Lucrare de specialitate
Metode avansate de epurare a apelor uzate
Profil: Resurse naturale şi protecţia mediului Calificare:Tehnician Calificare:Tehnician ecolog şi protecţia calităţii mediului
2011
1
Cuprins
Argument...................... Argument................................... ........................... ........................... ........................... ........................... ........................... ......................2 ........2 Capitolul 1. Noţiuni generale-Definirea şi scopul epurării avansate.......................3 avansate.......................3 1.1. Epurarea avansată........................... avansată......................................... ........................... ........................... .........................5 ...........5 1.2. Evoluţia tehnologiilor de epurare....................... epurare.................................... ........................... ......................6 ........6 1.3. Importanţa proceselor de filtrare în tehnologia de epurare a apelor uzate......................... uzate...................................... ........................... ........................... ........................... ........................... ........................... ........................... .............77 Capitolul 2. Metode avansate de epurare a apelor uzate .................. ............................... ..................9 .....9 2.1. Microfiltrarea (micrositarea)................... (micrositarea)................................. ........................... ........................... ....................9 ......9 2.2. Filtrarea prin mase granulare...................... granulare.................................... ........................... .......................... .............11 11 Capitolul 3. Metode fizico-chimice de epurare avansată........................... avansată......................................12 ...........12 3.1. Coagularea chimica....................... chimica.................................... ........................... ........................... ........................... ..............12 12 3.2. Adsorbţia……………………… Adsorbţia………………………………………………… ……………………………………….…14 …………….…14 3.3. Osmoza inversă......................... inversă....................................... ........................... ........................... ........................... .................15 ....15 Capitolul 4. Metode biologice de epurare avansată......................... avansată...................................... .....................19 ........19 4.1. Nitrificarea.................... Nitrificarea................................. ........................... ........................... ........................... ........................... ....................19 .......19 4.2. Denitrificarea..................... Denitrificarea.................................. ........................... ........................... ........................... ........................... ...............20 ..20 4.3. Eliminarea fosforului...................... fosforului.................................... ........................... ........................... ........................... ................21 ...21 4.4. Striparea cu aer......................... aer...................................... ........................... ........................... ........................... .....................22 .......22 4.5. Irigarea cu ape uzate......................... uzate...................................... ........................... ........................... .......................... .............22 22 4.6. Iazuri de stabilizare........................ stabilizare...................................... ........................... ........................... ........................... ................23 ...23 4.7. Bazine cu nămol active si filtre biologice.............................. biologice........................................... ..................23 .....23 4.8. Bazine de denitrificare……………………………………… denitrificare………………………………………………….....25 ………….....25
2
Bibliografie…………………………………………………………………….……….26
Argument
Apa este una dintre cele mai importante resurse pentru om şi pentru întregul regn vegetal şi animal. Ea reprezintă viaţă, dar şi calitatea vieţii. Apa,element indispensabil vieţii,este,în acelaşi timp,resursa naturală fundamentală,fără de care nu ar fi posibilă desfăşurarea activităţilor omului şi nici viaţa pe Pământ. Din păcate nu toată lumea apreciază apa în adevăratul sens al cuvântului.Calitatea apelor este serios afectată de inconstienţa oamenilor ce deversează apă uzată în apele curate. Singura soluţie de a îndrepta răul deja făcut este epurarea.Epurarea apei este operaţia de îndepărtare din apele potabile,industriale,de canal,a substanţelor care le fac improprii anumitor întrebuinţări. Mai pe scurt,epurarea apei are ca sinonim purificarea apei. Recuperarea şi refolosirea apelor uzate determină economisirea unei cantităţi echivalente de apă naturală de calitate superioară,concomitent cu reducerea poluării şi deci conservarea şi protecţia resurselor naturale de apă disponibile Procesul de epurare a apelor uzate trebuie să fie realizat prin metode avansate care au ca rol obţinerea unor rezultate foarte bune,dar în acelaşi timp,preţul trebuie să fie unul mediu spre scăzut. În acest atestat,cu titlul "Metode avansate de epurare a apelor uzate”,voi prezenta metodele avansate utilizate în epurarea apelor care îndeplinesc cu success raportul calitate-preţ.
3
Capitolul 1 Noţiuni generale-Definirea şi scopul epurării avansate
În cadrul programului complex de protecţie a apei şi a mediului înconjurător,epurarea avansată constituie o soluţie eficientă atât pentru protecţia emisarilor cât şi pentru asigurarea unor cantităţi suplimentare de apă necesare unităţilor din industrie şi a celor din agricultură. Epurarea avansată cuprinde acele metode şi procedee care permit fie obţinerea unor grade de epurare mai ridicate decât cele asigurate prin procedeele clasice,fie îndepărtarea unor poluanţi care trec neschimbaţi prin treptele de epurare mecanicobiologice. Procedeele de epurare avansată pot modifica,complet sau înlocui mai multe faze ale tehnologiei clasice de epurare Dezvoltarea în ultimul timp a epurării avansate este dată fie de necesitatea diminuării debitului de poluanţi descărcaţi în emisari pentru a nu periclita folosinţele din aval,fie din dorinţa de a produce o apă de calitate adecvată pentru recircularea ei.În acest mod,datorită dezvoltării procedeelor de epurare avansată,apele uzate pot să devină o importantă resursă de alimentare cu apă pentru unităţile din industrie şi agricultură. În legătură cu aceasta,în practica epurării apei a crescut rolul filtrelor cu strat filtrant granular,instalaţii eficiente şi simple în exploatare,folosite atât în epurarea avansată 4
după treptele mecano-biologice,cât şi pentru epurarea directă cu o singură treaptă a apelor uzate,pentru scopuri industriale şi chiar potabile. De ce epurarea avansată? În apele naturale au loc procese care determină reducerea efectelor dăunătoare pe care le au poluanţii existenţi în apele uzate,prin diluare,dispersie,depunere,neutralizare,reducere,oxidare, care acţionează asupra suspensiilor şi substanţelor organice În sistemele acvatice pot avea loc procese cu efect opus celor de autoepurare,cum ar fi concentrarea şi acumularea unor substanţe nocive,persistente,interacţiunea unor poluanţi cu formarea unor produşi cu nocivitatea sporită Autoepurarea nu acţionează asupra unor anumite categorii de substanţe toxice sau de virusuri,iar ca urmare a apariţiei continue de noi compuşi organici creşte numărul de poluanţi care rezistă proceselor de autoepurare sau de epurare clasică. În natură,apele foarte poluate nu se regenerează decât în mică măsură,iar alimentarea din astfel de resurse pune problem noi,fiind necesare măsuri şi tehnologii moderne cu eficienţă sporită. Atunci când capacitatea de autoepurare a unui curs de apă este depăşită,se impune readucerea debitului poluanţilor evacuaţi prin epurare,iar gradul de epurare care trebuie realizat pentru o anumită apă uzată depinde de raportul dintre debitul poluanţilor aduse de acea apă uzată şi capacitatea totală a autoepurarii râului disponibilă în acel punct. În mod practic,gradul de epurare poate varia între 0 şi aproape 100%. Creşterea debitului de poluanţi este legată de sporul de populaţie,de creşterea producţiei industriale şi a celei agricole. Prin creşterea gradului de utilizare a resurselor de apă ca urmare a nevoilor crescânde de apă,cât şi a disponibilităţii limitate a resurselor natural,se impune creşterea gradului de epurare a apelor uzate(100%),cu tendinţa spre epurarea totală,prin utilizarea epurării avansate sau a epurării terţiare. Epurarea mecanică şi cea biologică reprezintă cele două trepte ale epurării clasice a apelor uzate,care se intercondiţionează reciproc,Prin aceste tehnologii se îndepărtează o parte din materiile în suspensie,cât şi cele organice. Epurarea mecano-biologică nu este capabilă,în marea majoritatea a cazurilor,să îndepărteze din apele uzate o bună parte din materiile impurificatoare,denumite rezistente la procesele de epurare.Efectele toxice ale materiilor refractare sunt 5
multiple.Sunt cunoscute,de exemplu,efectele neplăcute şi chiar dezastruoase ale detergenţilor,produselor petroliere,chiar şi la concentraţii reduse ale acestora,asupra faunei piscicole.Deşi,poate,uneori efectele nocive ale materiilor refractare aspura omului sunt mai puţin vizibile decât în cazul faunei piscicole,expunerea repetată a organismelor umane la concentraţii mici de materii rezistente la procesele de epurare poate reprezenta un pericol potenţial pentru sănătatea publică. Utilizarea pentru consum a apelor care conţin materii rezistente la procesele de epurare poate avea efecte cumulative,urmate chiar şi de îmbolnăviri grave. Sunt de menţionat,în aceaşi ordine de idei,şi efectele inestetice,neplăcute,produse de aceste materii. Efectele economice negative sunt de asemenea importante:degradarea betonului sau a metalului la unele construcţii hidrotehnice,alterarea schimbătorilor de ioni,inhibarea proceselor biologice de epurarea a apelor uzate,dereglarea proceselor de coagulare-sedimentare a apelor uzate. Din cele de mai sus rezultă,evident,necesitatea elaborării unor tehnologii de epurare,şi aceasta în cadrul unei a treia trepte de epurare,care să conducă la îndepărtarea parţială sau chiar totală a materiilor rezistente la procesele de epurare.Această tehnologie sau treaptă de epurare este numită epurare avansată sau epurare terţiară.
1.1. Epurarea avansată
Epurarea avansată (epurarea terţiară) cuprinde acele metode şi procese care permit,pe de o parte,obţinerea unor grade de epurare mai ridicate decât cele asigurate 6
de procesele clasice de epurare primară şi secundară,iar pe de altă parte îndepărtarea unor poluanţi care trec neschimbaţi prin treptele de epurare primară şi secundară,compuşi organic toxici sau rezistenţi la atacul microorganismelor,săruri minerale incluzând combinaţii care stimulează creşterea excesivă a algelor în râuri,lacuri.
Există procese de epurare avansată care pot modifica sau înlocui una sau mai multe(eventual toate) faze ale tehbologiei clasice de epurare. Pentru instalaţiile noi,procesele de epurare avansată folosite independent pot reprezenta uneori o variantă mai economică comparativ cu procedeele convenţionale,prezentând,ca avantaje,în special efectele încărcărilor fizicochimice,adaptarea la variaţia debitelor şi respectiv a încărcărilor,insensibilitatea la substanţe toxice pentru sistemele de epurare biologică,posibilităţi de comandă automată. Scopul epurării avansate este acela de a diminua debitul de poluanţi descărcaţi în emisari sau de a produce o apă de calitate adecvată pentru refolosire.
1.2. Evoluţia tehnologiilor de epurare
La început, când capacitatea de asimilare a mediului nu era depăşită local, îndepărtarea poluanţilor insolubili se asigura prin efectul grătarelor(pentru impurităţi grosiere) sau prin deznisipatoare şi decantoare(pentru nisipuri şi suspensii fine).Acest fel de epurare a fost numit epurare mecanică sau primară.În epurarea primară se reţin,în afara poluanţilor insolubili inerţi,şi materii organice capabile să consume oxigen,eficienţa de îndepărtare a acestora,sub aspectul CBO5,fiind de 30-35%. Ulterior,ca urmare a necesităţii sporirii gradului de epurare,a fost necesară adoptarea proceselor biologice,constituite din biofiltre,instalaţii cu nămol activ,prin care să se asigure şi îndepărtarea poluanţilor dispersaţi coloidal şi a unor substanţe organice dizolvate.Acest fel de epurare a fost numit epurare biologică sau secundară. De obicei,epurarea secundară se aplică apelor uzate care au fost supuse epurării primare.Prin combinarea celor două mtode de epurare se poate ajunge la îndepărtări ale materiilor organice consumatoare de oxigen şi a suspensiilor de circa 90%. 7
Creşterea debitului de poluanţi în anumite zone intens populate şi puternic industrializate,precum şi a complexităţii substanţelor chimice evacuate care nu sunt afectate de epurarea convenţională, au condus,mai ales în ultimii 25-30 de ani,la situaţia ca gradul de epurare realizat prin epurarea mecanică şi biologică să fie insuficient,impunându-se aplicarea altor procese de epurare în paralel cu măsurile de prevenire a poluării la sursă,prin intervenţii directe în procesele tehnologice. Recuperarea şi refolosirea apelor uzate determină economisirea unei cantităţi echivalente de apă naturală de calitate superioară,concomitent cu reducerea poluării şi deci conservarea şi protecţia resurselor naturale de apă disponibile. Prin aplicarea unor metode de epurare evansata de mare eficacitate, capabile să îndepărteze şi substanţele rezistente la procesele de epurare din apele uzate ,se ajunge la obţinerea unei ape de foarte bună calitate.Evacuarea într-un emisar a unei astfel de ape nu ar fi raţională,mai ales că ea va fi obţinută tocmai din zonele unde lipsa de apă se resimte mai mult şi unde calitatea apei din sursele naturale se află aproape de limita admisibilităţii. Este raţional să se acorde o atenţie sporită epurării apelor uzate,deoarece,în perspectivă,acestea reprezintă cele mai importante resurse de apă.Aceste ape se găsesc la îndemână,nu trebuie transportate la distanţe mari sau pompate din arialele de mare adâncime. Principalele procese luate în cosiderare pentru atingerea obicetivelor epurării avansate sunt: filtrarea pe pături,granulare şi filtrare prin microsite, coagularea şi precipitarea, adsorbţia,spumarea,electrodializa,osmoza inversă,distilarea şi îngheţarea,schimbul ionic şi extracţia,oxidarea chimică sau electrochimică,striparea cu aer,eliminarea fosforului şi azotului. Dintre acestea,unele procedee s-au dovedit aplicabile în practică,atât din punct de vedere tehnic,cât şi economic,cum ar fi de exemplu: coagularea,precipitarea,adsorbţia ,electrodializa, schimbul ionic,osmoza inversă,striparea cu aer şi denitrificarea. Alte procedee prezintă unele inconvenienţe care le limitează posibilităţile de aplicare.Multe din procedeele enumerate mai sus sunt aplicate în special în industria chimică. Pentru epurarea avansată a apelor uzate orăşenesti şi industriale,filtrarea prin mase granulare reprezintă procedeul prin care se pot obţine randamente superioare de epurare.
8
1.3 Importanţa proceselor de filtrare în tehnologia de epurare a apelor uzate
În tehnologia de epurare a apelor uzate filtrarea reprezintă treapta prin care se realizează desăvârşirea proceselor de corectare a unor indicatori de calitate a apelor uzate înainte de vărsarea acestora în emisari sau pentru a putea fi refolosite ca ape de spălare,industriale. Prin filtrare se pot reţine suspensiile organice şi anorganice,o parte din bacteriile patogene şi nepatogene,se reduce azotul şi se elimină fosforul. Filtrarea se aplică de obicei ca proces terţiar,după epurarea mecano-biologică,dar şi înaintea acesteia,ca treaptă avansată de corectare a proceselor de epurare. Dacă în tehnica de limpezire a apei potabile filtrarea se aplică de peste 100 de ani,în schimb în tehnologia de epurare a apelor uzate acest procedeu s-a aplicat sporadic în ultimii 20-25 de ani,în ţări cum ar fi: S.U.A,Canada,Germania,Franţa,Rusia şi chiar România. Completarea tehnologiilor clasice de epurare cu instalaţii de filtrare s-a făcut în scopul de a spori eficienţa instalaţiilor de epurare,respectiv de a diminua efectele negative ale descărcării acestora în emisarii naturali sau pentru a putea fi refolosite în diverse scopuri. Datorită faptului că apele uzate au caracteristici mult diferite de cele ale apelor de alimentare, sub aspectul proprietăţilor fizice,chimice,biologice şi bacteriologice,se impun studii şi cercetări sistematice prin care să se stabilească principalii parametrii pentru proiectarea şi exploatarea instalaţiilor de filtrare. La filtrarea apelor uzate,procesele fizico-chimice de reţinere,completate cu cele biologice,au loc atât în membrana biologică de la suprafaţa filtrelor lente,cât si pe grosimea stratului în cazul filtrelor rapide. Ca urmare a acestor efecte,filtrele echipate cu nisp sau alte material granulare devin capabile să reţină materiile aflate în stare de suspensie,virusurile şi bacteriile sau să elimine parţial sau total azotul şi fosforul din apele uzate. Prin filtrarea lentă şi de contact se poate reduce substanţial turbiditatea,CBO5 şi substanţele organice din apele de scurgere,concomitent cu dezinfectarea,proces determinat de efectul membranei biologice formată la suprafaţa stratelor filtrante. 9
Capitolul 2 Metode fizice de epurare avansată
Metodele fizice pentru epurarea avansată a apelor uzate sunt:
Microfiltrarea
Filtrarea prin mase granulare(nisip,nisip şi antracit,pământ de diatomee)
2.1. Microfiltrarea (micrositarea)
Microfiltrarea sau micrositarea constă în trecerea apelor uzate epurate prin procedee mecano-biologice printr-o sită deasă alcătuită dintr-o pânză de oţel inoxidabil sau din masă plastică,cu ochiuri extrem de fine,cu interspaţii microscopice. În timpul procesului de filtrare sunt reţinute pe site particule ramse în apa epurată după decantoarele secundare şi ale căror particule sunt mai mici decât cele ale ochiurilor. Această reţinere suplimentară este rezultatul dezvoltării pe sistemul de site a unor microorganisme,cât şi fixării pe acesta a unor particule fine,constituindu-se în acest fel o reţea de filtrare foarte deasă.S-a constatat că pentru obţinerea unei ape de calitate cât 10
mai bună este necesar ca pierderea de sarcină prin microsita să rămână constantă,cu scopul de a preveni trecerea prin microsita a particulelor fine reţinute. Plasele pentru microsite se fabrică cu ochiuri de diferite mărimi,în funcţie de scopul epurării:
cu ochiuri de 23um pentru tratarea apei în scopuri potabile şi pentru epurarea avansată a apelor uzate.
cu ochiuri de 35 um,folosite în general pentru aceleaşi scopuri ca şi cea cu 23u.
cu ochiuri de 65um când se cere un grad redus de epurare.
cu ochiuri de 150um pentru tratări grosiere.
Micrositele sunt curăţate cu hipoclorit de sodium la interval de circa 8 săptămâni. Eficienţa micrositelor este de 50-60% din punct de vedere al materiilor solide în suspensie şi de 30-40% din punct de vedere al CBO5.
11
Instalatii de microfiltrare
2.2. Filtrarea prin mase granulare
Filtrarea prin pământ de diatomee,prin nisip sau prin nisip şi antracit a fost folosită cu bune rezultate pentru epurarea avansată a apelor uzate.Prin aceste instalaţii,şi în mod deosebit prin filtrele rapide de nisip,s-a asigurat reducerea materiilor solide în stare de suspensie şi a CBO5,în paralel cu eliminarea fosforului şi azotului. Filtrarea în general şi filtrarea rapidă în special,s-a utilizat fie ca treaptă terţiară de epurare după epurarea primară şi secundară,fie direct,ca treaptă avansată ,fără o prealabilă epurare mecano-biologică.Aplicarea acestui procedeu s-a început în Anglia şi Rusia,fiind continuat apoi în Germania,S.U.A. şi chiar România.
Capitolul 3 Metode fizico-chimice de epurare avansată a apelor uzate
Metodele fizico-chimice utilizate la epurarea avansată a apelor uzate sunt: 12
Coagularea chimică Adsorbţia
Spumarea
Electrodializa
Osmoza inversă
Distilarea
Ingheţarea
Schimbul ionic
Extracţia cu solvent
Oxidarea chimică si electrochimică
Dintre toate metodele fizico-chimice de epurare avansata a apelor uzate,cele mai folosite sunt coagularea chimică si adsorbţia.
3.1. Coagularea chimica
13
Materiile coloidale şi în suspensie foarte fine pot fi îndepărtate din apa uzată numai dacă sunt făcute sedimentabile,prin adăugarea de coagulanti.Aceştia sunt substanţe chimice care se dispersează în apă sub formă de particule fine încărcate cu sarcină electrică pozitivă,neutralinzand câmpul electric al particulelor solide naturale,aflate în suspensie coloidala.Efectul acestui fenomen este acela prin care particulele fine se aglomerează sub forma unor flocoane,din ce în ce mai mari,datorită aşa-numitului proces de flocurare,care sub acţiunea gravitaţiei se depun pe radierul bazinelor decantoare în care se produce procesul,antrenând în acelaşi timp şi particulele neaglomerate. Combinarea procesului de flocurare cu cel de sedimentare se numeşte precipitare chimică. Folosirea coagulantilor pentru epurarea apelor uzate orăşenesti este mai puţin uzuală în comparativ cu utilizarea lor pentru tratarea apelor de alimentare.În cazul apelor uzate,utilizarea reactivilor este recomandată atunci când: -aceste ape au variaţii mari sezoniere în ceea ce priveşte debitul,concentraţia suspensiilor sau gradul de epurare -se impune un grad de epurare mai mare decât cel obţinut prin sedimentarea obişnuită -suprafaţa pe care trebuie să se amplaseze staţia de epurare este redusă -este necesar să se evite producerea de mirosuri neplăcute -apele uzate industriale conţin substanţe inhibatoare procesului de epurare biologică care trebuie îndepărtate În ultimul timp,interesul pentru folosirea coagulantilor a crescut atât la epurarea apelor uzate orăşenesti ,dar mai ales pentru tratarea apelor uzate industriale. Cele mai economice substanţe chimice folosite pentru coagulare sunt sărurile de fier şi mai puţin cele de aluminiu. Substanţele chimice folosite în scopul coagulării sunt:clorura ferică,sulfatul feric,sulfatul feros,sulfatul de aluminiu şi varul sub formă de oxid. Coagularea chimică mai contribuie la îndepărtarea fosforului şi a azotului.Fosforul provine din dejecţiile umane,din detergent,de la tratarea apei cu polifosfati,în vederea dedurizării şi prevenirii coroziunii din apele uzate industrial,din dejecţiile animaliere şi din îngrăşămintele chimice.Fosforul este unul dintre elementele importante care conduce la eutrofizarea lacurilor. 14
Pentru îndepărtarea fosforului din apa uzată prin coagulare se folosesc următoarele substanţe chimice:clorura ferică,sulfat de aluminiu,varul precum şi o serie de polielectroliti naturali sau sintetici. Atât clorura ferică,cât şi sulfatil de aluminiu sunt indicate pentru îndepărtarea fosfaţilor,cu condiţia ca acestea să fie agitate în mod corespunzător(prin aerarea sau agitare),pentru a se asigura formarea flocoanelor şi un timp corespunzător pentru reacţie şi decantare. Coagularea simultană cu clorură ferică şi var la valori de pH=8,8-9.0 conduce la îndepărtarea aproape totală a fosforului din apa uzată.Avantajul folosirii simultane a celor doi coagulanti constă în faptul că,pe de o parte,cantitatea de clorură ferică care este costisitoare scade,iar,pe de altă parte,creşte eficienţa de îndepărtare a fosforului. Pentru eliminarea pe cale chimică a fosfaţilor pot fi folosite două procedee: precipitarea simultană şi precipitarea posterioară. În primul procedeu clorura ferica este adăugată direct în bazinul de aerare cu nămol activ.Nămolul de recirculare şi în exces permite,pe de o parte,să se utilizeze excesul de fier feric pe care îl conţine,iar,pe de altă parte,favorizează precipitarea fosfaţilor şi,ca atare,se reduce cantitatea de clorură ferică folosită.Economia de clorură ferică este de 50-70% faţă de cea care ar fi necesară în cazul în care nu se utilizează recircularea. În cel de-a doilea procedeu,fosfaţii se precipită după decantarea secundară.În acest scop se realizează o instalaţie de reactivi cu toate compartimentele necesare(preparare,amestec,reactiv), amplasată după decantorul secundar,realizându-se astfel o staţie de epurare terţiară propriu-zisă. Azotul este îndepărtat din apă cel mai bine prin intermediul schimbătorilor de ioni,când ionii din apă sunt înlocuiţi cu cei din schimbătorii de ioni.Deşi eficienţa este foarte mare(99%),costul acestui procedeu este foarte ridicat.Dezavantajul acestui procedeu este determinat de colmatarea schimbătorilor de ioni cu substanţe organice existente în apa uzată.Colmatarea se poate evita prin îndepărtarea prealabilă a substanţelor organice.
3.2. Adsorbţia
15
Adsorbţia este fenomenul de fixare şi de acumulare a moleculelor unui gaz sau ale unui lichid(absorbat) pe suprafaţa unui corp solid(adsorbant).Substanţele reţinute de adsorbant pot fi puse în libertate prin încălzire sau prin extracţie,adsorbantul recapatandu-şi aproape integral proprietăţile iniţiale şi putând fi folosit din nou pentru adsorbţie. În practică se folosesc drept adsorbanţi numai materiale care au o suprafaţă specifică(raportul suprafaţă/greutate) suficient de mare pentru a asigura o capacitate de adsorbţie satisfăcătoare. Pentru epurarea apelor uzate se folosesc drept adsorbanţi:cărbunele active,cocsul,cenuşile fine de la generatoarele de gaz,cenuşile de la termocentrale,zgurele de la gazificarea cărbunilor,zgurele metalurgice,cărbuni fosili,talaşul şi rumeguşul de lemn. Adsorbţia este aplicată pentru îndepărtarea din apă a unor impurităţi în concentraţie scăzută, rămase în apa uzată după aplicarea în prealabil a unor procedee de epurare şi atunci când se impune un grad de epurare ridicat. După modul în care apa de epurat este pusă în contact cu adsorbantul,adsorbţia poate fi statică sau dinamică. La adsorbţia statică,adsorbantul sub formă de granule fine sau praf este agitat cu apa un anumit timp,după care adsorbantul este separat din apa epurată prin sedimentare sau prin filtrare,fiind trecut apoi la regenerare. La adsorbţia dinamică,apa cu impurităţi străbate continuu un strat fix,mobil sau fluidizat de adsorbant. Cele mai multe instalaţii de epurare prin adsorbţie,în condiţii dinamice,utilizează paturi fixe de cărbune activ. Se recomandă apa uzată,după epurarea mecano-biologică,să fie tratată chimic şi limpezită cu ajutorul decantoarelor sau a filtrelor de nisip înainte de a fi introdusă în filtrul cu pat adsorbant.Printr-un astfel de tratament,substanţele organice rămase după decantarea secundată se pot reduce cu circa 80%.
3.3. Osmoza inversă
16
Osmoza inversă reprezintă o metodă de filtrare de lichid, care înlătură multe tipuri de la molecule atomice mari la molecule mai mici,prin forţarea lichidului la presiune înaltă printr-o membrană cu pori (găuri) doar suficient de mare pentru a permite moleculelor mici să treacă prin ea. Acesta e cea mai frecventa metodă utilizată în purificare apei potabile din apa de mare,de a scoate sarea şi alte substanţe din moleculele de apă.Cu toate acestea, procesul de osmoză inversă e,de asemenea,utilizat pentru filtrarea a multe alte tipuri de lichide. Procesul poate fi similar cu membrana de filtrare. Cu toate acestea, există diferenţe esenţiale între osmoză inversă şi filtrare. Mecanismul predominant de scoatere în filtrarea cu membrană este strecurarea,excludere prin mărime,astfel încât procesul poate atinge, teoretic,excluderea perfectă de particule, indiferent de parametri operaţionali, precum influenţa presiunii şi concentraţia. OI(osmoza inversă), cu toate acestea implică un mecanism de difuzie, astfel încât separarea eficientă este în funcţie de concentraţia soluţiei,de apă sub presiune şi rată de flux. Acesta acţionează prin utilizarea presiunii pentru a forţa o soluţie să treacă printr-o membrană, păstrând substanţa pe o parte şi care să permită solventului pur să treacă de partea cealaltă. Aceasta este procesul invers osmozei normale, care este mişcarea naturală de solvent dintr-o zonă de concentrare scăzută de substanţă, printr-o membrană, într-o zonă de mare concentrare de substanţă atunci când nici o presiune externă nu este aplicată. Peste tot, sisteme de purificare a apei de uz casnic potabil, inclusiv sistemul de osmoză inversă, sunt utilizate în mod curent pentru îmbunătăţirea apei pentru băut şi gătit. Astfel de sisteme cu osmoză inversă de obicei includ un număr de paşi:
Un filtru de particule pentru a capta sedimentele, inclusiv rugină şi carbonatul de calciu Opţional, un al doilea filtru de sedimente, cu pori mai mici Un filtru de carbon activ pentru a capta produse chimice organice şi clor, care va ataca şi degrada membranele TFC şi de osmoză inversă Un fitru de osmoză inversă, care este un înveliş cu membrană subţire dintr-un compozit de materiale (TFM sau TFC) Opţional, un al doilea filtru de carbon pentru a capta aceste produse chimice ce nu s-au eliminat prin membrană de osmoză inversă Opţional o lampă UV pentru dezinfectarea de microbi care pot scăpa de filtrare prin membrana de osmoză inversă
Procesoare de osmoză inversă portabile pot fi folosite de persoane care locuiesc în mediul rural fără apă curată, departe de conductele de apă a oraşului. Oamenii din zonele rurale filtrează singuri apa din ocean sau rău, dispozitivul este uşor de folosit (pentru apă sărată ar putea fi necesară membrane speciale). 17
Sistemele cu osmoză inversă sunt, de asemenea, folosite acum pe scară largă de către entuziaşti ai acvariului marin. În producţia de apa minerală îmbuteliată, apa trece printr-un procesor de osmoză inversă a apei pentru a elimină poluanţii şi microorganismele. În ţările europene, însă, astfel de prelucrare a apei minerale naturale (astfel cum sunt definită într-o directivă europeană) nu este permisă de legislaţia europeană. În practică, o parte din bacterii vii poate să treacă printr-o membrană de osmoză inversă prin unele imperfecţiuni minore, sau trecerea de membrană în întregime prin fisuri mici, în jurul sigiliilor. Astfel, sisteme de osmoză inversă complete pot include etape suplimentare de tratament al apei care utilizează lumina ultravioletă sau de ozonul pentru a preveni contaminarea microbiologica. Mărimile porilor membranei pot varia de la 1 la 5.000 de nanometri (nm), în funcţie de tipul de filtru:
Filtrarea de particule elimină particulele de 1.000 nm sau mai mari Microfiltrare elimină particulele de 50 nm sau mai mare Ultrafiltrarea elimină particulele de aproximativ 3 nm sau mai mari Nanofiltrarea elimină particulele de 1 nm sau mai mari Hiperfiltrarea elimină particule mai mari de 1 nm
18
19
Capitolul 4 Metode biologice de epurare avansată
Epurarea biologică avansată a apelor uzate se impune atunci când prin procedeele clasice nu pot fi separate acele substanţe şi elemente chimice care prin conţinutul lor pot accentua poluarea emisarilor,făcându-i improprii pentru alimentările cu apa,pentru creşterea peştilor sau pentru zonele de agreement. Substanţele poluante care se pot elimina prin metode biologice,de epurare avansată sunt:combinaţiile fosforului şi cele ale azotului,combinaţiile amoniacului,suspensiile fine de natură organică şi anorganică,substanţele greu degradabile şi nedegradabile. În funcţie de scopul urmărit epurarea biologică avansată se poate utiliza pentru:descompunerea materiilor organice,nitrificarea,denitrificarea şi eliminarea fosforului. Procedeele prin care se pot separa substanţele poluante din apele uzate sunt:
Striparea cu aer
Irigarea cu ape uzate
Iazurile de stabilizare
Filtrele biologice
Bazinele cu nămol activ
Bazinele de denitrificare
Bazinele de nitrificare
20
4.1. Nitrificarea
Nitrificarea este procesul de oxidare a amoniacului în nitrit şi apoi în nitrat cu ajutorul a două grupe de bacteria:nitrosomonas şi nitrobacteriile.Aceste bacterii au o dezvoltare lentă şi se numesc bacterii nitrifiante(nitrificatoare). Bacteriile consumatoare de dioxid de carbon se numesc autotrofe,iar cele consumatoare de carbon organic se numesc heterotrofe.Ambele tipuri de bacterii se dezvoltă în nămolul active. 21
Reacţiile chimice care au loc în cadrul proceselor se nitrificare sunt de forma:
În cadrul primei reacţii acţionează bacteriile nitrosomonas,iar în reacţia a doua nitrobacteriile. Atât bacteriile heterotrofe,cât şi cele autotrofe convieţuiesc în nămolul activ şi fiind consumatoare de oxigen au nevoie de un mediu aerob. În cazul în care se cere o nitrificare avansată cu scopul reducerii concentraţiei de amoniu şi azot,se impune descompunerea şi a nitraţilor rezultaţi în urmă proceselor clasice de epurare.
La descompunerea nitraţilor se face uz de proprietatea bacteriilor heterotrofe din nămolul active de a consuma oxigenul din nitraţi în condiţii anoxice(anaerobe).
22
4.2.Denitrificarea
În cadrul proceselor de denitrificare,substanţele anorganice,combinaţiile oxidate ale azotului,nitriţii şi nitraţii sunt transformate cu ajutorul bacteriilor heterotrofe în azot gazos liber. Pentru descompunerea substanţelor pe bază de carbon,bacteriile extrag oxigenul legat chimic şi nu oxigenul liber dizolvat din combinaţiile azotului cu hidrogenul.
Acest fenomen se produce atunci când bateriile sunt silite să utilizeze această sursă din cauza lipsei de oxigen liber şi deci se impune crearea unor condiţii de mediu anoxice.
În cazul procesului de denitrificare nitratul existent în apă este descompus pe cale biologică,sub efectul bacteriilor anaerobe,în azot liber,bioxid de carbon şi apă,concomitant cu un consum de carbon. În locul asimilării de oxigen dizolvat se produce consumul de nitrat.
23
Denitrificarea consumă jumătate din ionii de hidrogen (H+) produşi la nitrificare,preîntâmpinându-se astfel scăderea ph-ului. Tehnologic,pentru eliminarea substanţelor organice pe bază de carbon şi a azotului,pentru nitrificare se impune prezenţa oxigenului liber(condiţii aerobe),iar pentru denitrificare condiţii de mediu anoxice(anaerobe).
4.3. Eliminarea fosforului
Eliminarea fosforului,ca procedeu de epurare avansată,se poate realiza atât pe cale chimică,cât şi pe cale biologică.
Pe cale chimică,eliminarea fosforului din apele uzate,provenind din resturile alimentare,din reziduurile umane şi animaliere sau din detergent,se realizează prin efectul coagulantilor pe care îl leagă sub formă de săruri greu solubile de fier,aluminiu sau cadmiu şi apoi se decantează.Coagularea chimică,pe lângă faptul că elimină fosforul din apele uzate ,determină o creştere a cantităţii de nămol reţinut şi a conţinutului de săruri din apele epurate. Pe cale biologică,eliminarea fosforului se realizează în două trepte,prin efectul bacteriilor anaerobe şi a celor aerobe. În treapta anaeroba,bacteriile facultative anaerobe heterotrofe transformă substanţele organice uşor de descompus în acizi organici care servesc ca substrat pentru alte microorganisme. Bacteriile capabile să acumuleze fosfaţi asimilează aceste substanţe şi produc apoi substanţele de rezervă. În treapta aerobă,fosfatul din apă este preluat de microorganism şi acumulat în special de către bacteriile capabile să acumuleze fosfor,sub formă de polifosfat. 24
Energia necesară pentru aceste transformări se obţine prin descompunerea substanţelor de rezervă şi a celor organice. Pentru eliminarea fosforului pe cale biologică,trebuie ca staţia de epurare să dispună de o treaptă biologică cu o cantitate satisfăcătoare de substanţe de substrat uşor degradabile pentru formarea de aicizi organici şi îmbogăţirea cu substanţe de rezervă. Această treaptă anaeroba trebuie să urmeze unei trepte aerobe,prentu a se reface rezervă de polifosfati. Din decantoarele secundare se îndepărtează odată cu nămolul în exces şi bacteriile acumulatoare de fosfat. Aceste instalaţii sunt de regulă cu încărcare recuda,astfel că în bazinul de aerare se produce şi nitrificarea.Pentru că procesul să nu fie deranjat de nitratul existent în nămolul recirculat,se impune realizarea suplimentară a unei denitrificari. Timpul de reţinere a apei în decantoarele secundare trebuie să fie atât e scurt pentru că să nu aibă loc redizolvarea PO4.
4.4. Striparea cu aer
Striparea cu aer constă în introducerea cu bule de aer în apa uzată prin care poluanţi volatili prezenţi trec din fază apoasă lichidă în fază apoasă gazoasă,fiind transportaţi astfel în atmosferă.Procesul se aplică pentru eliminarea sulfurilor,a compuşilor organic nepolari cu greutate molecular mică şi mai ales a azotului amoniacal.
25
4.5. Irigarea cu ape uzate
Irigarea cu ape uzate a terenurilor agricole poate conduce la îndepărtarea substanţelor poluante conţinute în apele uzate. În timpul trecerii apelor uzate prin sol au loc procese de mineralizare a substanţelor organice evidenţiate prin reducerea CBO5 cu până la 90% ,a CCO cu până la 60-80% şi a azotului total cu 65-85% datorită procesului de denitrificare naturală. Irigarea păşunilor sau a fâneţelor cu apele uzate rezultate după epurarea mecano-biologică se practică cu succes în Anglia.Prin acest procedeu,se obţin reduceri suplimentare la suspensii de 60-75% iar la CBO5 de circa 50%. Tot în Anglia,epurarea terţiară se realizează prin irigarea combinată cu filtrarea prin nisip sau cu iazuri de stabilizare.
4.6. Iazuri de stabilizare
Iazurile de stabilizare sunt construcţii utilizate cu bune rezultate pentru epurarea terţiară,folosindu-se efectul algelor de a asimila substanţele nutritive,azotul şi fosforul în special,indepartandu-le din apă.Plantele superioare (ex:coada calului) care se dezvoltă în aceste iazuri au nevoie de mari cantităţi de fertilizanţi.
Una din deficienţele acestui procedeu este dezvoltarea intensă a algelor,în anumite perioade,ceea ce conduce la mărirea cantităţilor de materii în suspensie şi a diminuării efectului iazului sub limitele admise,remarcânduse uneori chiar creşteri ale consumului biochimic de oxigen datorită algelor distruse.Algele ajunse în emisar produc dezoxigenarea apei în anumite
26
perioade ale anului,provocând degradarea faunei de nevertebrate,de care depinde numărul şi varietatea peştilor.
Iazurile biologice,ca şi câmpurile de irigare cu ape uzate,sunt condiţionate de climat şi de existent suprafeţelor corespunzătoare construirii acestor instalaţii.
4.7. Bazine cu namol active si filtre biologice
Aceste instalaţii cunt practicate îndeosebi pentru îndepărtarea din apele uzate a fosforului.
Creşterea numărului de microorganisme din nămolul activ are la bază fosforul,ca fiind substanţă nutritiva esenţială.Procentul fosforului încorporat în nămol active este în funcţie de încărcarea organică a bazinului,de cantitatea de aer furnizat şi de concentraţia oxigenului dizolvat din bazin.
În acest proces cea mai mare parte din fosfor este îndepărtată prin acţiunea microorganismelor,iar o mică parte este eliminate prin procesul de precipitare cationică.Procesul de eliminare a fosforului din bazinele cu nămol active poate fi îmbunătăţit prin adăugarea de substanţe chimice,coagulanti,obţinându-se în final o îndepărtare a fosforului de până la 95%.
4.8. Bazinele de denitrificare 27
Bazinele de denitrificare sunt folosite în special pentru îndepărtarea azotului din nămol. Prin activitatea microorganismelor din nămol se ajunge la degradarea materiilor organice,folosind ionul azotat ca sursă de oxigen,obţinându-se în final eliminarea azotului sub formă de gaz.
Denitrificarea este fenomenul care transformă azotitii şi azotaţii în amoniac(NH3) şi în gaze (CO2,CH4).În aceste bazine trebuie să existe deja azotiţi şi azotaţi că rezultat al transformării sărurilor de amoniu prin intermediul fenomenelor de nitrificare.
Denitrificarea este influenţată în principal de ph,de temperatură şi cantitatea substratului. Denitrificarea că procedeu de epurare terţiară poate conduce la o reducere a azotului de până la 90%.
28
Bibliografie
Speranţa Ianculescu,Dan Ianculescu Utilizarea filtrelor de nisip la epurarea avansată a apelor uzate Editura Matrixrom 2002 -
,
M. Sandu, A. Dobre, Al. Manescu-Ingineria mediului ,Editura Matrixrom 2007
www.wikipedia.ro
www.scribd.com
www.google.ro/imagini
29
