Universitatea Politehnica Bucureşti

Facultatea Ingineria Sistemelor Biotehnice

PROCEDEE DE USCARE

A DESEURILOR - INSTALATII PENTRU RECICLAREA DESEURILOR -

Student: Flavius DOBRE

Grupa 742

1

Cuprins

2

1. Generalitati…………………………………………………..2

2. Gestionarea deseurilor in Romania…….…………………….6

3. Formarea si caracteristicile namolurilor……………………..8

4. Uscarea deseurilor…………………………………………..15

5. Bibliografie…………………………………………………26

1. Generalitati

3

În ţara noastră, noţiunea de deşeu, este definită în anexa nr. 1 A la Ordonanţa de Urgenţă a Guvernului nr. 78/2000 privind regimul deşeurilor, aprobată cu modificări prin Legea nr. 426/2001: ca fiind orice substanţă, un material sau obiect apărut în urma unui proces biologic (defecaţie, excreţie, respiraţie, căderea frunzelor etc.) sau tehnologic (fabricarea unor piese, prepararea cimentului, a negrului de fum, spălarea cărbunilor etc.), care prin el însuşi, fără a fi supus unei transformări, nu mai poate fi utilizat ca atare.

Sursele de poluare specifice sunt cele industriale, activităţile menajere, mijloacele de transport auto, etc.

Deşeurile, de orice fel, rezultate din multiple activităţi umane, constituie o problemă de o deosebită actualitate, atât datorită creşterii continue a cantităţii şi varietăţii acestora, cât şi datorită importanţei cantităţii de materii prime nefolosite ce pot fi recuperate şi reintroduse în circuitul economic.

Dezvoltarea urbanistică şi teritorială a oraşelor şi creşterea nivelului de trai antrenează producerea unei cantităţi tot mai mari de deşeuri menajere, stradale şi industriale. Efectele dăunătoare ale deşeurilor constau în:

- răspândirea de infecţii prin agenţi patogeni;

- înmulţirea unor insecte şi rozătoare (răspândirea unor maladii);

- poluarea solului, apelor de suprafaţă şi subterane, atmosferei;- aspectul inestetic al mediului.1

Până în prezent, acelaşi obiectiv este prezentat sub diverse denumiri, cum ar fi: deşeuri solide urbane şi industriale, deşeuri organice sau anorganice, deşeuri menajere, stradale şi industriale, rebuturi, refuzuri, gunoi menajer şi stradal etc.2

În domeniul industrial apar trei noţiuni: deşeuri, rebuturi şi reziduuri, care se definesc astfel:

- deşeuri: material sau obiect care prin el însuşi, fără a fi supus uneitransformări, nu mai poate fi utilizat. După destinaţie, deşeurile se pot structura la rândul lor în două subgrupe:

- recuperabile;

- irecuperabile,iar după origine pot fi grupate, de asemenea în două subgrupe:

- rebut: o maşină, un utilaj sau un produs care nu mai poate fi

1 Bularda Gheorghe, Bularda Doru-Cristian şi Catrinescu Theodor – Reziduuri menajere, stradale şi

industriale. Colectarea, depozitarea şi valorificarea materialelor refolosibile, Ed. Tehnică, Bucureşti, 1992,ISBN 973-31-0418-3 ; pag 92 Bularda Gheorghe, Bularda Doru-Cristian şi Catrinescu Theodor – Reziduuri menajere, stradale şi

industriale. Colectarea, depozitarea şi valorificarea materialelor refolosibile, Ed. Tehnică, Bucureşti, 1992,ISBN 973-31-0418-3 ; pag 11

4

folosit direct. Produsele, la rândul lor, la faza de controltehnic se separă în produse bune pentru folosinţă şi rebuturicare nu mai pot fi folosite direct.

- reziduuri: materii prime, materiale sau produse care suntrespinse în cursul unei fabricaţii sau a unor activităţi umane(menaj, comerţ etc.). La rândul lor reziduurilor pot fi:

specifice: sunt deşeuri caracteristice unei anume prelucrări, ca exemplu: aşchiile de metal şi lichidul de răcire pentru atelierele mecanice, nisipul şi bavurile pentru turnătorii etc.;

curente: sunt deşeurile caracteristice în mod net unei producţii: hârtiile, ambalajele, cauciucurile, plasticul, sticla şi altele care se găsesc în mod curent în diferite industrii dar nu sunt specifice cu natura acestora.3

Deşeurile pot fi:a) Din punct de vedere al originii şi al administrării (tabelul 1.1.):

I. deşeuri urbane;II. deşeuri industriale;

b) Funcţie de natura şi locul de producere, deşeuri pot fi clasificate ca în tabelul 1.1.c) După durata (timpul) de producere, deşeuri se regăsesc într-un triplu flux:I. de scurtă durată, adică în momentul în care se consumă sau prelucrează materia, şi aici intră deşeurile menajere de fiecare zi şi deşeurile industriale pentru producţie sau pentru comercializare;II. de durată medie, provenite din obiectele uzate de uz personal sau gospodăresc;III. de lungă durată, care apar în momentul când se elimină, degradează materialul.d) Funcţie de gradul de descompunere:I. biodegradabile, care sunt descompuse de bacterii aerobe şi anaerobe;II. nonbiodegradabile, care nu sunt afectate de procesele biologice.

3 Bularda Gheorghe, Bularda Doru-Cristian şi Catrinescu Theodor – Reziduuri menajere, stradale şi

industriale. Colectarea, depozitarea şi valorificarea materialelor refolosibile, Ed. Tehnică, Bucureşti, 1992,ISBN 973-31-0418-3 ; pag 11-12

5

Deşeuri industriale sunt generate de procedeele de fabricaţie şi pot fi încadrate în trei mari categorii:- deşeuri organice precum deşeurile de hidrocarburi, solvenţi, gudroane;- deşeuri minerale lichide precum cele provenite de la băile de captare şi de tratare la suprafaţă a metalelor;- deşeuri minerale solide precum nisipurile de topitorie, sărurile de călire cianurică.

Cantitatea de deşeuri generată de o ţară este influenţată de o serie de factori, cum ar fi4:- sfera industriilor şi nivelul de industrializare;- numărul de locuitori şi gradul lor de civilizaţie;- poziţia geografică, clima etc.

4 xxx - http://www.societatedurabila.ro/index.php?id=32

6

2. Gestionarea deseurilor in Romania

Din cele 77 milioane tone de deşeuri solide generate în cursul anului 1999, circa 69 milioane tone au fost deşeuri industriale (inclusiv steril minier). Cantitatea de steril minier a fost de 36 milioane tone (circa 52%), iar cantitatea de alte deşeuri industriale a fost de 33 milioane tone.

Cantităţile de deşeuri industriale au variat de la an la an; în 1995 s-a înregistrat cea mai mare cantitate (353 milioane tone) datorită generării unei mari cantităţi de steril – 288 milioane tone; cea mai scăzută cantitate a fost înregistrată în 1999 (69 milioane tone), datorită reducerii drastice a activităţilor miniere, dar şi a activităţilor din metalurgie şi producerea de energie.

Cantitatea globala de deşeuri industriale, altele decât sterilul minier, a scăzut an de an; dacă în 1992 se produceau 111 milioane tone, în 1996 - doar 47,1 milioane tone, iar în anul 1997 - 39,2 milioane tone deşeuri industriale.

Faţă de 1997, cantitatea de deşeuri industriale a scăzut cu 1,5 milioane tone în 1998, iar cea de steril minier a scăzut cu 5,8 milioane tone.

Cantitatea de steril minier a avut o evoluţie fluctuantă în decursul anilor, în funcţie de natura activităţilor extractive; ca tendinţă generala se poate afirma că şi cantitatea de steril a înregistrat o scădere continuă.

Judeţele care au generat cantităţi mari de deşeuri industriale în 1999 au fost Vâlcea, Mehedinţi şi Hunedoara, în care exploatările miniere mai constituie încă una din activităţile industriale de bază. Alte judeţe mari producătoare de deşeuri sunt Alba, Prahova Bacău, Sălaj, Covasna, Galaţi, în care generarea de deşeuri este influenţată de deşeurile provenite din activităţile de tratare a minereurilor, de producere a energiei pe baza de combustibili fosili, din metalurgie sau prelucrarea ţiţeiului.

Unele judeţe, cum ar fi Giurgiu, Botoşani, Vaslui, Brăila, Călăraşi, Vrancea au raportat cantităţi mici de deşeuri industriale produse şi gospodărite. Cantităţile mici se datorează fie restrângerii activităţilor industriale din aceste zone, fie faptului ca aceste judeţe sunt mai puţin industrializate.

7

Principalele categorii de deşeuri industriale generate în 1999 sunt (figura de mai jos):- steril minier 36,0 milioane tone;

- cenuşă şi zgură de termocentrală 64 milioane tone;

- deşeuri metalurgice 2,6 milioane tone;

- nămoluri reziduale 2,5 milioane tone;

- deşeuri chimice 2,2 milioane tone;

- deşeuri feroase 1,9 milioane tone;

- deşeuri din construcţii 3,0 milioane tone.

Activităţile economice mari generatoare de deşeuri sunt următoarele:- industria extractivă 48,0 milioane tone;

- producerea energiei 8,1 milioane tone;

- metalurgie 3,6 milioane tone;

- rafinarea ţiţeiului 2,2 milioane tone;

- industria chimică 2,1 milioane tone;

- industria de maşini, produse metalice 1,4 milioane tone;

- agricultură, zootehnie 1,2 milioane tone;

- industria alimentară 0,9milioane tone.O categorie aparte de deşeuri industriale este reprezentată de deşeurile periculoase.

8

În 1999, în România, au fost identificate 145 de tipuri de deşeuri periculoase, din totalul de 237 înscrise în Catalog European de Deşeuri. Toate aceste tipuri au însumat o cantitate generata de peste 2,2 milioane tone de deşeuri, ceea ce reprezintă 3% din totalul deşeurilor produse în 1999, inclusiv sterilul minier, sau 6,5% - dacă se exclude sterilul.

Cantităţi considerabile de deşeuri periculoase au fost înregistrate în judeţele Vâlcea, Prahova, Alba, Dolj, Bacău, Constanta, Olt. Majoritatea deşeurilor periculoase provin din industria chimică (anorganică şi organică), de la rafinarea petrolului şi din procesele termice.

Principalele tipuri de deşeuri periculoase generate în 1999 au fost:- deşeuri de sodă calcinată (leşii caustice);

- fosfogips;

- deşeuri petroliere;

- zguri din metalurgia neferoasă (a plumbului);-

- deşeuri halogenate din chimia organică;

- nămoluri cianurate cu metale grele;

- baterii uzate cu plumb;

- deşeuri de la epurarea gazelor;

- amestecuri de grăsimi şi uleiuri de la separarea grăsimilor din apele uzate.

3. Formarea si caracteristicile namolurilorEpurarea apelor uzate, în vederea evacuării în receptorii naturali sau a recirculării,

conduce la reţinerea si formarea unor cantitati importante de nămoluri ce înglobează atât impuritatile conţinute în apele brute, cât si cele formate în procesele de epurare.Schemele tehnologice aplicate pentru epurarea apelor uzate industriale si oraseneşti, din care rezultă nămoluri se pot grupa în două mari categorii: cele privind epurarea mecano-chimică si cele privind epurarea mecano- biologică. În fig. 1 si 2 se prezintă principalele surse de nămol în cadrul schemelor de epurare menţionate5.

5 Nixtreanu Viorica – Procese unitare pentru tratarea apelor, Ed. Agir, Bucure;ti, 2001;

9

Fig. 1 Surse de nămol din staţia de epurare mecano-biologicăDin punct de vedere fizic, nămolurile provenite din epurarea apelor uzate se consideră

sisteme coloidale complexe, cu compozitii eterogene, conţinând particule coloidale ( d < 1 n ), particule dispersate (d'= 1 - 100 p ), agregate, material în suspensie etc., avand un aspect gelatinos şi conţinând foarte multă apă. Din punct de vedere tehnologic, nămolurile se consideră ca fază finală a epurării apelor, în care sunt înglobate produse ale activitatii metabolice, materii prime, produşi intermediari şi produse finite ale activitatii industrial.

Fig. 2 Surse de nămol din staţia de epurare mecano - chimicăPrincipalele tipuri de nămol ce se formează în procesele de epurare a apelor uzate sunt:

nămol primar, rezultat din treapta de epurare mecanică; nămol secundar, rezultat din treapta de epurare biologică;

10

-nămol rnixt, rezultat din amestecul de nămol primar şi după decantarea secundară, obţinut prin introducerea nămolului activ în exces în treapta mecanică de epurare;

-nămol de precipitare, rezultat din epurarea fizico-chimică a apei prin adaos de agenţi de neutralizare, precipitare, coagulare - floculare.

După stadiul lor de prelucrare în cadrul gospodăriei de nămol, se pot clasifica: nămol stabilizat (aerob sau anaerob); nămol deshidratat (natural sau artificial); nămol igienizat (prin pasteurizare, tratare chimică sau compostare); nămol fixat, rezultat prin solidificare în scopul imobilizării compuşilor toxici; cenuşa. rezultată din incinerarea nămolului;

Clasificarea nămolurilor după compoziţia conduce la luarea în considerare a două mari categorii: nămoluri cu compoziţie predominant organica ce conţin peste 50% substanţe

volatile în substanţa uscată şi care, de regulă, provin din epurarea mecano-biologică;

nămoluri cu compozitie predominant anorganic! ce conţin peste 50% din substanţa uscată şi care de regulă, provin din epurarea fizico-chimică.

3.1. Caracteristicile fizice ale nămolurilor

Principalele caracteristici fizice care prezintă interes in procesele de prelucrare a nămolurilor sunt următoarele:

1. Culoarea si mirosul care furnizează primele informatii asupra stării nămolului. Nămolurile proaspete din decantoarele primare sunt de culoare cenusie deschis si au un miros aproape imperceptibil. Ele contin resturi menajere si intră usor in fermentatie si produc gaze cu mirosuri neplăcute (hidrogen sulfurat). Nămolurile biologice din decantoarele secundare retinute după procesul de trecere a apei uzate prin filtrele biologice au o culoare maronie, iar la cele de după bazinul de tratare biologică cu aerare (nămolul activat), culoarea acestora variază de la galben - brun, brun - cenusiu pană la brun inchis, in functie de speciile bacteriene predominante.

Mirosul nămolului activat proaspăt, bine aerat, este un miros slab, de humus; nămolul activat incepe să miroasa a substantă organică in descompunere numai in cazul in care concentratia de oxigen din apă este insuficientă pentru a mentine conditii aerobe de procesare, sau forma bazinelor permite acumularea nămolului activat in locuri lipsite de o bună oxigenare (de ex. in colturile bazinului de aerare, marginea decantorul secundar etc). Nămolurile care au fermentat complet au o culoare neagră (datorită sulfurii de fier) si miros de gudron.

2. Umiditatea sau continutul de apă variază in limite foarte largi, in, functie de natura nămolului (mineral sau organic), de treapta de epurare din care provine (primar, secundar, de precipitare etc). Umiditatea nămolului se exprimă in procente si se determină in laborator prin uscare in etuvă la temperatura de 1050 C, sau cu ajutorul analizorului de umiditate (UMIDOTEST).

Umiditatea nămolurilor provine din următoarele feluri de apă: liberă (existentă intre particulele solide), legată coloidal prin tensiuni superficiale de particulele coloidale din nămol,

11

legată capilar si higroscopică. Reducerea volumului de nămol pe seama eliminării apei si a schimbării structurii nămolului, constituie elementul de bază in tratarea nămolurilor. Variatia de volum, ca urmare a schimbării umiditătii, se poate determină cu relatia:

V=100−U 1

100−U 2

In care U1, U2 sunt umiditătile nămolului inainte si după uscare, in %.3. Greutatea specifică a nămolului depinde in mare măsură de greutatea specifică a

materiilor solide pe care le contine, de umiditatea lor si de provenienta nămolului din cadrul statiei de epurare, in sensul că nămolul primar brut are o greutate specifică de 1,004- 1,010 t/m3, nămolul activat in exces are valori mai mici, in jur de 1,00 t/m3 si după ingrosare, 1,003 t/m3. Pentru calcule mai putin precise dacă umiditatea medie a nămolurilor depăseste 90% se poate considera greutatea specifică a nămolurilor egală cu cea a apei.

4. Filtrabilitatea este o proprietate importantă a unui nămol si reprezintă proprietatea acestuia de a ceda apa prin filtrare si se exprimă, cantitativ, prin rezistenta specifică la filtrare (r, in cm/g) si coeficientul de compresibilitate (s).

Pentru determinarea rezistentei specifice la filtrare se utilizează ecuatiile lui Poiseuille si Darcy pentru curgerea fluidelor prin medii poroase capilare, dar cu modificările propuse de Kozeny si Caraman pentru nămoluri.

5. Puterea calorică a nămolului variază in functie de continutul in substantă organică (substante volatile). Se poate determina experimental sau aproximativ cu ajutorul relatiei empirice:

PCn = Sv × 44.4

in care:PCn - puterea calorică netă;Sv - continutul in substante volatile.Experimental, puterea calorică se determină cu ajutorul bombei calorimetrice. Nămolurile primare caracterizate de o concentratie ridicată in substante organice au o putere calorică mai mare fată de nămolurile fermentate, asa cum rezultă si din tabelul urmator.

Puterea calorifică a diverselor nămoluri

12

3.2 Caracteristici chimice ale namolurilor

1. Valoarea pH-ului variază pe parcursul desfăsurarea procesului de fermentare metanică a nămolului, dar trebuie să fie cuprins intre 7 - 7,5 ; adică un proces slab alcalin.

2. Substante solide totale. Nămolurile contin, in medie, peste 90% apă, restul fiind substante solide care, din punct de vedere chimic, pot fi substante minerale si substante organice (volatile).Determinarea compusilor de natură organică (volatilă) din reziduului fix, obtinut după uscarea unei probe de nămol la 1050 C, se face prin calcinarea acesteia la temperatura de 5500 C. Un nămol primar contine 95 - 97% apă si 3- 5% substantă solidă, din care circa 70% reprezintă partea volatilă (V). Dacă acest nămol este apoi fermentat, partea organică se reduce cu 40 - 50%, iar partea minerală (M) creste cu 60 - 65%.

Indicatorul mineral si volatil in substantă uscata constituie un criteriu de clasificare a nămolurilor, astfel:

nămolul organic prezintă M/V < 1; iar cel anorganic prezintă M/V > 1.

Acest criteriu constituie baza de selectie a procedeelor de prelucrare, intrucat un nămol organic este putrescibil si se are in vedere mai intai stabilizarea sa, mai ales pe cale biologică (fermentare aeroba sau anaerobă), pe cand un nămol anorganic se prelucrează prin procedee fizico-chimice (solidificare, extractie de componente utile etc).

3. Fermentabilitatea Această proprietate a nămolurilor se determină prin analiza fermentării unui nămol proaspăt in amestec cu nămol bine fermentat, respectiv, două părti nămol proaspăt si o parte nămol fermentat. Acest amestec de nămol este urmărit timp de circa 30 zile. Pe parcursul experimentului, se determină cantitatea si compozitia gazului produs, cantitatea de acizi volatili si pH-ul.

Substantele organice din nămolurile proaspete se apreciază ca fiind cuprinse intre 60 - 80% din cantitatea totală de substantă uscată, fapt ce conduce la aparitia unor dificultăti in ceea ce priveste uscarea nămolurilor.

Din punct de vedere chimic in nămoluri predomină hidrocarbonatii, grăsimile si proteinele. Studiile experimentale privind fermentabilitatea nămolurilor, au pus in evidentă următoarele cantităti de gaze care se produc functie de compusii chimici:

hidrati - 0,790 Nm3/kg cu o compozitie 50% CH4 si 50% CO2; grăsimi - 1,250 Nm3/kg cu o compozitie 68% CH4 si 32% CO2;

13

proteine - 0,700 Nm3/kg cu o compozitie 71% CH4 si 29% CO2.Productia de gaz se referă la kg substantă organică, fiind maximă la materiile organice cu o

compozitie ridicată de grăsimi de natură organică. In cazul nămolului proaspăt provenit din apele uzate urbane, cantitatea de gaz ce se poate produce este cuprins intre 0,85 - 1,0 Nm3 /kg materii solide organice degradate. Dacă se consideră materia organică din nămolul proaspăt, atunci productia poate fi estimată la 0,4 -0,7 Nm3gaz/kg materie organică introdusă in bazin spre fermentare.

Cantitătile de acizi organici volatili trebuie să fie de circa 500 mg/dm3. Dacă se depăseste valoarea 2.000 mg/dm3, apare riscul ca fermentarea metanică să se oprească, astfel că fermentarea acidă va fi dominantă si deci vor apărea gaze rău mirositoare si un nămol extrem de periculos pentru calitatea mediului.

4. Metale grele si nutrienti. Continutul de nutrienti (N, P, K) prezintă o importantă deosebită atunci cand se are in vedere valorificarea nămolului ca ingrăsămant agricol sau ca agent de conditionare a solului. De asemenea, utilizarea in agricultură a nămolului este conditionată de prezenta si de cantitatea de metalele grele (cupru, cianuri, arsen, plumb etc), care au un grad ridicat de toxicitate si se acumulează in sol. Dacă nămolul urban contine cantităti reduse de metale grele, in general sub limitele admisibile, nămolul rezultat din epurarea in comun a apelor menajere cu cele industriale, in functie de profilul industriei, poate duce la cresterea concentratiei de metale grele in nămol si ca urmare se impune analiza chimică periodică a nămolurilor.

3.3. Caracteristici biologice şi bacteriologice

Nămolurile proaspete (primare si secundare) prezintă caracteristici biologice si bacteriologice asemănătoare cu cele ale apei supuse epurării, cu menţiunea că diminuarea lor în fază apoasă se traduce cu o concentrare în faza solidl

Diferitele procedee de prelucrare a nămolului, conduc si la diminuarea potenţialului microbiologic al nămolului si în mod deosebit al potenţialului patogen. În cadrul unor procedee de prelucrare se creează condiţii de dezvoltare a microorganismelor capabile să transforme unele substanţe prezente din nămol în substanţe utile sau neutre în raport cu mediul înconjurător. Astfel, în bazinul de fermentare anaerobă se dezvoltă microorganisme capabile de mineralizarea materiilor organice care realizează si o reducere relativă a potentialului patogen. În procesul de compostare, prin procese biochimice complete se produce o humificare a materiei organice, iar datorită temperaturii se produce si o dezinfectie a nămolului. Nămolurile rezultate din epurarea unor ape uzate industriale cu potenţial patogen ridicat (ferme de animale, tăbăcării, abatoare etc) trebuie prelucrate în mod corespunzător. Unele categorii de ape uzate ce nu prezintă un mediu prielnic de viata pentru microorganisme (pH acid, prezenţa unor metale toxice etc) conduc la formarea de nămoluri fără potenţial patogen.

14

4. Uscarea deseurilor

Reducerea avansată a umidităţii nămolului se poate realiza prin evaporarea forţată aapei, până la o umiditate de 10-15%, în instalaţii speciale şi cu aport de energie exterioară.

Principalele tipuri de instalaţii utilizate pentru uscarea termică a nămolului sunt:uscătoare cu vetre etajate, uscătoare rotative şi uscătoare prin atomizare. Pentru calculuinecesarului de căldură ce trebuie furnizată sistemului trebuie să se ţină seama, în principal, denecesarul pentru evaporarea apei din nămol, preîncălzirea materialului, dezodorizarea gazelorrezultate etc. Întrucât randamentul termic al instalaţiilor nu depăşeşte, de regulă, 50%, s-acalculat că pentru uscarea unui nămol cu umiditate d circa 80%, până la umiditate de circa10%, sunt necesare circa 4500 kcal/kg substanţă uscată. Pentru reducerea necesarului decăldură se recomandă deshidratarea prealabilă a nămolului, preîncălzirea aerului admis însistem şi recuperarea căldurii reziduale. Deşi procedeul este costisitor şi puţin aplicat, aretotuşi o serie de avantaje legate, mai ales, de valorificarea agricolă a nămolului: producenămol steril, reduce considerabil volumul de materialului datorită îndepărtării apei, necesităsuprafeţe de depozitare mici, este practic neinfluenţat de prezenţa substanţelor toxice sauinhibatoare.

Cercetări recente vizând utilizarea energiilor neconvenţionale în deshidratareanămolului au pus în evidenţă posibilitatea utilizării energiei solare, mai ales pentru surse denămol cu emisie intermitentă (de exemplu din industrializarea sfeclei de zahăr) şi zone cuinsolaţie prelungită. Captatorii solari (realizaţi de ICPGA în colaborare cu InstitutulPolitehnic Cluj), de tip aer-aer, furnizează aer încălzit la temperatura de 75...85 0C, ce setrimite pe un uscător tip bandă (acoperit), pe care circulă nămolul în prealabil deshidratat.

Experimentările efectuate pentru nămol de la fabricile de zahăr au condus laobţinerea unui materila uscat cu umiditate finală de 10-12%, alimenatrea bandei făcându-secu nămol cu umiditatea de circa 60%. Materialul uscat poate fi omogenizat (sau granulat),însăcuit şi transportat în condiţii similare cu îngrăşămintele chimice minerale.

Pentru cantităţi mici de nămoluri cu conţinut de metale, pentru reintroducerea încircuitul economic, prinîntreprinderile de prelucrarea minereurilor, s-a utilizat tehnologia deuscare cu energie solară cu instalaţie de uscare cu platouri suprapuse. Aerul cald obţinut de lacaptatorii solari poate fi utilizat pentru uscarea nămolului şi pe platforme de uscareanămolului închise şi cu ventilaţie forţată.

15

Fazele procesuluiCele trei faze importante ale deshidratării termice includ faza de încălzire, o fază

constantă şi una de descreştere. În timpul fazei de încălzire, temperatura nămolului şi eficienţauscării cresc până la condiţiile staţionare ale fazei constante. Faza de încălzire în mod normaleste scurtă, şi are ca rezultat o uscare redusă. În timpul fazei constante, umiditatea interioarăse înlocuieşte cu umiditatea exterioară deoarece se evaporă de la suprafaţa saturată anămolului. Transferul căldurii la suprafaţa de evaporare controlează eficienţa de uscaresimilar cu evaporarea apei dintr-un lac. Faza constantă care în general este faza cu perioada dedesfăşurare cea mai lungă, este faza cea mai importantă din procesul de uscare.

Eficienţa de uscare, independentă de mecanismul intern precum debitul de lichid,depinde de următorii trei factori externi: coeficientul de transfer al căldurii sau transferul demasă, suprafaţa expusă mediului de uscare, diferenţele de temperatură şi de umiditate dintremediul uscat şi suprafaţa umedă a nămolului. În final, în timpul fazei de descreştere,umiditatea externă se evaporă rapid şi este înlocuită de umiditatea internă. Ca rezultat,suprafaţa expusă nu mai este saturată, căldura latentă nu este transferată la fel de repede ca şicăldura sensibilă ce vine de la suprafaţa de încălzire, temperatura nămolului creşte şi eficienţauscării scade. Punctul de trecere de la faza constantă la cea de descreştere este numitumiditate critică.

Teoria uscării nămoluluiClasificarea utilajelor de uscare este bazată pe o metodă predominantă de transfer a

căldurii la materiile solide umede. Aceste metode sunt: convecţia, conducţia, radierea sau ocombinaţie a acestora.

În sistemele de uscare prin convecţie (uscare directă), nămolul umed intră în contactdirect cu mecanisme de transfer a căldurii, de obicei gaze fierbinţi.

În sistemele de uscare prin conducţie (uscare indirectă), peretele ce reţine materiilesolide separă nămolul umed de suprafaţa de transfer a căldurii, în mod normal aburi sau unfluid fierbinte.

În sistemele de uscare prin radiere, sistemele cu lămpi cu infraroşu, sistemele curezistenţe electrice sau energia radiantă de alimentare a refractorilor încălziţi cu gaz ce setransferă la nămolul umed şi evaporă umezeala.

Principalele sisteme de uscare a nămoluluiUtilajele de uscarea nămolului sunt grupate în patru categorii: directe, indirecte,combinate şi cu infraroşu.

Utilaje directeUtilajele directe (prin convecţie) ce au fost folosite cu succes în deshidratarea

nămolului rezultat de la epurarea apelor uzate, includ utilaje de uscare prin pulverizare, utilajede uscare rotative, utilaje de uscare cu pat fluidizat.

16

Utilajele cu pat fluidizat, sau utilajele cu transportor pneumatic se compun dintr-uncuptor de ardere, mixer, dezintegrator, separator tip ciclon, ventilator pentru împrăştiereavaporilor. Mixerul are rolul de a amesteca nămolul umed cu turtele uscate pentru a realiza unamestec de alimentare cu 40-50% umiditate.

Uscătoarele rotative (figura Uscatorului rotativ) sunt folosite pentru uscarea nămolului primar, a nămolului în exces şi a nămolului fermentat.

Un utilaj de uscare rotativ este alcătuit dintr-o carcasă din oţel ce se roteşte pe un lagărşi este montat în mod normal cu axa înclinată uşor faţă de orizontală. Nămolul influent esteamestecat împreună cu turtele de nămol deshidratate într-un malaxor localizat la un capăt alutilajului de uscare rotativ. Amestecul are o umiditate de aproximativ 65%, ceea ce îl facecapabil să se mişte fără să se lipească de utilaj. Produsul, amestecat continuu, intră pe lacapătul superior al utilajului de uscare, împreună cu gazul, la o temperatură ce variază intre260 si 482ºC. Amestecul şi gazele fierbinţi sunt transportate spre capătul de evacuare alutilajului. În timpul transportului, trecerea axială împreună cu rotirea uşoară a pereteluiinterior a utilajului evacuaează nămolul în exterior. Aceasta crează un strat subţire departicule tasate, ce iau contact direct cu gazele fierbinţi şi se usucă rapid. Gazele evacuate iesdin utilaj la temperaturi ce variază între 66 şi 105ºC şi trec printr-un echipament de control,pentru îndepărtarea mirosului şi a particulelor în suspensie. Produsul rezultat în urma uscăriiare un conţinut în materii solide cuprins între 90 şi 95% şi este uşor de manipulat, dedepozitat şi de valorificat ca fertilizator sau ca material de îmbunătăţire calitativă a solului.

Uscător rotativ

17

Utilajul de uscare cu pat fluidizat (prima figura de mai jos) conţine o cameră verticală fixă, perforată la partea inferioară prin care sunt forţate să treacă gazele fierbinţi de către un grup de suflante. Uscătorul produce un nămol granulat similar cu cel obţinut în sistemele de uscare rotative. În interiorul patului fluidizat se menţine o temperatură de aproxiamtiv 120ºC.

În figura a2-a de mai jos se prezintă o schemă clasică a unui sistem de uscare cu pat fluidizat. Un transportor cu şnec alimentează nămolul umed printr-o închidere pneumatică. În utilaj, gazul încălzit face ca nămolul să devină fluid sau îl transformă în nămol în suspensie odată cu patul de nisip. Gazele încălzite de la sistemul de ardere intră în camera de refulare şi o placăperforată aşezată la bază distribuie uniform gazele prin utilaj. Aceasta produce un amestec lanivel ridicat şi un contact intim între particulele solide şi gazul fierbinte având ca rezultat untransfer de căldură între faza solidă şi cea gazoasă. Turtele uscate ies din utilaj prin deversareprintr-o conductă sau peste un prag ajustabil cu închidere pneumatică. Orificiile de evacuareinsuflă gazele într-un separator tip ciclon sau la alte echipamente de control a aerului poluat.

Schema de principiu a unui sistem de deshidratare cu pat fluidizat

18

Utilaj uscare cu pat fluidizat

Utilajele de uscare indirecteUtilajele de uscare indirecte sunt echipamente poziţionate vertical sau orizontal. Ele

includ utilajele de deshidratare cu palete (raclete), utilajele de uscare cu discuri şi utilajele tipevaporator cu efect multiplu.

Utilajele cu raclete şi cele cu discuri sunt constituite dintr-un rezervor orizontal fix, cuo carcasă prin care circulă căldura. Rezervorul sau jgheabul conţine un ansamblu de agitatoare(discuri, palete) montate pe un arbore rotaţional. Rotorul şi agitatoarele permit transferulcăldurii şi circulaţia agentului termic prin partea centrală. Pot fi folosiţi şi alţi agenţi termicica apă fierbinte sau ulei. Agitatoarele nu au rol doar de transport a nămolului prin unitate, ci şirol de transfer a căldurii la suprafaţa de contact cu nămolul. Discurile sunt fabricate din oţelsau din inox iar unele utilaje sunt furnizate cu o combinaţie de cele două tipuri de materiale.Unităţile pot fi de asemenea, construite din diferite aliaje speciale dacă sunt prezente mediiputernic corozive. O schemă de principiu este prezentată în figura

Concentraţii de materii solide din nămolul uscat variază între 65 şi 95% în funcţie deutilizarea sau dispunerea finală.

19

Schema de principiu a deshidratării indirecte

Utilaje de uscare combinateUtilajul de uscare combinat, este alcătuit dintr-un rezervor sau un jgheab căptuşit ce

foloseşte un volum mare de gaze încălzite ca mediu de încălzire sau care face trecerea gazuluiapoi la utilajul indirect. Acest mod de funcţionare reduce punctul de fierbere a substanţelorvolatile şi are efect de fluidizare, acestea îmbunătăţind coeficientul de transfer al călduriidintre nămol şi suprafaţa încălzită. Alt avantaj al acestei metode de funcţionare este acela căîncălzirea directă sau indirectă poate varia pentru a minimiza consumul de energie şi pentru amări eficienţa de uscare.Utilaje de deshidratare cu radiaţii infraroşii.

Aplicaţiile de uscare a nămolului provenit de la epurarea apelor uzate orăşeneşti curadiaţii infraroşii în mod normal implică combustia (un cuptor de uscare cu infraroşu saumultiple cuptoare de uscare).

Caracteristicile nămolului uscat depind de natura nămolului influent, de tipulproceselor din amonte, de suprafaţa expusă procesului de uscare. Granulele de nămol vor

20

varia între 6 şi 8 mm. Pentru comercializare, granulele trebuie să aibe dimensiuni cuprinseîntre 3 şi 5 mm şi pentru aceasta se va proceda la o sitare a acestuia6.

Cuptorul rotativConstă dintr-un cilindru căptuşit cu material refractar, cu axul puţin înclinat faţă de

orizontală. Nămolul este injectat la capătul amonte şi, în timp ce este ars, este transportat lacealaltă extremitate prin mişcarea de rotaţie a cilindrului. Pentru a asigura o bună funcţionarea cuptorului este necesar să se mărunţească materialul, înainte de alimentare, pentru a obţine osuprafaţă suficient de mare şi a asigura o distribuţie uniformă a acestuia.Cuptorul cu pat fluidizat

Incineratorul cu pat fluidizat este un echipament de formă cilindrică, ceconţine un pat de nisip de aproximativ 0,8 m grosime şi duze pentru admisia aerului la opresiune de 20 – 35 kPa şi pentru menţinerea patului de nisip în suspensie. Nămolul seamestecă repede cu patul fluidizat prin mişcarea turbulentă a nisipului. Temperatura minimă anisipului înainte de introducerea nămolului trebuie să fie de aproximativ 700ºC şi trebuie

6 Xxx - Normativ Pentru Proiectarea Construcţiilor Şi Instalaţiilor De Epurare A Apelor Uzate Orăşeneşti –Partea A V- A : Prelucrarea Nămolurilor, Indicativ NP 118-06.

21

menţinută mai apoi la valori cuprinse între 760 şi 820ºC. Evaporarea apei şi incinerarea au locrapid, iar cenuşa şi gazele rezultate în urma arderii sunt evacuate pe la partea superioară autilajului.

Într-un incinerator cu pat fluidizat materiile solide din nămol au o mişcare fluidă întrunspaţiu închis, prin trecerea aerului de combustie prin zona patului fluidizat.

În această fază materiile solide sunt separate unele de altele cu ajutorul aeruluiintrodus pentru fluidizarea patului prezentând o suprafaţă mai mare de contact gaz-solid.Datorită suprafeţei mari de contact, eficienţa termică este mare în majoritatea incineratoarelorcu pat fluidizat.

Dispersia gazului prin patul fluidizat se face prin duze special proiectate să asiguremixarea completă a amestecului de nisip cu nămol. Variaţiile de temperatură ale patuluifluidizat dintr-o anumită zonă în alta a incineratorului nu trebuie să depăţească 6-8ºC.

22

Uscator cu pat fluidizat.

Selectarea şi proiectarea sistemului de incinerare a nămolului este o sarcină complexă,tehnică, ce necesită specializare. Procedura de proiectare include metode empirice care sebazeaza pe datele furnizate de staţiile pilot. Asemenea informaţii sunt în general recomandateca fiind corespunzătoare şi pot fi brevetate de către fabrici care vor dezvolta calculele deproiectare după ce introduc date, condiţii şi specificaţii pentru operare.

Cuptorul cu vetre multipleCuptoarele cu vetre multiple sunt folosite pentru transformarea turtelor de nămol

deshidratat în cenuşă. Acest tip de utilaj se foloseşte de obicei doar în staţiile de epurare foartemari, datorită complexităţii procesului şi a costului de investiţie ridicat. Acest tip de utilajpoate fi folosit, de asemenea, doar pentru uscarea nămolului.

O secţiune transversală a unui furnal cu multiple vetre este reprezentată în figura 9.22.Un furnal cu multiple vetre este poziţionat vertical, este de formă cilindrică, din oţel refractarşi conţine o serie de rafturi orizontale sau vetre. Un arbore central se roteşte în interiorulvetrei. Braţele metalice sunt ataşate pe arborele central iar prin ele va trece aer pentruventilare. Fiecare braţ este dotat cu o serie de dinţi ce pot fi înclinaţi în direcţia de rotaţie sauinvers direcţiei de rotaţie. Braţele inverse sporesc timpul de retenţie al nămolului şiîmbunătăţesc uscarea. Aerul de combustie intră pe la partea inferioară a vetrei şi circulăascendent prin duzele vetrei în contracurent cu nămolul. Aerul este evacuat pe la parteasuperioară a vetrei, la un schimbător de căldură şi apoi la un echipament de control al aeruluipoluat.

În general, curgerea materiilor solide se face descendent prin furnal. Cursul radial, estecauzat de acţiunea formei înclinate a racloarelor metalice, poziţionate pe braţele montate depe arborele central.

Mişcarea are loc într-o serie de paşi discreţi fiecărui dinte revenindu-i câte o parte dematerii solide. Materiile solide sunt împinse radial de câteva ori, în fiecare vatră în care au operioadă de staţionare.

Procesul are ca efect brăzdarea şi răsucirea nămolului astfel încât acesta să fie cât maibine expus procesului de uscare. Suprafaţa efectivă pentru uscare se estimează a fi 130% dinsuprafaţa plană a vetrei. Cenuşa uscată se evacuează pe la partea inferioară a furnalului şi estereţinută fie sub formă umedă fie sub formă uscată7

7Weiner Ruth E şi Robin A. Matthews – Environmental Engineering, Elsevier Science, USA, 2003;

23

Cuptorul cu vetre multiple

Cuptorul cu vetre multiple, are trei zone: zona de uscare, zona de incinerare zona derăcire. Majoritatea apei din nămol se evaporă în zona vatrei superioare sau în zona de uscare.Temperatura creşte în zona de uscare de la 430 la 760ºC. Produsul uscat este apoi incinerat latemperaturi cuprinse între 760 şi 930ºC în zona centrală a vetrei, numită şi zona de incinerare.Materiile volatile şi materiile solide sunt incinerate în vatra superioară şi în cea de mijloc.

24

Aerul insuflat răceşte cenuşa până la o temperatură cuprinsă în intervalul 90-200ºC în vatra . inferioară şi o evacuează pe la partea inferioară a cuptorului.

Nămolul influent trebuie să conţină mai mult de 15% materii solide datorită limiteimaxime de evaporare a echipamentului. Este nevoie să se adauge combustibil suplimentaratunci când conţinutul de materii solide al influentului este cuprins între 15 şi 30%. Cantitateamedie de nămol influentă este de aproximativ 40 kg/m2 h.

Cuptorul cu vetre multiple a fost folosit cu succes pentru distrugerea termică adiferitelor tipuri de nămoluri. Avantajele furnalului cu mai multe vetre sunt: spaţiul necesarmic, fiabilitatea mare, uşurinţa în exploatare, eficienţa ridicată, reducerea mare a volumuluide nămol şi evacuarea de cenuşă sterilă. Dezavantajele includ întreţinerea sporită, necesităefort ridicat, consum mare de energie, probleme de poluare a aerului, probleme de miros,costuri ridicate ale investiţiei şi complexitatea sistemului8.

Alte tipuri de instalaţiiPentru incinerarea nămolului sau altor reziduuri industraile apoase se mai utilizează

instalaţii de oxidare umedă, instalaţii de piroliză, incinerare prin automatizare etc.Este avantajos ca incinerarea nămolului să se realizeze împreună cu gunoaiele

menajere şi alte reziduuri industriale, alegându-se tipul de instalaţie în corelaţie cucaracteristicile materialelor. La incinerarea în comun cu gunoaiele menajere, nămolul trebuiedeshidratat până la o umiditate apropiată de a gunoiului şi adăugat în proporţie de 10-15%(faţă de gunoi); cele mai multe instalaţii de ardere sunt dotate cu echipamente pentrurecuperarea căldurii9.

CONTROLUL EMISIILOR

Proiectarea sau exploatarea inadecvată a procesului pentru prelucrarea nămolurilor potavea o contribuţie semnificativă la poluarea aerului. Două probleme importante asociate cuprocesul de incinerare sunt mirosul şi emisiile rezultate în urma arderii.

Cantitatea şi calitatea emisiilor rezultate în urma arderii depind de metoda folosităpentru incinerare, de compoziţia nămolului şi de compoziţia carburantului auxiliar10.

8 Xxx - Normativ Pentru Proiectarea Construcţiilor Şi Instalaţiilor De Epurare A Apelor Uzate Orăşeneşti –Partea A V- A : Prelucrarea Nămolurilor, Indicativ NP 118-06.9 Xxx - Normativ Pentru Proiectarea Construcţiilor Şi Instalaţiilor De Epurare A Apelor Uzate Orăşeneşti –Partea A V- A : Prelucrarea Nămolurilor, Indicativ NP 118-06.10 Xxx - Normativ Pentru Proiectarea Construcţiilor Şi Instalaţiilor De Epurare A Apelor Uzate Orăşeneşti –Partea A V- A : Prelucrarea Nămolurilor, Indicativ NP 118-06.

25

Bibliografie

1. Xxx - Normativ Pentru Proiectarea Construcţiilor Şi Instalaţiilor De Epurare A Apelor Uzate Orăşeneşti –

Partea A V- A : Prelucrarea Nămolurilor, Indicativ NP 118-06.

2. Weiner Ruth E şi Robin A. Matthews – Environmental Engineering, Elsevier Science, USA, 2003;

3. Bularda Gheorghe, Bularda Doru-Cristian şi Catrinescu Theodor – Reziduuri menajere, stradale şi

industriale. Colectarea, depozitarea şi valorificarea materialelor refolosibile, Ed. Tehnică, Bucureşti, 1992, ISBN 973-31-0418-3 ;

4. http://www.societatedurabila.ro/index.php?id=32

5. Nixtreanu Viorica – Procese unitare pentru tratarea apelor, Ed. Agir, Bucure;ti, 2001;

6. “GESTIONAREA DEŞEURILOR INDUSTRIALE” Moşneguţu E.

7. “Metode si tehnologii de gestionare a deseurilor” Institutul National de Cercetare-Dezvoltare pentru Protectia Mediului – ICIM Bucuresti

26