nmol activ n exces; nmol de precipitare, rezultat din epurarea fizico- chimic a apei uzate prin adaos de ageni de

neutralizare, precipitare, coagulare-floculare.

n funcie de compoziia chimic, nmolurile pot fi: nmoluri cu compoziie predominant anorganic, care conin peste 50% substane minerale (n

substan uscat); nmoluri cu compoziie predominant organic, care conin peste 50% substane volatile (n substan

uscat).

Cantitile de nmol ce se rein n diferite trepte epurare a apelor uzate variaz de la o staie la alta, n funciecaracteristicile fizio-chimice ale apei uzate, de procedeul de epurare aplicat i gradul de epurare realizat.

n staiile de epurare urbane, cantitatea de nmol se poate calcula cu o bun aproximaie n funcie denumrul de locuitori, de consumul specific de ap, de gradul de confort edilitar al locuinelor etc. Pe baza unorcercetri ndelungate realizate de ctre K. Imhoff i publicate n anul 1990, asupra unor localiti din Germaniacare au realizat canalizarea n sistem separativ, s-au putut stabilit anumite valori medii specifice de nmolrezultate n staiile de epurare. Rezultatele sunt prezentate n tabelul 2 i3.


3/21


3

Tabelul 2. Compoziia nmolurilor nefermentate

Tipul nmoluluiMaterii solide

totaleg/loc-zi

Partea orga-nic

%

Materii solide% Umiditatea%

Cantitate de nmoldm3/loc-zi

A. Nmol proaspt A b c D1000

100

c

a

1. Din decantoare primare 54 38 5-10 90-95 0,722. Din decantoaresecundare dup biofiltrare

10-20 6-12 4-8 92-96 0,25

3. Din decantoaresecundare dup bazinele deaerare

20-30 15-23 0,5-2,5 97,5-99,5 1,7

Pentru calcul s-a avut n vedere un consum specific de ap din Germania de 150 l/loc-zi, n timp ce nRomnia consumul este de circa 80 l / loc. zi. Aceste cantiti specifice de nmol, pot fi considerate orientativedeoarece ele variaz n funcie de:

compoziia apelor uzate i numrul treptelor de epurare;

procentul de ape uzate industriale colectat n canalizarea urban; cantitatea de nmoluri crete n cazul n care n reeaua de canalizare ptrund i apele pluviale.

Tabelul 3. Compoziia nmolurilor fermentate

Tipul nmoluluiMaterii

solide totaleg/loc-zi

Parteaorganic %

Materiisolide % Umiditatea%

Cantitate de nmoldm3/loc-zi

B. Nmol fermentat A b c D1000

100

c

a

1. nmol primarfermentat 34 17 5-12 89-95 0,40

2. amestec cu nmoldup biofiltrare

40-48 20-24 5-10 90-95 0,60

3. amestec cu nmoldup bazine de aerare

48-60 24-30 4-8 92-96 0,90

Din tabelul 3. rezult c n urma fermentrii substanelor organice din nmoluri, prin conversia materiilororganice n gaze i ap, volumul se reduce cu 1/3 fa de volumul nmolului proaspt.Pentru caracterizarea nmolurilor literatura de specialitate apeleaz la indicatori generali (umiditate, greutatespecific, pH, raport mineral - volatil, putere caloric etc) precum i la indicatorii specifici; (substanefertilizante, detergeni, metale grele, uleiuri i grsimi etc), n funcie de compoziia apei uzate.Datorit naturii complexe a nmolurilor, indicatorii generali i specifici nu sunt suficieni pentru a caracteriza untip de nmol i de aceea se mai utilizeaz ali parametri ce caracterizeaz modul de comportare a nmolurilor

n anumite faze ale procesului de prelucrare, cum sunt: fermentabilitate, filtrabilitale, compresibilitate,flotabilitate etc.

A. Caracteristici fizicePrincipalele caracteristici fizice care prezint interes n procesele de prelucrare a nmolurilor sunt urmtoarele:

1. Culoarea i mirosul care furnizeaz primele informaii asupra strii nmolului. Nmolurile proaspete dindecantoarele primare sunt de culoare cenuie deschis i au un miros aproape imperceptibil. Ele conin resturimenajere i intr uor n fermentaie i produc gaze cu mirosuri neplcute (hidrogen sulfurat). Nmolurilebiologice din decantoarele secundare reinute dup procesul de trecere a apei uzate prin filtrele biologice au oculoare maronie, iar la cele de dup bazinul de tratare biologic cu aerare (nmolul activat), culoarea acestoravariaz de la galben - brun, brun - cenuiu pn la brun nchis, n funcie de speciile bacteriene predominante.Mirosul nmolului activat proaspt, bine aerat, este un miros slab, de humus; nmolul activat ncepe smiroase a substan organic n descompunere numai n cazul n care concentraia de oxigen din ap este


4/21


4

insuficient pentru a menine condiii aerobe de procesare, sau forma bazinelor permite acumularea nmoluluiactivat n locuri lipsite de o bun oxigenare (de ex. n colurile bazinului de aerare, marginea decantorulsecundar etc). Nmolurile care au fermentat complet au o culoare neagr (datorit sulfurii de fier) i miros degudron.

2. Umiditatea sau coninutul de apvariaz n limite foarte largi, n, funcie de natura nmolului (mineral sau

organic), de treapta de epurare din care provine (primar, secundar, de precipitare etc). Umiditatea nmoluluise exprim n procente i se determin n laborator prin uscare n etuv la temperatura de 1050C, sau cuajutorul analizorului de umiditate (UMIDOTEST).Umiditatea nmolurilor provine din urmtoarele feluri de ap: liber (existent ntre particulele solide), legatcoloidal prin tensiuni superficiale de particulele coloidale din nmol, legat capilar i higroscopic. Reducereavolumului de nmol pe seama eliminrii apei i a schimbrii structurii nmolului, constituie elementul de baz

n tratarea nmolurilor. Variaia de volum, ca urmare a schimbrii umiditii, se poate determin cu relaia:

2

1

100

100

U

UV

= ;

In care U1, U2sunt umiditile nmolului nainte i dup uscare, n %.

3. Greutatea specifica nmolului depinde n mare msur de greutatea specific a materiilor solide pe carele conine, de umiditatea lor i de proveniena nmolului din cadrul staiei de epurare, n sensul c nmolulprimar brut are o greutate specific de 1,004- 1,010 t/m3, nmolul activat n exces are valori mai mici, n jur de1,00 t/m3 i dup ngroare, 1,003 t/m3. Pentru calcule mai puin precise dac umiditatea medie a nmolurilordepete 90% se poate considera greutatea specific a nmolurilor egal cu cea a apei.

4. Filtrabilitateaeste o proprietate important a unui nmol i reprezint proprietatea acestuia de a ceda apaprin filtrare i se exprim, cantitativ, prin rezistena specific la filtrare (r, n cm/g) i coeficientul decompresibilitate (s).Pentru determinarea rezistenei specifice la filtrare se utilizeaz ecuaiile lui Poiseuille i Darcy pentrucurgerea fluidelor prin medii poroase capilare, dar cu modificrile propuse de Kozeny i Caraman pentrunmoluri.

5. Puterea caloric a nmoluluivariaz n funcie de coninutul n substan organic (substane volatile). Sepoate determina experimental sau aproximativ cu ajutorul relaiei empirice:

4.44=SvPCn n care:

PCn- puterea caloric net;Sv - coninutul n substane volatile.

Experimental, puterea caloric se determin cu ajutorul bombei calorimetrice. Nmolurile primare caracterizatede o concentraie ridicat n substane organice au o putere caloric mai mare fa de nmolurile fermentate,aa cum rezult i din tabelul 4.

Tabelul 4. Puterea calorific a diverselor nmoluri

Putere calorific n kJ/kg nmolNatura nmolului Materii solide%

Materii volatile% Experimental Calculat

Nmol primar 7,7 63,3 17.400 16.500Nmol slab fermentat 4,5 52,2 13.400 13.600Nmol bine fermentat 9,2 40,8 11.100 10.600Nmol foarte bine fermentat 9,6 30,6 6.800 8.000


5/21


5

B. Caracteristici chimice

1. Valoarea pH-uluivariaz pe parcursul desfurarea procesului de fermentare metanic a nmolului, dartrebuie s fie cuprins ntre 7 - 7,5 ; adic un proces slab alcalin.2. Substane solide totale. Nmolurile conin, n medie, peste 90% ap, restul fiind substane solide care, dinpunct de vedere chimic, pot fi substane minerale i substane organice (volatile).

Determin compuilor de natur organic (volatil) din reziduului fix, obinut dup uscarea unei probe denmol la 1050 C, se face prin calcinarea acesteia la temperatura de 5500C. Un nmol primar conine 95 - 97%ap i 3- 5% substan solid, din care circa 70% reprezint partea volatil (V). Dac acest nmol este apoifermentat, partea organic se reduce cu 40 - 50%, iar partea mineral (M) crete cu 60 - 65%.

Indicatorul mineral i volatil n substan uscata constituie un criteriu de clasificare a nmolurilor, astfel: nmolul organic prezint M/V < 1; iar cel anorganic prezint M/V > 1.

Acest criteriu constituie baza de selecie a procedeelor de prelucrare, ntruct un nmol organic esteputrescibil i se are n vedere mai nti stabilizarea sa, mai ales pe cale biologic (fermentare aeroba sauanaerob), pe cnd un nmol anorganic se prelucreaz prin procedee fizico-chimice (solidificare, extracie decomponente utile etc).

3. Fermentabilitatea Aceast proprietate a nmolurilor se determin prin analiza fermentrii unui nmolproaspt n amestec cu nmol bine fermentat, respectiv, dou pri nmol proaspt i o parte nmolfermentat. Acest amestec de nmol este urmrit timp de circa 30 zile. Pe parcursul experimentului, sedetermin cantitatea i compoziia gazului produs, cantitatea de acizi volatili i pH-uI.Substanele organice din nmolurile proaspete se apreciaz ca fiind cuprinse ntre 60 - 80% din cantitateatotal de substan uscat, fapt ce conduce la apariia unor dificulti n ceea ce privete uscarea nmolurilor.Din punct de vedere chimic n nmoluri predomin hidrocarbonaii, grsimile i proteinele. Studiileexperimentale privind fermentabilitatea nmolurilor, au pus n eviden urmtoarele cantiti de gaze care seproduc funcie de compuii chimici:

hidrai - 0,790 Nm3/kg cu o compoziie 50% CH4i 50% CO2; grsimi - 1,250 Nm3/kg cu o compoziie 68% CH4i 32% CO2;

proteine - 0,700 Nm3/kg cu o compoziie 71% CH4i 29% CO2.Producia de gaz se refer la kg substan organic, fiind maxim la materiile organice cu o compoziieridicat de grsimi de natur organic. n cazul nmolului proaspt provenit din apele uzate urbane, cantitateade gaz ce se poate produce este cuprins ntre 0,85 - 1,0 Nm3/kg materii solide organice degradate. Dac seconsider materia organic din nmolul proaspt, atunci producia poate fi estimat la 0,4 -0,7 Nm3gaz/kgmaterie organic introdus n bazin spre fermentareCantitile de acizi organici volatili trebuie s fie de circa 500 mg/dm 3. Dac se depete valoarea 2.000mg/dm3, apare riscul ca fermentarea metanic s se opreasc, astfel c fermentarea acid va fi dominant ideci vor aprea gaze ru mirositoare i un nmol extrem de periculos pentru calitatea mediului.

4. Metale grele i nutrieni.Coninutul de nutrieni (N, P, K) prezint o importan deosebit atunci cnd se

are n vedere valorificarea nmolului ca ngrmnt agricol sau ca agent de condiionare a solului. Deasemenea, utilizarea n agricultur a nmolului este condiionat de prezena i de cantitatea de metalelegrele (cupru, cianuri, arsen, plumb etc), care au un grad ridicat de toxicitate i se acumuleaz n sol. Dacnmolul urban conine cantiti reduse de metale grele, n general sub limitele admisibile, nmolul rezultat dinepurarea n comun a apelor menajere cu cele industriale, n funcie de profilul industriei, poate duce lacreterea concentraiei de metale grele n nmol i ca urmare se impune analiza chimic periodic anmolurilor.

C. Caracteristici biologice i bacteriologiceNmolurile proaspete din punct de vedere biologic i bacteriologic prezint caracteristici asemntoare cu celeale apei uzate. Nmolul proaspt poate s conin microorganisme patogene, ou de helmini etc, care se


6/21


6

regsesc n apele uzate. Deci, din punct de vedere epidemico-igienic, nmolul proaspt este extrem depericulos. n condiiile fermentrii anaerobe, bacteriile patogene i oule de helmini vor fi distruse, totuinmolul fermentat trebuie n prealabil pasteurizat la temperatura de 700C nainte de a fi utilizat n agriculturca ngrmnt, pentru a elimina riscul unei contaminri bacteriologice a culturilor.

4.3. Procedee de prelucrare a nmolurilor

4.3.1. Fermentarea nmolurilorProcesul de fermentarea nmolurilor proaspete, se poate realiza prin procese anaerobe sau aerobe cu scopulpregtirii lui pentru depozitare sau pentru o eventuale prelucrare ulterioar.

Fermentarea anaerobPrin fermentare anaerob se nelege procesul de degradare biologic a substanelor organice din nmoluri,prin activitatea unor populaii bacteriene, care n anumite condiii de mediu (pH, temperatur, etc), descompunmateriilor organice din nmol prin procese de oxido reducere biochimic n molecule simple de CH 4, CO,CO2i H2, care formeaz aa numitul gaz de fermentaie sau biogaz i care are o putere caloric medie decirca 5.000 kcal/Nm3.

Procesele biochimice i microbiochimice ce stau la baza degradrii materiilor organice sunt extrem decomplexe i nc insuficient cunoscute, aceast situaie datorndu-se necunoaterii complete a modului dedegradare (mineralizare) a compuilor organici compleci i insolubili. Acest proces este numit de unii, procesde condiionare a nmolului, avnd n vedere i modificarile structurale. n acelai timp, prin fermentare suntdistruse parial i unele bacterii patogene, restul bacteriilor nu se pot distruge dect prin pasteurizare.Cinetica fermentrii anaerobe se desfoar sub influena a dou grupe principale de bacterii care triesc nsimbioz n acelai mediu fizic i chimic respectiv bacterii anaerobe i aerobe, care transform, prin hidroliz,substanele organice complexe (hidraii de carbon, proteine, grsimi) n substane organice mai simple (aciziorganici inferiori, alcooli etc.) cu ajutorul enzimelor extracelulare. In continuare aceste substane sunt sursa dehran pentru moleculele mai simple, care cu ajutorul enzimelor intracelulare sunt transformate n compuisimpli i inofensivi mediului: metan, dioxid de carbon etc.Rezult c fermentarea anaerob este un proces complex care se desfoar n dou faze:

faza de lichefiere; faza de gazeificare.

n prima parte a stadiului nemetanogen (hidroliza), ceculele mai mari ale biopolimerilor, ce formeaz substanaorganic din nmol, sunt transformate (lichefiate) n uniti mai mici, permeabile membranelor celulelormicroorganismelor. n a doua parte a acestui stadiu de fermentare (acidogenez), moleculele mici solubileobinute n faza de hidroliza sunt transformate prin mecanisme variate dependente de structura compusului ide microorganismul implicat, n acizi grai volatili - AGV (acetic, lactic, propionic etc), compui neutri (etanol),gaze (CO2 i H2S, amoniac) i ap. Microorganismele care concur la faza acidogenez au un timp degenerare foarte scurt n comparaie cu cele specifice fazei metanogene.

n subfaza de acetogenez are loc, sub aciunea bacteriilor acetogene, transformarea AGV n acid acetic,hidrogen molecular i dioxid de carbon.Hidrogenul ce apare n procesul de metanogenez nu este detectabil dect foarte rar, deoarece el este rapid

i preferenial oxidat de bacteriile metanogene cu reducere a gazului CO 2 la CH4 i ap. Dac H2 nu esteoxidat pe aceast cale, atunci se va acumula un amestec de produi intermediari care pot inhibadescompunerea i utilizarea substratului prin modificarea pH-ului.

n cazul fermentrii aerobe, microorganismele care catabolizeaz aceste transformri, vor consuma nntregime energia coninut n substana organic i o vor transforma n cldur, precum i n energianecesar nmulirii microorganismelor. Energia termic nu poate fi utilizat tehnic dect n cazuri cu totulparticulare i aceasta duce la creterea entropiei lichidului prelucrat. De asemenea, biomasa n exces vatrebui prelucrat i reintrodus n circuitul natural.La nceput procesului, viteza de fermentare i de producere a biogazului este mic dar apoi crete, pentru cala sfritul procesului s descreasc din nou, atunci cnd producia de gaz se apropie de valoarea limit.


7/21


7

Durata minim care trebuie avut n vedere este de 12 zile. Forma acestei curbe este asemntoare cu cea adezvoltrii bacteriilor care particip la proces. n cazul experimentrilor efectuate n condiii dinamice (cualimentare continu) se poate evita timpul de pornire (de amorsare a procesului) prin folosirea de nmolinoculat cu bacterii metanogene sau prin amestecul nmolului proaspt cu cel fermentat, adic prinrecircularea nmolului din instalaia de producere a biogazului.Procesul de fermentare anaerob este influenat de foarte muli factori, care pot fi grupai n dou mari

categorii:

Caracteristicile fizico-chimice ale nmolului supus fermentrii; Concentraia substanelor solide; Raportul M/V, raportul dintre componena organic i elementele nutritive (azot i fosfor); Prezena unor substane toxice sau inhibatoare (metale grele) etc;

Concepia i condiiile de exploatare ale instalaiilor fermentare: temperatura, sistemul de alimentare -evacuare, sistemul de nclzire, de omogenizare, timpul de fermentare etc.

Fig.1. Variaia produciei de gaz n funcie de durata de fermentare

Concentraia substanelor solide din nmol trebuie s fie astfel aleas nct s asigure apa fiziologicnecesar bacteriilor. Se recomand concentraii de 5- 10% materii solide (umiditatea de 90 - 95%);

concentraii mai ridicate, peste 12% creeaz dificulti la pompare i omogenizare.Componenta organic a fazei solide prezint, asemenea, importan n procesul de mineralizare i nproducia gazului. Se apreciaz c o reducere minim de 50% a componentei organice n urma procesului defermentare, asigur o stabilitate relativ a nmolului. Compoziia gazului nu este influenat de gradul dedescompunere al materiei organice, ci de componentele organice (grsimi, proteine, hidrai de carbon) aacum s-a artat n paragraful anterior.Componenta mineral, mai ales n coninutul de sruri de azot i fosfor (nutrieni), prezint importan nfermentarea nmolului. Astfel, pentru o producie bun de gaz, trebuie s fie un raport minim ntre carbonorganic i azot organic de 13-14 (valori mai mari ale acestui raport, C/N, conduce la producii mai mici de gaz).Cationii de Ca, Mg, K, NH4 n concentraii de peste 10 g/dm3 pot influena fermentarea prin inhibareaprocesului. Srurile de sodiu sunt relativ toxice fa de bacteriile metanice, astfel c n cazul de neutralizare anmolului supus fermentrii s se evite hidroxidul de sodiu.Influena substanelor toxiceasupra procesului de fermentare este legat de prezena metalelor grele (Ni,Cr, Zi, Cu, Pb etc.) i a pesticidelor (n special organo-clorurate) i a unor substane organice n concentraiemare (alcool metilic, etilic, propilic, benzen etc.) toate acestea producnd dereglri n fermentarea nmolurilor.Influena pH-ului asupra procesului este deosebit de important, valorile optime fiind cuprinse n intervalul 6,8i 7,6, interval n care producia i compoziia gazului sunt normale. Modificarea pH-ului apare fie lamodificarea calitii nmolului proaspt (prezena substanelor toxice sau inhibatoare), fie la exploatareaincorect a instalaiei (creterea ncrcrii organice, modificarea temperaturii, neomogenizare, etc).

ncrcarea organic a instalaiilor de fermentare este exprimat n kg substane volatile raportat la m3rezervor i zi, constituind unul din parametrii de proiectare i funcionare a rezervorului. Valoarea ncrcrii


8/21


8

organice depinde, n principal, de gradul de dotare cu echipamente a rezervorului (de amestec, de recirculare,de nclzire etc).Influena temperaturii este mare asupra procesului de fermentare. n general, fermentarea anaerob sepoate realiza ntr-un interval larg de temperatur, ntre 40i 600C cu aclimatizarea bacteriilor n anumite zonede temperatur. Din punct de vedere termic, procesele de fermentare se pot clasifica n trei categorii:

fermentare la temperatura mediului ambiant, fr nclzirea nmolului, n care acioneaz

bacteriile criofile; fermentare cu nclzire moderat a nmolului, de 30 350 C, n care acioneaz bacteriilemezofile;

fermentare cu temperaturi ridicate, de 50 600C, specific bacteriilor termofile.Fermentarea, utilizat cel mai, larg este cea mezofil. Fermentarea termofil, dei prezint unele avantaje, careducerea duratei de fermentare i implicit a volumului instalaiilor, este totui rar aplicat, deoarece necesitconsumuri suplimentare de energie caloric i formeaz cruste i spume n bazine.Indiferent de soluia fermentrii adoptate, important este meninerea ei ntr-un regim constant, deoarecebacteriile metanice sunt foarte sensibile la variaii de temperatur, chiar cu 2 - 3C.

4.3.2. Instalaii pentru fermentarea nmolurilor

Construciile pentru fermentarea anaerobe a nmoluluifoarte diferite, dar se pot clasifica dup anumite criterii.Astfel, dup poziia spaiului de fermentare fa de apauzat, deosebim:

- comune cu apa uzat: fose septice, decantor cuetaj, iazuri de nmol;

- separate de apa uzat: rezervoare i bazine defermentare.

Fosele septice sunt construcii n care, ntr-un singurvolum, se produce simultan att decantarea apei, ct ifermentarea nmolului rezultat din sedimentare. Ele suntfolosite pentru obiective izolate care deservescmaximum 50 -100 locuitori, adic pentru un debit depn la 15 m3/zi. Timpul de decantare, respectiv deepurare este de minimum 2 zile i maxim 10 zile. La undebit specific de 150 dm3/loc zi rezult un volum de 300cm3/loc, pn la 1.500 dm3/loc. Volumul din urmpermite epurarea biologic deoarece aici nufermenteaz numai nmolul, ci i apa uzat.

Fluidul epurat poate fi evacuat n bazine de infiltraieexistente n apropiere, sau se poate vidanja cu ajutorul

unor utilaje speciale i se transport la cea maiapropiat staie de epurare. Nmolul se evacueazodat sau de dou ori pe an. Dup fiecare evacuare selas n bazin o cantitate de nmol vechi, adic un nmolce conine bacterii metanice necesare pentrufermentarea nmolului proaspt ce urmeaz a fi

mineralizat.Pentru colectiviti mici, de sub 50 locuitori, se poate adopta o fos septic cu forma din figura 2, undecirculaia apei este perimetral, fiind asigurat de existena unui perete interior cu mai multe ramificaii caredelimiteaz zonele de depunere ale nmolului.

Figura 2. Fosa septic1. conducta de alimentare; 2 - conducta de evacuare; 3 -

perete exterior prefabricat; 4- perete interior din betonmonolit.


9/21


9

Pentru calculul zonei de nmol a fosei septice se consider o norm de depunere de 0,8 dm3/loc-zi la oumiditate de 95%. n perioada de 180 zile dintre dou evacuri a nmolului fermentat, se poate estima cumiditatea nmolului, datorit compactrii scade la 90%, iar volumul nmolului, ca urmare a fermentriisubstanelor organice, se reduce, n medie, cu 30%.

Decantoare cu etaj (Imhoff) ndeplinesc rolul de decantare a apei (etajul superior) i de fermentare a

nmolurilor (etajul inferior), ambele funciuni fiind desfurate ntr-un bazin din beton armat cu forma n plancircular sau dreptunghiular. Aceste decantoare au fost prezentate n capitolul anteriorProblema cea mai dificil la aceste decantoare consta n distrugerea crustei care se formeaz la suprafaabazinului, crust format din materiale uoare (grsimi, pr, materiale fibroase etc.) care se ridic, mpreuncu nmolul plutitor, de ctre gazele rezultate din procesul de fermentare

Iazuri de nmol, numite i lagune se amplaseaz n depresiuni naturale (foste cariere de nisip sau decrmid etc.) unde adncimea este mai mare de 2,0 m, astfel nct s se creeze ct mai mult spaiu pentrunmol. n aceste iazuri se introduce nmolul pentru fermentare, deshidratare sau depozitare final pe termennedefinit. Aceast soluie, din motive igienice i de proiecia mediului este mai puin recomandat pentrufermentarea nmolurilor, dar este mult utilizat pentru deshidratarea natural a nmolurilor. La proiectareaacestor iazuri se recomand o ncrcare de 20 kg materii solide din nmolul proaspt la 1,0 m 3de lagun.

Rezervoare de fermentare (metan-tancuri)reprezint soluia frecvent aplicat pentru localitile ce depesc20.000 locuitori, ele putnd fi de mic sau de mare ncrcare. Se cunosc urmtoarele scheme tehnologice:Schema standard, pentru o instalaie de mic ncrcare cu substane organice (figura3.) constntr-o singurtreapt n care introducerea nmolului proaspt i evacuarea celui fermentat se face prin intermiten (2-3 ori/ zi). Lipsa agitrii favorizeaz apariia n aa numitul digestor a urmtoarelor zone: zona de spum (la parteasuperioar), o zon de ap cu nmol, o zon ocupat de nmol n curs de fermentare (zona activ) i zonainferioar n care sedimenteaz nmolul fermentat i inert (mineral). Instalaiile de acest gen ne-fiind nclzite,au o durat de fermentare de peste 30 zile, specific fermentaiei criofile.Periodic se evacueaz apa de nmol i spuma pentru a mri zona activ de fermentare.

Instalaiile de fermentare de mare ncrcare dispun n plus de un sistem de amestecare a nmolului i de oinstalaie de nclzire a nmolului, fapt ce asigur o cretere a productivitii i o scurtare a perioadei de

fermentare.Temperatura interioar este de 30 350C (fermentare mezofil), iar durata de fermentare este de peste 15zile.Datorit dezavantajelor acestor tipuri de instalaii s-a trecut la modernizarea acestora i astfel s-a ajuns lainstalaii n dou trepte, care rezolv o parte din dezavantaje. O astfel de instalaie care este prezentat nfigura 4.

Figura 3. Instalaie de fermentare de mic ncrcare Figura 4. Instalaie de fermentare n dou trepteS-a continuat modernizarea instalaiilor i a aprut o nou generaie de instalaii de fermentare de contact(figura 5) i care este asemntoare cu cea precedent, cu deosebire c aici nmolul fermentat din treapta adoua este recirculat n prima treapt pentru nsmnarea nmolului proaspt. Instalaia funcioneaz nanalog cu treapta biologica a bazine de aerare, dar n prezent nu cunoate o rspndire prea mare.


10/21


10

O instalaie mai moderne pentru procesarea nmolurilor sunt prezentate n figura 5.

Figura 5. Instalaie de fermentare de contact n dou trepte

Forma constructiv a digestoarelor este de obicei circular, dar au aprut forme noi de rezervoare care aurezultat din studiul suprafeelor de rotaie. Tipizarea ntregului ansamblu, constituie singura alternativeconomic. Deoarece forma constructiv imprim un aspect arhitectonic important al staiei de epurare, seimpune a avea n vedere alegerea variantei care s satisfac i aceast cerin.

Se recomand utilizarea de rezervoarele de mare capacitate, respectiv capaciti de 8.000 m3, diametre de 12m i nlimi de 34 m care sunt mai economice din punct de vedere al bilanului termic, fa de soluia folosiriimai multor rezervoare mici nsumnd aceeai capacitate. De obicei se utilizeaz dou rezervoare de aceeaicapacitate, ntre care se prevede o construcie special numit camer de manevr. Aici sunt montatepompele de recirculare a nmolului, schimbtoarele de cldur, numeroase vane de manevr, echipamentulde control al fermentrii, echipamentul electric de control, recuperatoarele de cldur, etc. Aceast camertrebuie s fie bine ventilat i prevzut cu sisteme automate de alarm la apariia pericolului de exploziedatorit amestecului gaz metan cu aer.Pe conducta de transport a gazul de fermentaie (biogaz) spre gazometre i centrala termic, trebuie s seprevad: o instalaie de introdus mercaptan n biogaz, numit odorizator; o instalaie de eliminare ahidrogenului sulfurat (purificator de H2S); o instalaie de reinere a condensului i a eventualelor particule nsuspensie i un debitmetru de gaz.Fermentarea nmolului n dou trepte se recomandat pentru staiile de epurare ce deservesc localiti cupeste 300.000, i are n vedere recuperarea unei cantiti suplimentare gaz, precum i realizarea unui nmol

ngroat cu caliti superioare pentru procesarea ulterioar.Rezervoarele de fermentare a nmolurilor sunt echipate cu aparate de msur i control. Astfel, pentrucontrolul temperaturii nmolului proaspt, fermentat i n curs de fermentare sunt folosite termometre plasatepe peretele rezervorului, la diferite niveluri, n interior. Pentru evidenierea nivelului apei de nmol, a crusteietc, se monteaz indicatoare de nivel care ptrund n bazin la diferite adncimi, pentru ca tubul piezometric sfie umplut cu diferite tipuri de lichid funcie de poziia tubului n rezervor.

De asemenea, se prevd indicatoare de pH, precum i dispozitive de luarea probelor de nmol, de gaz (pentrua stabili concentraia gazelor) i dispozitive pentru prepararea i dozarea laptelui de var care intr funciune nmomentul n care procesul are tendina de a ai modifica pH-ul spre unul acid. Sunt prevzute i aparate demsurare a debitului de gaz a debitului de nmol proaspt i fermentat.Dimensionarea tehnologic a rezervoarelor de fermentare const n determinarea volumului de fermentare, adozei de ncrcare zilnic, a volumului. de gaze evacuate, a duratei de fermentare, a cantitii de cldurnecesar, precum i dimensiunile instalaiilor de amestecare, de transport a nmolului, a pompelor derecirculare, inclusiv stabilirea aparatelor de msur i control.Deoarece, pentru stabilirea volumului de fermentare, nu s-a reuit o exprimare matematic a procesului,calculele se efectueaz prin diferite metode experimentale bazate pe cercetrile efectuate de ctre Ppel,Roediger, Noack i alii.

Dup numrul de locuitori, volumul de fermentare se calculeaz pe baza volumului specific de fermentare a

Evacuare


11/21


11

crui valoare, se recomand a fi luate din literatura de specialitate (Imhoff, 1990, Triebel- 1978).In tabelul 5 sunt prezentate volumele specifice de fermentare pentru instalaiilor de mare ncrcare i respectiv

n una sau dou trepte.

Tabelul 5. Volumele specifice de fermentareVolumul specific de fermentare n dm3/loc

In dou trepteNatura nmolului proasptMic ncarc. Mare ncarc. tr.I tr.II

Nmol- treapta mecanic 150 20 6 -De la treapta mecanic i filtre biologice demic ncrcare 180 25 10 65

Idem, de mare ncrcare 220 30 13 65De la tratarea mecanic i bazinul de aerarede mic ncarc. 320 40 24 95

Idem, de mare ncrcare 220 35 19 95

Volumul rezervoarelor se poate stabilii i dup durata de fermentare, T fn zile, cu ajutorul relaiei:

ff TVV

V +

=

2

21

n careV1- volumul nmolului proaspt, n m3/zi;V2 - volumul nmolului fermentat existent n rezervor care se consider 1/3 din cel proaspt, n m 3/zi;Tf - durata de fermentare (vrsta nmolului) care trebuie s fie mai mare de 12 zile (de regul 15 - 20 zile).

Dup mrimea dozei de ncrcare zilnic, volumul de fermentare se calculeaz cu relaia (recomandat deSTAS 12272-91 Rezervoare de fermentare a nmolurilor la staiile de epurare ale centrelor populate):

0

0

I

GVf =

n care:G0- cantitatea de materii organice, exprimat substan uscat, din nmolul proaspt din cadrul staiei de

epurare ce urmeaz a fi stabilizat anaerob, n kg SU/zi;Io - doza de ncrcare organic zilnic, n kg SU/m3- zi.

Producia de gaz difer n funcie de compoziia nmolului proaspt, de temperatura de fermentare i de duratade fermentare (vrsta nmolului). Conform cercetrilor efectuate de F. Popel - 1964, cantitatea maxim de gaz,

n Nm3/zi, se determin cu relaia:

0max138 GTG =

iar durata de fermentare, n zile, va fi:T

fT = 03.010175

n care:T - temperatura de fermentare, n C;

G0- cantitatea de materii organice solide din nmolul proaspt, n t/zi.Cantitatea de gaz, practic obinut, va reprezenta 70 -80% din cantitatea teoretic calculat. n acest scop, ntabelul 6 sunt prezentate cantitile specifice de gaz, n Ndm3/kgSU.

Tabelul 6 Producia de biogaz n funcie de temperaturTemperatura C 100 150 200 250 300

Producia maxim Ndm3 / kg SU 450 530 610 710 760Producia real(90%) Ndm3 / kg SU 405 477 549 639 684Durata de fermentare zile 90 60 45 30 27


12/21


12

Puterea caloric medie a biogazului este de 5.500 - 5.900 kcal/Nm3gaz. n compoziia acestui gaz predominmetanul (70%) i dioxidul de carbon (30%), fiind un gaz combustibil care este echivalent din punct de vedereenergetic cu 1,0 kg cocs, 1,27 Nm3gaz de iluminat, 5,1 Kwh, 0,56 kg motorin sau benzin, 0,47 Nm3gazenaturale etc.Pentru nmagazinarea gazului de fermentaie, se utilizeaz rezervoare speciale numite gazometre al cror

volume se stabilesc procentual, respectiv de 30 -50% din producia zilnic de gaz. Ele se amplaseaz napropierea rezervoarelor de fermentare, ambele obiective fiind protejate cu dispozitive adecvate de combaterea incendiilor i exploziilor. Constructiv, un gazometru este alctuit dintr-o cuv circular de beton armat,umplut cu ap, n care se aeaz un clopot cilindric ce se deplaseaz pe vertical sub aciunea presiuniigazelor de 200 -350 mm col.H2O (figura 6).Gazometrul este prevzut cu conducte de preaplin, de golire a cuvei, conducte de intrare i ieire a gazului, cudispozitive de msurare a debitelor de gaz debitmetre, cu dispozitive de protecie contra incendiilor

Figura 6. Rezervor de biogaz

n ara noastr, gazul de fermentaie este utilizat la prepararea agentului termic necesar procesului defermentare (ap cald, abur etc), precum i la nclzirea spaiilor administrative din cadrul staiei de epurare.

n privina gazometrelor trebuie menionat faptul c exist n prezent tendina, din motive economice i deexploatare, s se realizeze noi tipuri de rezervoare de nmagazinare bazate o membran elastic din cauciuc

special.In Statele Unite ale Americii, biogazul produs este amestecat cu gazele naturale i este distribuit prin reele deconducte spre a fi utilizat n domeniul casnic, iar n Japonia biogazul purificat este lichefiat, mbuteliat icomercializat.

Fermentarea aerobAcest procedeu de tratare a nmolurilor, cunoscut i sub denumirea "procedeului nmolului stabilizat", are labaz procesele biochimice cunoscute de la epurarea biologic a apelor uzate cu nmol activat. n acest scop,stabilizarea aerob a nmolului poate avea loc n bazine separate sau n bazine comune cu apa uzat pentrudebite foarte mici ce urmeaz a fi epurat biologic.Comparativ cu fermentarea anaerob, procesul de stabilizare aerob este mai puin influenat de substaneletoxice, este lipsit de miros i necesit o exploatare simpl. De asemenea, se nlocuiesc construciile nalte

(rezervoare de fermentare) cu construcii de mic nlime (bazine din beton armat) cu cheltuieli de investiiimai reduse. Dintre dezavantaje se semnaleaz, ca mai importante, consumul mare de energie pentru utilajelede aerare proprii, comparativ cu fermentarea anaerob care produce i gaz de fermentare (surs de energie).Comparnd cele dou sisteme de stabilizare biologic a nmolului organic, pentru staiilor mari de epurare,apare net avantajos procedeul de stabilizare anaerob, mai ales sub aspectul energetic.

4.3.3. Ingroarea nmolului

Aceast metod constituie cea mai simpl i larg rspndit metod de concentrare a nmolului, avnd dreptrezultat reducerea volumului i ameliorarea rezistenei specifice la filtrare. Gradul de ngroare depinde de mai


13/21


13

multe variabile, dintre care mai importante sunt: tipul de nmol (primar, activat, fermentat etc), concentraiainiial a solidelor, temperatura utilizarea agenilor chimici, durata de ngroare etc. Prinngroare, volumulnmolului, pe seama apei eliminate, se reduce de circa 20 ori fa de volumul iniial, n schimb ngroarea esteeficient pn la o concentraie de solide de 8 -10%.Ingroarea se poate realiza prin decantoare ngrotoare gravitaionale, flotare sau centrifugare etc.

ngroarea gravitaional se realizeaz n decantoare verticale (pentru staii mici) sau decantoare radiale.Gradul de ngroare depinde de durata procesului i de nlimea coloanei de ap (adncimea bazinului) dindecantor. Pentru a evita apariia unor procese de fermentaie a nmolului proaspt a cror gaze afecteazcalitatea procesului de ngroare, adncimea apei la perete nu trebuie s depeasc 2,0. Panta radieruluieste mai mare fa de cea a decantoarelor obinuite, iar podul raclor este echipat cu o serie de bare metalicecare se deplaseaz lent, cu o vitez de 1,0 rot/h, dirijnd nmolul spre conul de colectare central, de undeapoi se extrage. n figura 7 este prezentat un ngrotor de nmol.In vederea dimensionrii ngrotoarelor de nmol se are n vedere dou aspecte, fie dimensionarea sebazeaz pe experiena deja acumulat, fie se fac teste experimentale de laborator asupra nmolurilor careurmeaz a se ngroa.

Figura 7. Ingrotor radial de nmol

Parametrul de baz al dimensionrii pe baz de experien este ncrcarea cu substane solide. Prelungireaprocesului de ngroare este neeconomic i ca urmare se limiteaz procesul de ngroare n instalaie. ntabelul 7 sunt date experimentale privind ncrcarea cu substane solide i limita de ngroare recomandatpentru diferite tipuri de nmoluri.

Tabelul 7. Concentraii recomandate

Tipul de nmol ncrcarea cu solide kgMTS/m2h Concentraia de solide n ngroat (%)

Nmol primar 4,0 - 6,0 8,0 - 10,0Nmol activat 1,0 - 1,2 2,5 - 3,0Nmol de la biofiltre 1,5 - 2,0 7,0 - 9,0Nmol primar + activat 1,0 - 2,0 5,0- 8,0Nmol primar + pelicul biologic. 2,0 - 2,4 7,0-9,0

Dimensionarea n acest caz implic simpla alegere corespunztoare a nivelului de ncrcare a nmolului ceurmeaz a fi ngroat utiliznd urmtoarea relaie de calcul a suprafeei orizontalei ngrotorului:

S

S

I

QA =

0

n care:Qs- cantitatea de materii solide uscate din nmolul supus procesului de ngroate, n kgMTS/h;ls- ncrcarea de suprafa cu solide a ngrotorului, n kgMTS/m2h (din tabelul 5.6).

In cazul de dimensionrii pe baz de experimente de laborator, se construiete graficul curbei desedimentare a nmolului din amestecul ap nmol, care permite determinarea suprafeei unitare a

ngrotorului.


14/21


14

Din ecuaia de bilan a materiilor solide intrate i ieite (ngroate) din bazin, suprafaa orizontalspecific sau unitara a ngrotorului, n m2 h/kgMTS se determin cu relaia:

00 HC

tA uu

=

iar suprafaa total orizontal a ngrotorului se determin cu relaia:

A0=QAUC0Kn care:

tu- timpul de ngroare, n h;Co- concentraia iniial cu solide, n kgMTS/m3;Ho- nlimea iniial a coloanei experimentale, n m;Q- debitul influent, n m3/h;K- coeficient de corecie,(1,5).

n timpul funcionrii unui astfel de decantor ngrotor de nmol se pot delimita trei zone distincte: zona de suprafa ngrotorului format din lichid, decantat care conine o concentraie sczut de

nmol i care se elimin ;

zona de alimentare format din nmol cu o concentraie; constant aproape uniform n volum; naceast zon concentraia nu este identic cu cea a nmolului de alimentare;

zona de compactare (tasare) format din nmol a crui concentraie crete pe msura naintrii spreradierul decantorului unde atinge concentraia de evacuare (de nmol ngroat).

n funcie de natura nmolului, timpul mediu de reinere al materiilor solide n ngrotor, este de 0,5- 2,0 zile,iar volumul nmolului se poate reduce la 20% din volumul iniial.

ngroarea prin flotarese aplic pentru suspensii care au tendina de flotare i sunt rezistente la compactareprin aciunea gravitaional. Se aplic procedeul de flotare cu aer insuflat sub presiune, care prin destindere lapresiunea apropiat de cea atmosferic, elimin bule fine de aer care se ataeaz flocoanele.

ngroarea prin centrifugarese recomand pentru nmolul activat n exces, atunci cnd nu se dispune despaiu pentru executarea de decantoare - ngrotoare.Principiul de funcionare, precum i repartiia forelor ntr-o astfel de instalaii de ngroare prin centrifugareeste prezentat n figura 8

Fig.8. Principiul de funcionare a unui rotor centrifugal

In practic se folosete o centrifug cu transportor elicoidal sau care reine circa 90% din materiile solide,nmolul activat n exces fiind n prealabil tratat cu floculani. Sub influena floculanilor nmolul este ridicat lasuprafaa lichidului i mpins spre axa de rotaie de unde este evacuat. Apa n schimb rmne pe pereiitamburului i este evacuat n partea opusa nmolului.innd scama de viteza mare de rotaie a echipamentului (de 6.000 rot/min), consumul de floculani este maimare datorit fragilitii i ruperii flocoanelor, deci costurile de exploatare sunt mai mari dect n cazul altorprocedee. In consecin nu se recomand acest tip de instalaie dect n cazurile deosebite, respectiv despaiu. O astfel de instalaie de ngroare prin centrifugare a nmolului este prezentat n figura 9. Alimentarea


15/21


15

cu nmol se face axial prin partea dreapt, evacuarea nmolului se face prin partea stng (desecat), iarevacuarea apei prin partea dreapt.

Fig.9. Centrifug cu melc pentru sedimentarea nmolului1- corp cilindro - conic; 2 ax melcat; 3 melc; 4 conduct de alimentare; 5 i 6 - roi de curea; 7 orificiu pentru evacuarea

nmolului (desecat-ului); 8 orificii pentru evacuarea apei ( a fugatu-lui); 9 carcas.

O alt metod de ngroare a nmolului este cea ce utilizeaz filtrul pres cu band. In figura 10. esteprezentat schematic modul de funcionare a unei astfel de instalaii.

Fig.10. Filtru - pres cu band

O construcie mai simpl este cea a filtrului pres ce utilizeaz pnz filtrant. Elementele de baz sunt

camerele filtrante suprapunse prin care trece pnza de filtru. Filtru dispune de canale de drenaj a apei. Infigura 11. este prezentata o astfel de instalaie.

Fig.11. Schema de funcionare a unuifiltru pres1 plac de filtrare; 2 canale pentru drenaj ap; 3 orificiu pentru evacuare ap; 4 camer de filtrare; 5 pnz

filtrant; 6 role de ntoarcere.

O instalaie mult mai modern este cea ce utilizeaz vacuum pentru dezhidratarea nmolului (figura 12)


16/21


16

Fig. 12. Instalaie de dezhidratare cu vacuum

4.3.4. Tratarea preliminar a nmolurilor

Aducerea nmolurilor primare, secundare, brute sau stabilizate n categoria nmolurilor uor filtrabile, serealizeaz printr-o tratare preliminar a acestor nmoluri utiliznd urmtoarele procedee:

tratarea (condiionarea) chimic; tratarea (condiionarea) termic; elutrierea etc.

Teoretic, se pot obinerezultate satisfctoare i prin adaos de material inert (zgur, cenu, rumegu etc),dar acest procedeu prezint dezavantajul de a crete considerabil volumul de nmol ce trebuie prelucrat ncontinuare. Tratarea preliminar a nmolurilor const deci n crearea condiiilor favorabile necesare prelucrriiulterioare (deshidratatea natural, artificial i avansat).

Condiionarea chimic (coagularea) nmolului cu reactivi chimici este o metod de modificare a structuriisale cu consecin asupra caracteristicilor de filtrare, n special n filtrele pres sau cu vacuum.Agenii de condiionare chimic (electrolii) a nmolului se pot grupa n trei categorii:

minerali:sulfat de aluminiu, clorhidrat de aluminiu, clorur feric, sulfat feros, sulfat feros clorinat,oxid de calciu etc;

organici: polimeri sintetici (anionici, catonici sau neionici), cu diferite denumiri comerciale(Medasol, Polias), produi de policondensare (Ponilit) sau polimeri naturali;

micti:amestec de polimeri sintetici cu sruri minerale sau amestec de coagulani minerali.Reactivii cei mai des utilizai sunt clorura feric i varul, fiecare avnd un cmp de aciune propriu. Srurile dealuminiu, special clorhidratul de aluminiu, sunt eficiente, mai puin corozive, dar costul este mai ridicat. Dintrepolimerii organici, cei cationici se pot utiliza singuri, iar cei anionici sau neionici, n asociere cu coagulaniiminerali. n general, dozele de polimeri organici sunt mult mai reduse dect la cei minerali, dar costul este mairidicat. Alegerea coagulantului i doza optim se fac pe baza studiilor experimentale de laborator, ntructalegerea depinde de proveniena nmolului, compoziia sa chimic etc.Rezistena specific la filtrare i variaia sa cu doza de coagulant este metoda prin care se obin datecantitative ce pot fi utilizate i pentru calculul utilajelor de deshidratare. Aplicarea procedeelor de condiionareprealabil prin elutriere i de ngroare prin decantare, conduce la o scdere de 3 - 4 ori a dozei de coagulant.


17/21


17

Eficiena procesului de tratare (condiionare) chimic este legat i de o alt serie de factori tehnologici, ca:durata i intensitatea amestecului, ordinea de introducere a agenilor chimici n cazul condiionrii mixte etc.

Condiionarea (tratarea) termic are n vedere modificarea structurii nmolului cu ajutorul temperaturii ipresiunii ridicate. Condiionarea termic se realizeaz la temperatura de 100 - 200 C, presiunea de 1 - 2,5 bari durate de nclzire pn la 60 min. n figura 13 se prezint schema tehnologic a procedeului PORTEOUS.

Fig. 13. Instalaia de condiionare termic a nmolului1 bazin de stocare nmol brut; 2 pomp; 3 schimbtor de cldur; 4 reactor termic; 5 van de descrcare automat; 6

bazin de stocare nmol tratat termic; 7 pomp; 8 filtru pres; 9 cazan preparare abur.

Principalele pri ale instalaiei menionate, sunt: bazinul pentru stocarea nmolului proaspt, schimbtorul decldur n care nmolul proaspt este prenclzit de ctre nmolul tratat, reactorul n care se realizeaztratarea nmolului la temperatura de 100 -200 C, cazanul (boilerul) pentru prepararea aburului necesarridicrii temperaturii n reactor i bazinul de stocare a nmolului tratat. Aceast instalaie de condiionaretermic a nmolului are un consum de energic electric de 3,0- 4,0 kWh/m3 nmol i de circa 1,5 dm3pcur/m3nmol pentru prepararea aburului. Cantitatea de abur, innd seama de pierderile de cldur dinsistem, este de 60- 70 kg abur/m3nmol.Cu toate neajunsurile de ordin energetic, condiionarea termic se recomand a fi aplicat deoarece eliminmirosurile neplcute, asigura sterilizarea nmolului prin distrugerea bacteriilor, reducerea coninutului desubstan organic, elimin necesitatea de reactivi chimici etc.

Elutrierea(splarea) nmolului, mpreun cu condiionarea chimic ocup un loc important n cadrul tratriipreliminare a nmolurilor. Elutrierea nmolului este un proces fizic de condiionare care asigur scderearezistenei specifice la filtrare prin eliminarea din nmolul fermentat sau brut mineral a coloizilor i aparticulelor fin dispersate. Pe de alt parte, elutrierea reduce i alcalinitatea nmolului, necesar n special,cnd se prevede folosirea de reactivi pentru condiionarea nmolului (cazul vacuum - filtrelor).Deoarece n procesul de fermentare anaerob a nmolurilor organice, cantitatea de amoniac ce se formeaz,la care se adaug acizi organici i bicarbonai, conduc la o cretere a alcalinitii fa de nmolul brut, prinelutriere se reduce aceast alcalinitate i deci i necesarul de coagulant pentru condiionarea chimic.Ca agent de elutriere se utilizeaz apa de ru, de reea, din staia de epurare (dup treapta biologic), iar dinpunct de vedere tehnologic aceast operaie se desfoar n bazin deschis care funcioneaz ntr-o treapt,


18/21


18

n dou trepte sau n contra curent.

Deshidratarea nmoluluin mod obinuit, nmolurile trebuie transportate cu vehicule la locul de valorificare sau de depozitare final,aceast operaie nu este ns posibil, deoarece nmolurile fermentate conin mari cantiti de ap, umiditatealor ajungnd la 95 - 97%. Aceast situaie impune aplicarea unui proces de deshidratare chiar n staia de

epurare; prin aceasta volumul lor se reduce considerabil i devin transportabile la uscat. n cazuri izolate sepot folosi iazuri de nmol, unde nmolul rmne uneori pe loc, fr a mai fi necesar s fie transportat.Deshidratarea se poate realiza prin urmtoarele procedee:

naturale, de evaporare i drenare;

artificiale, care pot fi mecanice i termice.n funcie de gradul de reducere a umiditii, deosebim urmtoarele metode de prelucrare a nmolurilor:

deshidratarea natural cu reducerea de umiditate la 75 - 80%;

deshidratarea mecanic, pn Ia 50 - 75%; deshidratarea termic (avansat), pn la 20- 30%.

Deshidratarea naturalProcedeele naturale sunt cele mai rspndite. n prezent, deoarece procedeul este simplu nu necesit

construcii complicate, utilajele sunt reduse i fora de munca, practic este necalificat. n plus, procedeelenaturale nu au nevoie de tratri preliminare, deci calitatea nmolului nu este alterat prin folosirea unorsubstane chimice, constituind un ngrmnt organic de bun calitate n agricultur.Dezavantajul deshidratrii naturale a nmolurilor, este legat de necesitatea existenei unor terenuri ntinse ide dependena procesului de condiii atmosferice, motiv pentru care acest procedeu devine neeconomicpentru localiti mari, amplasate n zone geografice cu perioade mari de nghe i cu precipitaii abundente. nasemenea situaii se recomand deshidratarea mecanicOperaia de deshidratare natural se poate face n iazuri de nmol i pe platforme de uscare a nmolului.

lazuri de nmolse amplaseaz n depresiuni naturale sau n fostele cariere de nisip, de crmid etc, acolounde condiiile locale ofer asemenea posibiliti. Volumul acestora trebuie compartimentat n strns corelarecu cerinele de exploatare (fermentare, uscare, depozitare), astfel nct s se asigure o funcionare continu.Deshidratarea nmolului sub ap, necesit, o perioad ndelungat de stagnare, cu degajare de mirosneplcut i proliferarea insectelor. La civa ani o dat, iazurile trebuie golite de nmol i transportat la locurilede depozitare final.

Platforme pentru uscarea nmolului sunt suprafee de teren ndiguite n care se depoziteaz nmolulfermentat sau lamuri industriale. Platformele se fac cu sau fr strat drenant n funcie de caracteristicile depermeabilitate ale solului i de poziia stratului acvifer. Dac solul este permeabil i nu exist pericolul infectriiapei subterane, stratul drenant de susinere a nmolului are rolul de a colecta (drena) apa de nmol. n cazcontrar, platformele se execut cu strat de susinere impermeabil (din beton cu mbrcminte asfaltic).Deshidratarea pe platforme se realizeaz sub efectul drenrii i a evaporrii apei din nmol. Drenarea ncepes se produc din prima zi i se continu 1 - 2 sptmni, fiind corelat cu procesul de evaporare. Nmoluldeshidratat (uscat) prezint la suprafa fisuri sau crpturi care, n cazul unui nmol bine fermentat, suntpuine i nguste, nmolul nu miroase urt i nu atrage mutele, n timp ce un nmol insuficient fermentat (saucu adaosuri chimice) prezint crpturi largi, miroase urt i abund n mute. Dup uscare nmolul estetransportat la locul de depozitare final sau direct la valorificare n agricultur.Dimensiunile platformelor de uscare sunt alese n funcie metoda adoptat pentru evacuarea nmoluluideshidratat. Grosimea stratului de nmol ce se trimite pe paturile de uscare depinde de caracteristicilematerialului i de climatul zonei respective. n general se recomand o grosime de 0,20 m.Dimensionarea platformelor de nmol depinde de numeroi factori, dintre care se menioneaz natura icantitatea nmolului, condiiile climatice etc. O pondere deosebit n determinarea suprafeei platformei deuscare o are timpul de deshidratare a crei valoare depinde de grosimea stratului de nmol, care, aa cum s-aartat, n zone cu clim temperat este de 0,20 m. n general, n climat temperat, durata de deshidratare este


19/21


19

cuprins ntre 40 i 100 zile, ceea ce nseamn c, n total, se poate conta pe o grosime de nmol ce se poateusca pe platform de 1,5 - 2,0 m/an, respectiv o productivitate de 80 - 100 kgMTS/m 2 an.

Suprafaa util a platformei, n m2, se calculeaz cu relaia:

a

uI

QA =

n care:Q - debitul nmolului ce urmeaz a fi supus deshidratrii naturale pe platforme, n m 3/an;Ia- ncrcarea anual a platformei, n m3/m2an.

nlimea digurilor sau a gardurilor prefabricate, care limiteaz i compartimenteaz platformele nu trebuie sfie mai mare de 1,0 m.Dimensionarea platformelor de nmol, se face conform recomandrilor prevzute n STAS 11565-90Platforme pentru uscarea nmolului fermentat din staiile de epurare oreneti.Umplerea cu nmol umed se face n cte un compartiment pn la atingerea nlimii ho, dup care se trece lacompartimentul urmtor.Pentru reducerea suprafeelor de teren ocupate cu platforme de uscare a nmolului este indicat ca nmolulfermentat s fie n prealabil ngroat. Se prevede un singur dren, cnd limea compartimentului

Deshidratarea avansatDeshidratarea avansat a nmolurilor, cu reducerea componentei organice, se realizeaz prin procedeetermice de prelucrare. n acest mod, n marile staii de epurare unde volumele de nmol sunt importante seasigur condiii de a manevra uor nmolurile deshidratate, independent de condiiile atmosferice. Metodelefrecvente aplicate la deshidratarea avansat a nmolurilor sunt: uscare termic i incinerarea.

Uscareaasigur deshidratarea nmolului, prin evaporarea forat a apei, pn la o umiditate de 10 - 15%, ninstalaii speciale i cu aport energic. S-a calculat c pentru uscarea unui nmol cu umiditatea de circa 80%,pn la o umiditatea de circa 10%, sunt necesare circa 4.500 kcal/kg substan uscat. Pentru reducereanecesarului de cldur se recomand deshidratarea prealabil a nmolului, de aceea deshidratarea termiceste asociat unor procedee mecanice. Dei procedeul este costisitor i puin aplicat, are totui o serie deavantaje legate, mai ales, de valorificarea agricol a nmolului, produce nmol steril, necesit suprafee dedepozitare mici, nu este influenat de prezena substanelor toxice sau inhibatoare etc.Principalele tipuri de instalaii utilizate pentru uscarea termica a nmolului sunt: usctoare cu vetre etajate,usctoare rotative i usctoare prin atomizare. Uscarea nmolului poate avea loc prin sisteme directe cndnmolul vine n contact direct cu gazele fierbini din instalaie, sau prin sisteme indirecte, uscarea avnd loc pesuprafee nclzite cu diferii ageni termici (abur, ap fierbinte etc). Primul sistem este cel mai economic dinpunct de vedere energetic.

Incinerarea nmoluluirealizeaz o oxidarea complet a materiei organice, produsele finale fiind apa, bioxidulde carbon, dioxidul de sulf i cenua (material inert). Acest procedeu se recomand n cazul cnd nmolurilerezultate din epurarea apelor conin substane toxice, ce nu permit valorificarea agricol, depozitarea pe sol sau

aplicarea procedeelor de recuperare a substanelor utile.O obligatorie pentru incinerarea nmolurilor este ca nmolul s aib o umiditate sczut (aplicarea reduceriiprealabile a umiditii) i o putere calorific suficient, iar cantitatea de cenu sa fie ct mai mic. Putereacaloric a nmolului depinde, n special, de cantitatea substanelor solide organice din compoziia sa. Din acestpunct de vedere, nmolurile proaspete conin mai mult substan organic uscat fa de nmolurilefermentate, motiv pentru care se recomand evitarea stabilizrii aerobe sau anaerobe a nmolurilor.Toate instalaiile de incinerare trebuie echipate cu instalaii de splare sau filtrare a gazelor de ardere, pn laobinerea unui coninut de cenu la evacuare de 150- 200 g/m3 nmol.Tehnica incinerrii nmolurilor este ntr-o dezvoltare rapid, realizndu-se diferite procedee i instalaii n acestscop. Ca procedee de baz, incinerarea se realizeaz n cuptoare rotative, cuptoare cu vetre multiple i ardere

n strat (pat) fluidizat.


20/21


20

4.4. Valorificarea i evacuarea final a nmolurilor

Valorificarea nmolurilor nu constituie un scop n sine n epurarea apelor uzate urbane, ea trebuie consideratnumai ca fiind un mijloc de ndeprtare nmolurilor din zona staiilor de epurare, fr a avea un impact negativasupra mediului.

Nmolul din staiile de epurare urbane conin, n afar de gazele de fermentare, unele substane care pot fivalorificate. Unele dintre acestea, cum sunt substanele hrnitoare pentru sol i plante i-au gsit o largutilizare. n schimb, recuperarea de metale i de alte substane utile se aplic n special, la nmolurileprovenite din apele uzate industriale.Valorificarea nmolurilor ca fertilizatori ai solului depinde de procesul de tratare a acestuia. n plus, nmolulfurnizeaz solului substane organice i elemente chimice, cum sunt: Fe, Mn, Zn, Cu, Mo etc. dar, acelaitimp, el poate conine i o serie de elemente i substane nedorite, care, depind a anumit concentraie potdeveni duntoare att pentru sol i plante, ct i pentru apele de suprafa i subterane. n aceast categorieintr metalele grele, microorganismele patogene i compuii organici persisteni.Azotul total coninut n nmolul proaspt este de 4,5% n greutate uscat i de 1,13% n nmolul fermentat, elfiind esenial pentru dezvoltarea frunzelor i tulpinelor plantelor, fosforul sub forma de acid fosforic, acioneazasupra creterii rdcinilor plantelor, fiind 2,25% n nmolul proaspt i de 0,75% n nmolul fermentat.Potasiul sub form de oxid de potasiu (K2O) ajut la formarea clorofilei, iar coninutul lui n nmol proaspteste de 0,5% i de 0,25% n nmolul fermentat, exprimate n greutate uscat fa de cea a nmolului proaspt(Roediger - 1982). Substanele organice din nmol particip la formarea humusului cu consecine favorabileprivind capacitatea solului de a reine apa, de a rezista la eroziune i de a constitui un substrat pentru bacterii.Analiznd valorile substanelor fertilizante din nmolul proaspt i cel fermentat, rezult c nmolul fermentatconine cu 40- 50% mai puine substane fertilizante dect nmolul proaspt. Folosirea nmolului n agriculturse face sub form de nmol lichid proaspt, nmolul lichid stabilizat aerob, nmol lichid pasteurizat, nmoldeshidratat, nmol compostat, nmol uscat (granule sau pulbere) etc. In toate cazurile fiind obligatorie analizacompoziiei chimice a nmolului, precum i respectarea normelor i restriciile ecologice recomandate deageniile de protecia mediuluiPentru eliminarea pericolului de infectare a solului, a culturilor, apelor freatice etc, cu germeni patogeni, oude parazii etc, trebuie luate o serie de msuri de diminuare a potenialului infecios. n acest scop, specialitiiconsider necesar o tratare suplimentara a nmolului (lichid sau deshidratat) n vederea dezinfeciei luirecomandnd pasteurizarea, iradierea, tratare cu ageni chimici, compostarea etc.Pasteurizarea const n nclzirea nmolului la 80- 90 C cteva minute, nainte sau dup fermentare,utiliznd vapori de ap cald, arztoare sau instalaii cu microunde. Un alt procedeu de dezinfecie termic lreprezint i uscarea nmolului.Dezinfecia nmoluluise poate face prin iradiere cu Co-60.Compostarea constituie un procedeu de mineralizare a materiei organice coninute n nmol cu ajutorulmicroorganismelor, realizndu-se n final un material inofensiv, cu volum i greutate reduse, ce poate fi utilizatfr dificulti, din punct de vedere igienic, ca ngrmnt agricol. Nmolul se preteaz mult mai bine lacompostare dac este amestecat cu gunoi menajer.

Aspecte legislative privind valorificarea nmolului n agriculturPrin Legea Proteciei Mediului s-a stabilit cadrul legislativ global n cadrul creia urmeaz s se emit ordine,directive i instruciuni specifice pe domeniu, ntre care se va detalia i problema reciclrii nmolurilorprovenite de la staiile de epurare urbane n general i a valorificrii n agricultur, n particular, n strnscorelare cu parametrii fizico- chimici ai nmolului, ntre care foarte important rmne, coninutul n ap,concentraia n substane organice biodegradabile, concentraia n metale grele i ageni patogeni. Acesteinstruciuni devin absolut necesare n momentul de fa, deoarece pn la nivelul anului 1990 problemaevacurii nmolului din staiile de epurare din ara noastr nu era soluionat n nici un fel prin acordurile iavizele de funcionare. n prezent, n condiiile n care proprietatea privat asupra terenurilor n general, iagricole, n special, s-a stabilit prin lege, evacuarea nmolului pe terenuri trebuie s se fac conform unornorme tehnice i condiii legislative convenabile pentru staiile de epurare i cu att mai mult pentru deintorii


21/21


de terenuri. n acest context, livrarea nmolului ctre agricultori se va face n condiiile respectrii actelornormative ce se refer la calitatea i controlul acesteiaPentru a avea o vedere de ansamblu asupra acestei probleme, se vor prezenta unele aspecte legislative dinrile cu mare experien n acest domeniu, care vor servi ca elemente orientative la elaborarea normelortehnice de depozitare i valorificare a nmolului rezultat din staiile de epurare din Romnia.

n Statele Unite ale Americii depozitarea nmolurilor este reglementat de Legea privind Recuperarea i

Conservarea Resurselor i de Decretul pentru Ap Curat (Clear Water Act), aprobate de Congresul S.U.A. iaplicat n toate statele. n conformitate cu aceste legi Agenia pentru Protecia Mediului (EnvironmentalProtection Agency- EPA), a editat Reglementrile finale privind depozitarea nmolului, care din punctul devedere al sntii publice are n vedere existena a trei feluri de nmoluri:

nmoluri brute nestabilizate, care, potrivit reglementrilor, nu se folosesc pe terenuri agricole, ci suntngropate, incinerate sau uscate la cald;

nmoluri prelucrate prin procese aerobice sau anaerobice, dezinfectare cu clor sau var, compostare itratament termic, toate procesele urmrind reducerea agenilor patogeni. Dup mprtierea pe sol anmolurilor respective, punatul este interzis timp de 6 luni, iar terenurile arabile nu se folosesc timpde 3 ani pentru recolte care vin n contact cu culturile ce sunt destinate consumului uman;

nmoluri prelucrate pentru o nou reducere a agenilor patogeni i care nu au nici un fel de restricieprivind folosirea n agricultur. Procedeele de tratare pentru aceast categorie de nmoluri, constau n

iradiere la energii nalte sau procese termice de pasteurizare, tratare termic, digestie termofil (50-55C). De regul n aceste nmoluri sunt adugate anumite doze de ngrminte chimice. Nmolulse aplic pe teren din aprilie pn n octombrie, prin ncorporare n sol, dozele ajungnd pn la 70 tSU/ha, pentru terenuri cultivate cu porumb.

Ca regul principal se urmrete s se evite contaminarea lanurilor alimentare, astfel nct cerealelerecoltate de pe terenurile pe care s-a administrai nmol s fie folosite numai la hrnirea animalelor.La nivel european, valorificarea n agricultur a nmolului din staiile de epurare urbane a fcut obiectul uneireglementri comune (Consiliul European - 1986) cunoscut sub denumirea Directiva CEE 86/278 care arerolul de a reglementa utilizarea nmolului n agricultur n aa fel nct s se evite efectele nocive asuprasolului, vegetaiei, animalelor i omului, ncurajnd, totodat, utilizarea lui de ctre agricultori tocmai pentru acoordona legislaia intern a rilor componente, astfel nct s nu apar disfuncionaliti n comercializareaproduselor agricole.

Conform acestei Directive a CEE, nmolurile furnizate pentru agricultur trebuie s fie nsoite de un documentn care s se precizeze:

originea nmolului cu identificarea responsabilului pentru producerea i livrarea lui, inclusiv indicareatehnologiei de tratare;

caracteristica arjei livrate, respectiv greutatea, starea fizic, coninutul n substane uscate, n elementefertilizante i concentraia n metale grele;

prescripii i recomandri de utilizare (doze), frecvena de aplicare n funcie de concentraia in metalegrele).

Directiva 86/278 CEE, mai prevede, pentru protecie sanitar, ca nmolul s fie tratat pe cale biologic,chimic sau termic, prin stocaj pe termen lung sau prin orice procedeu care s conduc la reducereasemnificativ a puterii de fermentare, ct i a concentraiei n ageni patogeni. Cu privire la modul de aplicare

pe terenuri, se recomand s se pstreze o distan de 35 m fa de puuri, surse de ap, aduciuni i de 200m faa de cursurile de ap dac panta terenului este mai mare de 7%. Pentru puni i culturi furajere s sepstreze 30 zile ntre mprtiere i recoltare, iar pentru terenuri destinate legumelor i fructelor proaspete sse respecte un an, dau nu mai puin de 10 luni ntre mprtiere i recoltare.Se interzice aeroaspersiunea, cu excepia unor planuri speciale de aplicare a nmolului, iar n cazulnmolurilor solide sau sub form de past este obligatorie ncorporarea n sol n maximum 24 ore, n afaracazurilor de for major.

statii de epurare - tratarea namolurilor

Documents