Cap. 1. Tema lucrării
Să se proiecteze o staț ie i e de epurare a apelor uzate pentru un ora ș cu 40.000 de locuitori.
2
Cuprins Cap. 1. Tema lucrării............................................. lucrării.................................................................... .............................................. ....................................2. .............2. Cap. 2. Memoriu Tehnic......................................... Tehnic................................................................ .............................................. ...................................4. ............4. Cap. 3. Tehnologia epurării apelor apelor uzate uzate Apa – generalităţi generalităţi ......................... .........................................5. ................5. 3.1. Importanța si domenii de utilizare........... utilizare.................................. .............................................. ...........................................7. ....................7. 3.2. Caracterizarea fizico-chimică si tehnologică a apei epurate.......... epurate................................. ............................8. .....8. 3.3. Condiții de calitate, depozitare, transport......................... transport................................................ ........................................11. .................11. 3.4. Variante tehnologice de epurare a apelor uzate municipale................................. municipale.....................................12. ....12. 3.4.1. Procedeele de epurare mecanică...... mecanică............................. .............................................. .............................................. ........................13. .13. 3.4.2. Procedeele de epurare mecano – chimică................................................... chimică..............................................................15. ...........15. 3.4.3. Procedeele de epurare mecano – biologica.................................................. biologica............................................................17. ..........17. Cap. 4. Elemente de inginerie tehnologică.................................... tehnologică........................................................... ..................................20. ...........20. 4.1. Varianta tehnologică adoptată..... adoptată............................ .............................................. .............................................. ................................20. .........20. 4.1.1. Descrierea procesului tehnologic...... tehnologic............................. .............................................. .............................................. ........................23. .23. 4.1.2. Treapta mecanică..... mecanică............................ .............................................. .............................................. .............................................. ..........................23. ...23. 4.1.3. Treapta biologică................................................ biologică....................................................................... .............................................. ............................41. .....41. 4.2. Materii prime si materiale auxiliare............................................... auxiliare...................................................................... ..........................44. ...44. 4.2.1. Carcacterizarea fizico-chimica fizico-chimica si tehnologică.......................................... tehnologică......................................................44. ............44. 4.2.2. Conditii de calitate, depozitare, transport.................................... transport........................................................... .........................46. ..46. 4.3. Procese tehnologice componente (P.T.C.)............... (P.T.C.)...................................... .............................................. ........................48. .48. 4.3.1. Mecanismul procesului de epurare..................................... epurare............................................................ ..................................50. ...........50. 4.3.2. Bilanţ de materiale................ materiale....................................... .............................................. .............................................. ..................................52. ...........52. 4.4. Utilajele instalatiei pentru realizarea tehnologiei........................... tehnologiei.................................................. .........................56. ..56. 4.4.1. Alegerea, Alegerea, descrierea descrierea si regimul de func ționare a utilajelor dimensionate..........5 dimensionate..........58. 8. 4.4.2. Dimensionarea tehnologică a utilajelor.................. utilajelor......................................... .............................................6 ......................60. 0. 4.4.2.1. Calculul de dimensionare al grătarelor................................. grătarelor........................................................ .............................60. ......60. 4.4.2.2. Calculul de dimensionare al deznisipatorulu deznisipatorului....................... i.............................................. ..............................65. .......65. 4.4.2.3. Calculul de dimensionare al decantorului (utilajul principal)............................71. principal)............................71. 4.4.2.4. Probleme de coroziune coroziune si sau alegerea a materialeleor materialeleor de constructie............78. constructie............78. 4.5. Utilitati si energie........... energie.................................. .............................................. .............................................. ............................................8 .....................80. 0. 4.5.1. Operarea instalatiei de epurare.............................................. epurare..................................................................... ...............................81. ........81. 4.5.2. Amplasament şi montajul utilajelor........................................ utilajelor............................................................... .............................82. ......82. 4.5.3. Întretinere si repara reparații...................... ii.............................................. ............................................... .............................................8 ......................85. 5. 4.5.4. Problme de control, reglare si automatizare.... automatizare............................ ............................................... ..............................87. .......87. 4.5.5. Norme de securitatea muncii, muncii, igena, prevenirea acceidentelor, acceidentelor, incendiilor, exploziilor................................. exploziilor.......... .............................................. .............................................. .............................................. ........................................88. .................88. 4.5.5.1. Norme de protecţie a muncii........... muncii.................................. .............................................. ............................................8 .....................88. 8. 4.5.5.2. Igienizarea.... Igienizarea........................... .............................................. .............................................. .............................................. .................................90. ..........90. 4.5.5.3. Norme de prevenire şi stingere a incendiilor........... incendiilor.................................. ..........................................92 ...................92.. 4.6. Deseuri, subproduse, subproduse, coproduse, emisii de noxe........................................ noxe....................................................92. ............92. Cap. 5. Analiza tehnico-economică...................... tehnico-economică............................................. .............................................. ..................................96. ...........96. Cap. 6. Bibliografie.......... Bibliografie................................. .............................................. .............................................. .............................................. .......................100. 100. Cap. 7. Piese desenate.................................... desenate........................................................... .............................................. .......................................102. ................102.
Cap. 2. Memoriu Tehnic 3
Cuprins Cap. 1. Tema lucrării............................................. lucrării.................................................................... .............................................. ....................................2. .............2. Cap. 2. Memoriu Tehnic......................................... Tehnic................................................................ .............................................. ...................................4. ............4. Cap. 3. Tehnologia epurării apelor apelor uzate uzate Apa – generalităţi generalităţi ......................... .........................................5. ................5. 3.1. Importanța si domenii de utilizare........... utilizare.................................. .............................................. ...........................................7. ....................7. 3.2. Caracterizarea fizico-chimică si tehnologică a apei epurate.......... epurate................................. ............................8. .....8. 3.3. Condiții de calitate, depozitare, transport......................... transport................................................ ........................................11. .................11. 3.4. Variante tehnologice de epurare a apelor uzate municipale................................. municipale.....................................12. ....12. 3.4.1. Procedeele de epurare mecanică...... mecanică............................. .............................................. .............................................. ........................13. .13. 3.4.2. Procedeele de epurare mecano – chimică................................................... chimică..............................................................15. ...........15. 3.4.3. Procedeele de epurare mecano – biologica.................................................. biologica............................................................17. ..........17. Cap. 4. Elemente de inginerie tehnologică.................................... tehnologică........................................................... ..................................20. ...........20. 4.1. Varianta tehnologică adoptată..... adoptată............................ .............................................. .............................................. ................................20. .........20. 4.1.1. Descrierea procesului tehnologic...... tehnologic............................. .............................................. .............................................. ........................23. .23. 4.1.2. Treapta mecanică..... mecanică............................ .............................................. .............................................. .............................................. ..........................23. ...23. 4.1.3. Treapta biologică................................................ biologică....................................................................... .............................................. ............................41. .....41. 4.2. Materii prime si materiale auxiliare............................................... auxiliare...................................................................... ..........................44. ...44. 4.2.1. Carcacterizarea fizico-chimica fizico-chimica si tehnologică.......................................... tehnologică......................................................44. ............44. 4.2.2. Conditii de calitate, depozitare, transport.................................... transport........................................................... .........................46. ..46. 4.3. Procese tehnologice componente (P.T.C.)............... (P.T.C.)...................................... .............................................. ........................48. .48. 4.3.1. Mecanismul procesului de epurare..................................... epurare............................................................ ..................................50. ...........50. 4.3.2. Bilanţ de materiale................ materiale....................................... .............................................. .............................................. ..................................52. ...........52. 4.4. Utilajele instalatiei pentru realizarea tehnologiei........................... tehnologiei.................................................. .........................56. ..56. 4.4.1. Alegerea, Alegerea, descrierea descrierea si regimul de func ționare a utilajelor dimensionate..........5 dimensionate..........58. 8. 4.4.2. Dimensionarea tehnologică a utilajelor.................. utilajelor......................................... .............................................6 ......................60. 0. 4.4.2.1. Calculul de dimensionare al grătarelor................................. grătarelor........................................................ .............................60. ......60. 4.4.2.2. Calculul de dimensionare al deznisipatorulu deznisipatorului....................... i.............................................. ..............................65. .......65. 4.4.2.3. Calculul de dimensionare al decantorului (utilajul principal)............................71. principal)............................71. 4.4.2.4. Probleme de coroziune coroziune si sau alegerea a materialeleor materialeleor de constructie............78. constructie............78. 4.5. Utilitati si energie........... energie.................................. .............................................. .............................................. ............................................8 .....................80. 0. 4.5.1. Operarea instalatiei de epurare.............................................. epurare..................................................................... ...............................81. ........81. 4.5.2. Amplasament şi montajul utilajelor........................................ utilajelor............................................................... .............................82. ......82. 4.5.3. Întretinere si repara reparații...................... ii.............................................. ............................................... .............................................8 ......................85. 5. 4.5.4. Problme de control, reglare si automatizare.... automatizare............................ ............................................... ..............................87. .......87. 4.5.5. Norme de securitatea muncii, muncii, igena, prevenirea acceidentelor, acceidentelor, incendiilor, exploziilor................................. exploziilor.......... .............................................. .............................................. .............................................. ........................................88. .................88. 4.5.5.1. Norme de protecţie a muncii........... muncii.................................. .............................................. ............................................8 .....................88. 8. 4.5.5.2. Igienizarea.... Igienizarea........................... .............................................. .............................................. .............................................. .................................90. ..........90. 4.5.5.3. Norme de prevenire şi stingere a incendiilor........... incendiilor.................................. ..........................................92 ...................92.. 4.6. Deseuri, subproduse, subproduse, coproduse, emisii de noxe........................................ noxe....................................................92. ............92. Cap. 5. Analiza tehnico-economică...................... tehnico-economică............................................. .............................................. ..................................96. ...........96. Cap. 6. Bibliografie.......... Bibliografie................................. .............................................. .............................................. .............................................. .......................100. 100. Cap. 7. Piese desenate.................................... desenate........................................................... .............................................. .......................................102. ................102.
Cap. 2. Memoriu Tehnic 3
EPURAREA APELOR UZATE Apa reprez reprezint intăă unul unul dintre dintre eleme elemente ntele le esenţi esenţiale ale suport suportulu uluii vieţii vieţii pe Terra Terra,, existe existenţa nţa ecosistemelor se datorează prezenţei apei. Apele de suprafaţă şi subterane au destinaţii importante în industrie, agricultură, transp transport ort şi reprez reprezint intăă sursa sursa de apă potabi potabilă lă pentru pentru om şi vieţui vieţuitoa toare. re. Dezvol Dezvoltar tarea ea economiei a determinat modificări importante ale sistemelor acvatice. Apele de suprafaţă au sufe suferi ritt modi modifi ficcări ări morfo orfolo logi gicce dato datori rită tă activi tivită tăţi ţiii uman mane în care au fost fost implicate(cursurile râurilor au fost modificate astfel încat să permită transportul în aval, zonele învecinătate râurilor cu umiditate ridicată în perioadele de inundaţii sunt de cele mai multe ori supuse tehnologiilor de desecare). Multitudinea de destinaţie a apei afectează profund calitatea ciclului natural al acesteia. În lipsa monitorizării succesive a apei în diferite activităţi nu se poate oferi comp comple lett tabl tablou oull cons consec ecin inţe ţelo lorr afec afectă tării rii calit calităţ ăţii ii apei apei,, de mult multee ori ori efec efecte tele le sunt sunt dezastruoase. În general apele utilizate de om, indiferent în care din scopuri, se încarcă cu diferite elemente fizice, chimice, biologice schimbându-le compoziţia, rezultând fenomenul de POLUARE. Calităţile organoleptice ale apei potabile sunt imprimate de prezenţa în apă a unor elemente naturale sau poluante (substanţe organice, anorganice, microorganisme). În apă apă se desf desfăş ăşoa oară ră o serie serie de reac reacţi ţiii chim chimic icee dato datori rită tă comp compuş uşil ilor or care care pot pot reacţiona. Reacţiile din mediul acvatic sunt de trei tipuri: - oxidare şi reducere - acid şi bază - complecşi între compuşi organici şi anorganici În funcţie de prezenţa compuşilor organici şi anorganici în apă , apa poate fi clasificată în: - apă foarte bună rezultând apă potabilă printr-o tratare simplă; - apă de categoria a doua rezultând apă puţin contaminată, dar care poate fi prelucrată în vederea obţinerii apei potabile printr-un proces mai complex; - apă inadecvată pentru obţinerea apei potabile.
Cap. 3. Tehnologia epurării apelor uzate 4
Apa – generalităţi Peste 2/3 din supafaţa terestră este ocupată de mări şi oceane, care formează Oceanul Planetar. Terra este supranumită şi “planeta albastră” datorită acestui fapt. Din suprafaţa totală a pamântului, evaluată la 510,10 mil. km 2, apa Oceanului Planetar ocupa 361,07 mil.km2, adica 70,8%. Se estimează că planeta dispune de 1,37 mild. km 3 de apa, dar circa 97,2% este constituită din apa mărilor şi oceanelor. Omul dispune numai de apele de la suprafaţa solului – adică de aproximativ 30.000 km3, ceea ce înseamna circa 0,002% din total. Consumul de apa ce revine pe om/zi variază între 3 litri, în zonele aride ale Africii şi de 1,045 litri la New York. Valoarea productivităţii mărilor şi oceanelor se apreciază ca fiind între 0,1 – 0,5 gr/m 3/zi. Oceanul Planetar constituie baza vieţii pe Terra şi generează negentropie în ecosferă. Apa este cea mai raspândită substanţă compusă şi reprezintă trei sferturi din suprafaţa globului terestru. Ca şi aerul, ea constituie factorul principal al menţinerii vieţii pe pământ. Apa este o resursă naturală esenţială cu rol multiplu în viaţa economică. În natură apa urmează un circuit. Se poate vorbi despre apă de ploaie, apa râurilor şi izvoarelor, apa de mare, etc. Apa pură se obţine din apa naturală prin distilare repetată în condiţii în care să nu poată dizolva gaze din aer sau substanţe solide din recipientele în care este conservată. Apa este habitatul a sute de specii de peşti, păsări şi alte vietăţi ce sunt dependente de calitatea apei; Apa este unul din cele mai importante medii de recreere. Suntem atraşi de răuri, lacuri, plaje, mări şi oceane pentru activităţi recreative precum pescuitul, sporturile nautice, plimbări sau odihnă.
Epurarea – reprezintă procesul complex de reț inere si neutralizare a substanțelor dăunătoare dizolvate, in suspensie sau coloidale prezente in apele uzate industriale sau menajere in statii epurare. Principalul scop este de a imbunătă ții calitatea acestor ape pentru a putea fi deversate in emisar fără a prejudicia flora sau fauna. După ce apa este epurată in statii de epurare ea poate fi chiar refolosită in anumite domenii sau procese tehnologice. Epurarea apelor uzate poate fi in funcție de caracteristicile apei si de cerin țele evacuării in emisar mai mult sau mai putin complexă astfel având sta ții epurare simple mecano-biologice sau stații epurare complexe. Apele uzate cu caracter predominant anorganic vor fi tratate in stații de epurare numai prin mijloace fizico-chimice de re ținere si neutralizare: sedimentare, neutralizare, precipitare, coagulare, floculare, adsorbite pe cărbune activ, schimb ionic. Apele uzate cu un caracter predominant organic sunt epurate intr-o stație de epurare prin procedee fizico-chimico-biologice.
5
Apa uzată, prin încărcătura microbiologică pe care o transportă, este un factor major de risc pentru sănătatea umană. Calitatea vieţii noastre depinde de calitatea apei din jurul nostru. Poluarea cu apă uzată este pedepsită prin lege. Am observat cu mulţi ani în urmă că România trebuia să facă progrese importante în acest domeniu. De aceea, am început din anul 1999 să promovăm tehnologii şi echipamente avansate pentru epurarea apelor uzate casnice, comunale şi industriale utilizate cu succes în ţările U.E. Epurarea apei uzate este o prioritate pentru noi toţi • Apa supusă epurării, are în raport cu indicatorii de potabilitate la toate variantele 1 infinit mai mult amoniu, nitriţi şi cianuri, până la de 85 ori mai mult fosfat şi la 50 ori mai mult fenol , ca CMA şi depăşiri ale CAE prevăzute de STAS 1342-9176 ori la amoniu, 26 ori la nitriţi, 25 ori fenoli, 17 ori fosfaţi de 6 ori la cianuri. 2 3.1 Istoric şi evoluţie Trebuie, precizat că prin ape uzate orăşeneşti se înţelege amestecul de ape menajere, industriale, de drenaj şi de suprafaţă; apele uzate menajere care conţin uneori şi cantităţi mici de impurităţi caracteristice apelor uzate industriale, provenite din gospodării sunt asemănătoare celor orăşeneşti. Pe lângă apele uzate menajere şi subterane provenite din infiltraţii în canale în canalizarea localităţilor se colectează şi alte ape cum ar fi: - ape uzate publice; - ape uzate industriale; - ape uzate de la unităţile agricole; - ape colectate din bălţi, mlaştini, lacuri; - ape provenite de la transporturi, construcţii; - ape meteorice, provenite din precipitaţii; - ape de suprafaţă; - ape subterane din desecări naturale sau artificiale. Unele din aceste ape sunt curate, şi pot fi evacuate în emisar fără epurare, şi amestecul lor cu apele menajere uşurează epurarea acestora. Cele mai mari cantităţi de asemenea ape sunt furnizate de precipitaţii, de apele de suprafaţă, precum şi de apele subterane.
3.1.1. Importanț a si domenii de utilizare 6
Trebuie, chiar de la început precizat că prin ape uzate orăşeneşti se înţelege amestecul de ape menajere, industriale, de drenaj şi de suprafaţă; apele uzate menajere care conţin uneori şi cantităţi mici de impurităţi caracteristice apelor uzate industriale, provenite din gospodării sunt asemănătoare celor orăşeneşti. Pe lângă apele uzate menajere şi subterane provenite din infiltraţii în canale în canalizarea localităţilor se colectează şi alte ape cum ar fi: - ape uzate publice; - ape uzate industriale; - ape uzate de la unităţile agricole; - ape colectate din bălţi, mlaştini, lacuri; - ape provenite de la transporturi, construcţii; - ape meteorice, provenite din precipitaţii; - ape de suprafaţă; - ape subterane din desecări naturale sau artificiale. Unele din aceste ape sunt curate, şi pot fi evacuate în emisar fără epurare, şi amestecul lor cu apele menajere uşurează epurarea acestora. Cele mai mari cantităţi de asemenea ape sunt furnizate de precipitaţii, de apele de suprafaţă, precum şi de apele subterane. Procesul de epurare constă în îndepărtarea din apele uzate a substanţelor toxice, a microorganismelor, în scopul protecţiei mediului înconjurător (emisar, în primul rând, aer, sol); o epurare corespunzătoare trebuie să asigure condiţii favorabile dezvoltării în continuare a tuturor folosinţelor (alimentări cu apă, piscicultură, agricultură). Evacuarea apelor uzate neepurate în mod corespunzător poate prejudicia, printre altele, în primul rând, sănătatea publica. Ca o primă măsură STAS 1481-76, prevede ca apele uzate sa fie evacuate întotdeauna în aval de punctele de folosinţă. De asemenea, STAS 4706-74 stabileşte o serie de condiţii tehnice de calitate care trebuie să le îndeplinească amestecul dintre apa uzată şi a emisarului în aval de punctul de evacuare a apelor uzate, astfel încât folosinţele în aval să nu fie afectate. Epurarea apelor uzate se realizează în staţii de epurare; acestea fac parte integrantă din canalizarea oraşului sau industrie, mărimea lor fiind determinată de gradul de epurare necesar, de debitele şi caracteristicile apelor uzate şi ale emisarului, de folosinţele prezente si viitoare ale apei.
Câteva definiþii, conform HGR 188/2002 (care transpune Directiva UE privind apa uzatã 91/271/CEE, cu nuanþarea prin sinonime a unor termeni): Ape uzate orãșenști: ape uzate menajere sau amestec de ape uzate menajere cu ape industriale și/sau ape meteorice. Ape uzate menajere:ape uzate provenite din gospodãrii ºi servicii, care rezultã de regulã din metabolismul uman ºi din activitãþile menajere
7
Ape uzate industriale:orice fel de ape uzate ce se evacueazã din incintele în care se desfãºoarã activitãþi industriale ºi/sau comerciale, altele decât apele uzate menajere ºi apele meteorice. Locuitor echivalent (le): încãrcarea organicã biodegradabilã având un consum biochimic de oxigen la 5 zile - CBO - de 60 g O /zi; Definiþia porneºte de la faptul cã, prin metabolism ºi activitãþile menajere un om produce zilnic aceastã cantitate de materii organice poluatoare. Termenul "echivalent" se referã la echivalarea gradului de poluare a industriilor care produc ape uzate compatibile cu apele uzate menajere cu un numãr corespunzãtor de locuitori, pe baza acestui indicator.
3.1.2. Caracterizarea fizico-chimică si tehnologică a apei epurate Procesul de epurare constă în îndepărtarea din apele uzate a substanţelor toxice, a microorganismelor, în scopul protecţiei mediului înconjurător (emisar, în primul rând, aer, sol); o epurare corespunzătoare trebuie să asigure condiţii favorabile dezvoltării în continuare a tuturor folosinţelor (alimentări cu apă, piscicultură, agricultură). Evacuarea apelor uzate neepurate în mod corespunzător poate prejudicia, printre altele, în primul rând, sănătatea publica. Ca o primă măsură STAS 1481-76, prevede ca apele uzate sa fie evacuate întotdeauna în aval de punctele de folosinţă. De asemenea, STAS 4706-74 stabileşte o serie de condiţii tehnice de calitate care trebuie să le îndeplinească amestecul dintre apa uzată şi a emisarului în aval de punctul de evacuare a apelor uzate, astfel încât folosinţele în aval să nu fie afectate. Epurarea apelor uzate se realizează în staţii de epurare; acestea fac parte integrantă din canalizarea oraşului sau industrie, mărimea lor fiind determinată de gradul de epurare necesar, de debitele şi caracteristicile apelor uzate şi ale emisarului, de folosinţele prezente si viitoare ale apei. Apa este un lichid incolor, fără miros, fără gust, inodoră, insipidă, îngheaţă la temperatura de 0 oC, fierbe la temperatura de 100 oC,pâna la temperatura de +4 oC îşi măreşte constant densitatea 1 g/cm 3 , după care se micşorează(apa îşi măreşte volumul la solidificare), la 25oC, densitatea este de 0,997 g/cm 3. Gheaţa pluteşte pe apă, ceea ce face posibilă viaţa acvatică, deoarece sub stratul de gheaţă se găseşte un strat de apă, densitatea gheţi este de 0,917 g/cm 3. Omologi apei , H 2S, H2Se, H2Te, sunt substanţe gazoase în condiţii obişnuite. Apa reprezintă o serie de proprietăţi fizice care o deosebesc de celelalte hidruri din perioada a 2-a. Aceste proprietăţi sunt cunoscute sub numele de ,,anomaliile proprietăţilor fizice ale apei”.
Anomaliile observate în proprietăţile fizice ale apei pot fi explicate pe baza asocieri moleculelor ei (v. asociaţia moleculară). 8
Hidrură
CH4
p.t. [oC]
-184
p. f. [oC]
-164
NH3 H2O HF -78 -33
0
-83
100
19,5
Puncte de topire si de fierbere ale hidrurilor elementelor din perioada a 2-a. p.t. [oC]
p.f. [oC]
H2O
0
100
H2S
-85,5
-60,3
H2Se
-65,7
-41,5
H2Te
-51
-4
Hidrură
Punctele de topire si de fierbere ale hidrurilor elementelor din grupa 16 (VI A). Din analiza vaporilor punctele de topire şi de fierbere ale hidrurilor prezentate se constată că apa are constante fizice anormale de ridicare. Anomaliile proprietăţilor fizice ale apei se explică prin faptul că apa lichidă nu este formată din molecule independente, ci din molecule asociate prin legături de hidrogen (H 2O)n. Studiile cu raze X asupra gheţii au evidenţia o structură afânată. Fiecare moleculă de apă este înconjurată tetraedic de alte 4 molecule. Prin trecerea gheţii în apă lichidă masa nu variază, dar volumul se micşorează.
Proprietăţile fizico – chimice Principalele proprietăţi fizico – chimice care caracterizează apa sunt: Culoarea, care depinde de prezenţa în apă a următoarelor substanţe:
Oxizi ferici, acizi humici, compuşi de mangan, clorofilă etc. Culoarea se determină prin comparaţia probei cu o soluţie etalon de clorură de platină şi potasiu şi clorură de cobalt. Se exprimă în grade de culoare (un grad de culoare corespunde la 1 mg de clorură de platină pe litru). Culoarea variază de la o sursă de apă la alta, de la un anotimp la altul, etc. Temperatura , se masoară în grade Celsius şi variază în funcţie de sursă şi anotimp. La apele de adâncime temperatura variază între 6 şi 12 grade, pe când la cele de suprafaţă aceasta variază între 0 si 26 grade Celsius. Radioactivitatea reprezintă proprietatea apei de a emite radiaţii
permanent (α, β, γ). Acumularea emanaţiilor radioactive în apă depinde de tipul sursei (de adâncime, freatică), de natura straturilor de roci pe care le străbate, de natura gazelor care se degajă din straturile subterane, etc. 9
Turbiditatea reprezintă raportul dintre cantitatea de material solid aflat în suspensie într-o probă luată şi cantitatea de apă a probei respective. Se exprimă în grade de tulbureală (un grad de tulbureală corespunde la 1 mg de silice fin pulverizată şi împrăştiată într-un litru de apă distilată – probă etalon). Reziduul fix reprezintă totalitatea substanţelor minerale şi organice din
apă. Determinarea acestei proprietăţi se face prin evaporarea la 105 º C a apei dintr-o probă şi se cântăreşte reziduul. Se exprimă în mg/l. Reacţia apei este dată de raportul cantitativ dintre ionii de hidrogen (H) şi axidril (OH¯) aflaţi în apă la un moment dat. Pentru apa pură concentraţiile celor două grupe de ioni sunt egale. Predominarea ionilor de hidrogen determină caracterul acid al apei, iar predominarea ionilor de oxidril determină caracterul bazic al apei. Reacţia apei se determină prin indicele pH. Valorile extreme ale acestei scări sunt valorile pH –ului atinse de soluţiile acide tari (valoarea pH = 0,0) sau ale soluţiilor bazice tari (valoarea pH = 14,0). Creşterea reacţiei acide sau bazice a apei reprezintă o scădere a pH –ului de la valoarea 7, respectiv o creştere a pH-ului peste valoarea 7. Creşterea reacţiei acide a apei (pH < 7) se datorează prezenţei în apă a bioxidului de carbon liber, a acizilor minerali şi a sărurilor de acizi tari cu baze slabe, iar creşterea reacţiei alcaline se datorează prezenţei în apă a ionilor de bicarbonat şi fosfat. Limitele excepţionale ale pHului fiind 6,6 – 9,0. Duritatea apei este dată de prezenţa în compoziţia sa a sărurilor de calciu şi magneziu sub formă de carbonaţi , bicarbonaţi, cloruri, fosfaţi, sulfaţi. Duritatea poate fi temporară, dată de carbonaţii şi bicarbonaţii de calciu şi magneziu şi care poate fi eliminată prin fierbere. Duritatea temporară şi cea permanentă prin însumare dau duritatea totală. Duritatea se exprimă în grade (un grad reprezentând 10 mg de oxid de calciu sau magneziu la un litru de apă). Din punct de vedere al durităţii totale, apele naturale se clasifică în ape moi (1-8 grade); ape semidure (8-12 grade); ape dure(12-30 grade); ape foarte dure (peste 30 grade). Duritatea apei nu are o influenţă prea bine cunoscută asupra organismelor (oameni, animale, plante) dar influenţează anumite procese tehnologice (în industria alimentară) sau instalaţii (transportul prin conducte metalice şi cazane de termoficare) prin depunerea sărurilor pe pereţii lor.
Proprietăţi biologice Acestea se referă la igiena apei, mai precis la bacteriile care se găsesc în apă. Aceste bacterii pot proveni direct de la sursa de apă sau pe traseul de la sursă la utilizator. Principalele categorii de bacterii sunt: bacteriile obişnuite (banale) care nu au influenţe asupra organismelor; 10
bacteriile saprofite, provenite din surse de poluare cu dejecţii animale şi indică prezenţa posibilă a bacilului febrei tifoide; bacteriile patogene care duc la îmbolnăvirea organismelor animale; bacili coli, care însoţesc bacilul febrei tifoide şi care dau indicaţii asupra impurificării apei cu ape de canalizare; cunoaşterea valorilor admisibile a acestor proprietăţi este foarte importantă, atât în folosinţele gospodăreşti şi industriale, cât mai ales în acele folosinţe la care apa intră în reţetarele unor produse alimentare.
3.1.3. Condiț ii de calitate, depozitare, transport Primul pas spre epurare este colectarea apelor uzate, care se face prin sisteme de canalizare. ele sunt mai simple la poluanţi industriali, dar foarte vaste şi complicate în cazul canalizării localităţilor, deoarece trebuie să preia ape uzate fecaloid-menajere de la un foarte mare număr de surse - toate chiuvetele, WC-urile, cadele de duş sau baie etc. Se mai adaugă canalele ce preiau apele pluviale. Apele acestea trebuie apoi conduse la staţia de epurare, de unde apoi de regulă sunt restituite în emisar, de obicei un râu. În final vom vedea o serie de reglementări în domeniu, pentru a înţelege mai bine problema epurării apelor. Generalităţi despre canalizări .
La densităţi foarte reduse de populaţie nu e nevoie de latrine şi canalizări, câmpurile şi pădurile servind ca pentru orice animal drept loc de defecare şi urinare. Asemenea condiţii erau cândva peste tot pe glob, dar treptat s-au redus încât astăzi se mai întâlnesc numai în zone montane sau deşertice sau polare. În rest e nevoie de un sistem organizat. În zilele noastre în ţări dezvoltate există sisteme performante de canalizare şi în mediul rural, în schimb în meri oraşe din lumea a treia fecalele sunt în continuare depuse pe stradă, unde sunt spălate de ploi, consumate de porci sau câini sau uscate de soare şi transformate în praf. De exemplu în Mexico CIty o mare parte din praful din atmosferă este de fapt format din fecale umane uscate. Consecinţele asupra sănătăţii publice sunt pe măsură de grave. În zone rurale cu climat nu foarte rece şi nu prea umed se pot folosi cu succes sisteme de tancuri septice cu câmpuri de absorbţie pe sol. Mai sigure dar mai scumpe sunt tancurile septice închise, care se vidanjează periodic şi se transportă întreg conţinutul la o staţie de epurare, sau se face sistem centralizat de canalizare ca în mediul urban. O soluţie ieftină hibridă este combinaţia între tanc septic care să reţină numai componenta solidă a apelor uzate fecaloid-menajere şi canalizare centralizată dar care să colecteze şi să ducă la staţia de epurare numai componenta lichidă. Avantajele unui astfel de sistem sunt că tancul septic trebuie golit mult mai rar iar sistemul de canalizare se poate realiza cu ţevi de diametre mult mai mici şi deci cu costuri reduse. 11
Structura unei reţele de canalizare. Există diverse variante constructive, soluţii tehnice, de design şi de material folosit la canale. Majoritatea conductelor de canal sunt la noi din ciment sau azbociment, iar marile colectoare au structuri diverse, unele armate sau de metal, fiind adevărate tunele. Există însă principii comune şi variante larg folosite. În mod tipic, în interiorul clădirilor sistemul începe cu sifoane la chiuvete, WC-uri, pisoare, cade de duş sau baie, canale la nivelul podelei etc. Aceste converg gravitaţional spre subsolul clădirii de unde trec în exterior spre racordul cu reţeaua publică de canalizare. Canalele pentru ape pluviale au deschideri spre străzi, curţi şi alte spaţii. Ele sunt laterale în rigole sau orizontale, acoperite cu grătare. În interiorul puţului se montează dispozitive care să împiedice intrarea de gunoaie şi eventual şi emanarea de mirosuri, având astfel canal cu găleată sau cu găleată şi sifon. Găleata reţine corpurile solide şi se goleşte periodic. Structura unei reţele de canalizare este arborescentă: canalele de racord converg în canale colectoare secundare ce se reunesc în colectoare principale, ce se termină sau ar trebui să se termine la staţia de epurare. Reţelele au şi guri pentru vizitare, care să permită accesul pentru control şi întreţinere.Canalele pot fi curăţate prin diverse tehnici: Spălare cu presiune ridicată, curăţare cu dragă cu lanţ sau cablu; curăţare cu vehicule speciale... Construcţia sistemului de canalizare trebuie să asigure o perfectă etanşeitate, o netă separare de reţeaua de alimentare cu apă (cu care nu trebuie să vină în contact şi în nici un caz să nu treacă deasupra ei) ca să se evite orice posibilă contaminare. Trebuie să fie cădere suficientă, coturi nu prea strânse, adâncime corespunzătoare ca să nu apară iarna îngheţ şi dimensionările (diametre) adecvate ca să permită preluarea întregului debit, să nu se ajungă la blocaje şi refulări la exterior pe străzi sau şi mai rău în interiorul clădirilor.
3.2. Variante tehnologice de epurare a apelor uzate municipale Epurarea apelor uzate se poate realiza prin metode ce se bazează pe procese fizice, chimice şi biologice, care diferă funcţie de tipul poluanţilor şi concentraţia lor în apa uzată. Se poate face o clasificare a acestor metode luând în considerare tipul procesului care stă la baza metodei de epurare: Epurare mecanică • Epurare chimică • Epurare biologică • Epurare avansată • sau considerând operaţiile şi procesele unitare necesare pentru a realiza îndepărtarea poluanţilor, într-un anumit stadiu al sistemului de epurare în: Epurare primară • Epurare secundară • • Epurare terţiară (avansată ) Schiţa care reprezintă succesiunea şi amplasarea obiectelor principale din staţia de epurare cu arătarea poziţiilor relative între ele precum şi indicaţii asupra fluxului 12
tehnologic al apei, nămolului, energiei electrice, al aburului şi al altor agenţi necesari epurării constituie schema de epurare.
3.2.1. Procedeele de epurare mecanică Asigura retinerea, prin procese fizice, a substantelor poluante sedimentabile din apele uzate, folosind in acest scop, constructii si instalatii in a caror alcatuire difera marimea suspensiilor retinute. Astfel, pentru retinerea corpurilor si suspensiilor mari se folosesc gratare si site; in unele situatii de scheme de epurare, aceasta operatie se numeste epurare preliminara. Pentru separarea, prin flotare sau gravitationala, a grasimilor si emulsiilor care plutesc in masa apei uzate, se folosesc separatoare de grasimi, iar sedimentarea sau decantarea materiilor solide, in suspensie separabile prin decantare, are loc in deznisipatoare, decantoare, fose septice etc. Acest procedeu de epurare este folosit frecvent in epurarea apelor uzate menajere, constituind o etapa intermediara de realizare totala a epurarii apelor, indeosebi pentru localitatile in care statia de epurare se construieste simultan cu canalizarea localitatii. In cazul cand in canalizarea oraseneasca sunt deversate mari cantitati de ape uzate industriale, pentru a proteja desfasurarea normala a proceselor de epurare in treapta mecanica, se prevede o epurare preliminara alcatuita din bazine de egalizare a debitelor de uniformizare a concentratiilor (in cazul apelor uzate industriale evacuate in sarje tehnologice), sau in bazine de neutralizare pentru apele puternic acide sau alcaline.
G/S – grătare/site; DZ – deznisipator; D.P. – decantor primar. Epurarea mecanică constă în reţinerea prin procedee fizice a substanţelor insolubile care se află în apele uzate. Metoda este larg folosită in epurarea apelor uzate menajere ca epurare prealabilă sau ca epurare unică în funcţie de gradul de epurare necesar impus de condiţiile sanitare locale, adică după cum ea trebuie să fie urmată sau nu de alte trepte de epurare. Se obişnuieşte însă ca la toate staţiile de epurare – indiferent de gradul de epurare necesar – să se prevadă epurare mecanică, deoarece prin aceasta se poate realiza o simţitoare reducere a substanţelor în suspensie şi creşterea productivităţii instalaţiilor de epurare. Reţinerea substanţelor din apele uzate se realizează prin construcţii şi instalaţii, a căror alcătuire diferă după mărimea suspensiilor şi procedeelor utilizate şi anume: grătare, site, deznisipatoare, separatoare de grăsimi, decantoare. Prelucrarea suspensiilor reţinute din apele uzate, adică nămolurile, care alcătuiesc o masă vâscoasă, se realizează în funcţie de condiţiile sanitare locale: ele pot fi îndepărtate şi depozitate în stare proaspătă în care se
13
obţin, sau trebuie în prealabil supuse unor operaţii care le modifică o parte din calităţi şi anume: gradul de nocivitate, vâscozitatea, mirosul, aspectul şi umiditatea. Modificarea acestor calităţi se obţine prin fermentare şi reducerea umidităţii nămolurilor. Fermentarea are drept efect principal mineralizarea substanţelor organice reţinute şi transformarea acestora în elemente mai simple cum ar fi: bioxidul de carbon, metan, azot, etc. Reducerea umidităţii are drept scop crearea condiţiilor pentru o mai uşoară manipulare a nămolurilor care se depozitează sau se utilizează cu folos. Aceste operaţii au loc atât în spaţiile prevăzute la decantoarele in care au fost reţinute nămolurile, rezervoare sau bazine de fermentare a nămolurilor, cât şi pe platformele de uscare, în instalaţii de deshidratare sub vacuum, instalaţii de uscare termică, instalaţii de incinerare, etc. Realizarea acestor procese tehnologice impune existenţa unor construcţii şi instalaţii de deservire şi anume: - conducte şi canale de legătură între elementele tehnologice de bază; - dispozitive şi aparate de reglări automate sau comandate, măsură, control şi semnalizări; - rezervoare de înmagazinare a gazelor produse la fermentarea nămolurilor; - centrală termică pentru producerea energiei calorice necesare prelucrării nămolurilor; - staţii de pompare pentru ape uzate şi pentru nămol; - construcţii pentru vărsarea în emisar a apelor epurate; - platforme pentru depozitarea nămolului fermentat; - reţeaua de alimentare cu apă potabilă şi industrială; - drum de acces şi de exploatare; - clădiri administrative; - instalaţii electrice exterioare şi interioare de forţă şi lumină; - laborator (în funcţie de mărimea staţiei) - plantaţii, împrejurimi.
Schema de epurare mecanică Această schemă cuprinde în mod obişnuit grătare, dezintegratoare de deşeuri, deznisipatoare, separatoare de grăsimi, decantoare, vărsarea apei în emisar şi rezervoare sau bazine de fermentare a nămolurilor, instalaţii de deshidratare a nămolurilor.
14
Fig. 3.1. Schema de epurare mecanică
3.2.2. Procedeele de epurare mecano – chimică Epurarea mecano – chimică constă în reţinerea substanţelor în suspensie, coloidale şi dizolvate prin tratarea apelor uzate cu substanţe chimice (reactivi). Procedeele folosite sunt: neutralizarea, diluarea, coagularea şi altele care reduc concentraţia substanţelor conţinute în apele uzate. Epurarea chimică este însoţită este de obicei şi de o epurare mecanică, aceasta fiind alcătuită din grătare, decantoare, centrifuge şi de aceea metoda poartă denumirea de epurare mecano – chimică. La apele uzate menajere epurarea chimică se aplică la dezinfectarea apelor epurate parţial prin alte metode, la coagularea nămolurilor, la dezinfectarea instalaţiilor, etc. Tot printre aceste metode de epurare mecano – chimice trebuie incluse şi metodele electrolitice. Metoda constă în trecerea unui curent electric prin apa uzată. Ionii de electrolit care se formează se colectează în mod corespunzător spre electrozi, care se fac din oţel, şi cu care intră în combinaţie; se formează oxizi de fier care acţionează ca un coagulant. Epurarea chimică se face cu clor gazos sau hipoclorit de calciu, ceea ce va duce la instalaţii diferite. Amestecul clorului cu apa uzată se poate realiza în canalul de vărsare a apei epurate în emisar, sau într-un bazin de contact. Nămolurile reţinute în bazinul de contact sunt conduse în decantoarele primare iar de aici, la instalaţiile fermentare. Se aplica la apele uzate in compozitia carora predomina materii solide in suspensie, coloidale si dizolvate care nu pot fi retinute decat numai prin tratarea acestor ape cu reactivi chimici de coagulare. Pentru a creste eficienta procesului chimic, apele vor
15
fi supuse, in prealabil, epurarii mecanice, de aceea acest procedeu poarta denumirea de epurare mecano – chimica. La apele uzate menajere, acest procedeu se aplica la dezinfectarea apelor uzate, procedeul fiind aplicat frecvent in epurarea apelor uzate industriale. In mod obisnuit epurarea mecanica si epurarea mecano – chimica constituie epurarea primara a apelor uzate, iar constructiile si instalatiile aferente alcatuiesc trepta mecanica a unei statii de epurare.
Epurare mecano-chimică
G/S – grătare/site; Dz – deznisipator; C-F – separator grăsimi; D.P. – decantor primar; Această schemă cuprinde obiectele pentru epurarea mecanică, la care se adaugă obiectele corespunzătoare tratării cu coagulanţi sau staţia de dezinfectare.
Fig. 3.2. Schema de epurare mecano-chimică
16
3.2.3. Procedeele de epurare mecano – biologica Epurarea mecano – biologică foloseşte activitatea unor microorganisme pentru oxidarea şi mineralizarea substanţelor organice aflate în apa uzată.Epurarea biologică este precedată în mod obişnuit de epurare mecanică, necesitatea acesteia nefiind impusă de fenomenele biologice, ci de faptul că măreşte productivitatea întregii instalaţii de epurare. Bacteriile folosite în epurarea biologică diferă în funcţie de tipul apei uzate. Astfel, pentru apele uzate menajere, epurarea biologică se bazează pe bacterii aerobe care preiau din aer sau din apă oxigenul de care au nevoie, ceea ce implică o bună aerare, capabilă să furnizeze oxigenul necesar. Mineralizarea substanţelor organice din apele uzate se poate realiza de asemenea în condiţii anaerobe prin procese de reducere, însă necesită mai mult timp, se produc mirosuri neplăcute şi de aceea acest procedeu poate fi utilizat în locuri izolate care să nu creeze folosinţelor vecine nocivităţi necorespunzătoare.
Epurarea biologică poate fi realizată prin două grupe mari de construcţii şi anume: - Construcţii în care epurarea se petrece în condiţii apropiate de cele naturale; între acestea se încadrează câmpurile de irigaţii, iazurile biologice şi câmpurile de infiltraţii. - Construcţii în care epurarea biologică se realizează în condiţii create artificial sub acţiunea bacteriilor aerobe puternic alimentate cu oxigen şi anume: filtre biologice numite biofiltre şi bazine cu nămol activ numite şi aerotancuri; la apele uzate menajere, această epurare se face într-una sau cel mult două trepte. În construcţiile din prima treaptă se realizează o epurare foarte înaintată 99-99,5[%] astfel încât apele pot fi vărsate direct în emisari. În construcţiile de epurare din cea de-a doua treaptă, apele rezultate conţin cantităţi importante de nămol activ, adică bogat populat în bacterii oxidante şi care nu pot fi evacuate în emisar pentru că ar provoca acolo aproximativ aceleaşi pagube ca şi apele uzate netrecute prin staţia de epurare. Aceste nămoluri trebuie reţinute în staţia de epurare întocmai ca şi depunerile şi nămolurile separate prin epurarea mecanică, operaţie ce se realizează în decantoare, asemănătoare decantoarelor folosite la epurarea primară. Pentru diferenţiere, decantoarele poartă denumirea treptei de epurare din care fac parte. Astfel, la epurarea mecanică se numesc decantoare primare, la epurarea biologică cu o singură treaptă – decantoare secundare, iar cele de la epurarea biologică cu două trepte – decantoare terţiare. După decantarea secundară apele uzate mai conţin încă bacterii banale şi patogene, întrucât construcţiile pentru epurarea mecanică şi biologică nu asigură distrugerea totală a acestora. Pentru distrugerea bacteriilor se foloseşte dezinfectarea apelor prin clorinare sau prin alte mijloace. În asemenea cazuri, epurarea mecano – biologică se completează deci cu o epurare chimică. Nămolul reţinut după epurarea biologică este supus prelucrării odată cu acela provenit de la epurarea mecanică. Cum însă el conţine o mare cantitate mare de apă 98-99[%], înainte de a fi trimis la fermentare este uneori trecut prin bazine de concentrare a nămolului; se obţine astfel o oarecare reducere a cheltuielilor pentru fermentare.Epurarea biologică cu nămol activat necesită pe lângă construcţiile de
17
bază indicate anterior şi construcţii şi instalaţii de deservire suplimentare celor indicate la epurarea mecanică şi anume: - instalaţii pentru producerea sau introducerea artificială a aerului; - staţii de pompare şi conducte pentru transportul şi distribuţia nămolului activ, a aburului; - recipiente şi dispozitive pentru condiţionarea nămolului. Epurarea biologică asigură un grad înalt de epurare, adeseori fiind practic completă. Se bazeaza pe actiunea comuna a proceselor mecanice, chimice si biologice si pot avea loc in conditii naturale (campuri de irigare si de infiltrare, iazuri biologice etc), sau in bazine de aerare cu namol activ de mica sau de mare incarcare, cu aerare normala sau prelungita. Pentru apele uzate industriale in compozitia carora lipsesc substantele nutritive (azot si fosfor) necesare bacteriilor aerobe, se prevad bazine speciale pentru introducerea acestor substante chimice (este mai economica solutia de epurare in comun a acestor ape industriale cu apele uzate menajere, deoarece deseurile orasenesti contin suficiente cantitati de azot si fosfor). Constructiile si instalatiile in care se realizeaza procesele biochimice de epurare biologica, alcatuiesc treapta secundara a statiei de epurare, avand drept scop final, retinerea materiilor solide in solutii si in special a celor organice. Namolul produs in treapta biologica este retinut prin decantare, in decantoarele secundare, numite si bazine clarificatoare. In aceasta treapta de epurare sunt necesare, dat fiind complexitatea proceselor, unele constructii si instalatii de deservire (instalatii pentru producerea si introducerea artificiala a aerului, statii de pompare si conducte pentru transportul si distributia namolului activ etc). In conditiile functionarii normale a treptei de
epurare primare si secundare, eficienta acestora exprimata prin gradul de epurare realizat in ceea ce priveste materiile organice si a materiilor in suspensie, separabile prin decantare, poate fi apreciat la 75 – 92 %. De exemplu, apele uzate menajere epurate complet ( primar si secundar), vor contine 15 – 20 mg CBO5 / dm si 20 – 30 mg suspensii / dm la deversare in receptor. Apele uzate orasenesti vor avea valori superioare acestora, marimea lor depinzand de incarcarea in poluanti a apelor uzate industriale. In acest caz obtinerea de valori mai mici presupune suplimentarea schemei clasice a statiei de epurare (de exemplu, introducerea da mai multe trepte de epurare biologica). Epurare mecano-biologica
G/S – grătare/site; Dz – deznisipator; D.P. – decantor primar;
18
B.N.A. – bazin cu nămol activ; D.S. – decantor secundar.
Această schemă de epurare mecano – biologică cuprinde o treaptă de epurare mecanică şi una de epurare biologică. Treapta de epurare mecanică este asemănătoare celei precedente; ea poate fi completată cu biocoagulatoare, în cazul în care în staţie există nămol activ, sau în lipsa acestuia – cu bazine de preaerare. O parte din instalaţiile de epurare mecanică pot fi folosite şi pentru recircularea şi prelucrarea nămolurilor care fac parte din epurarea biologică. Epurarea biologică prin filtre biologice poate fi făcută în una sau două trepte. Decantoarele secundare se prevăd după fiecare treaptă de filtre sau numai după ultima treaptă. Pentru obţinerea unui grad de epurare mai ridicat apa poate fi recirculată în cadrul fiecărei trepte de epurareEpurarea biologică prin bazine cu nămol activ (bazine de aerare) se realizează prin construcţii de diferite tipuri şi poate fi: completă sau parţială. După bazinele de aerare se prevăd decantoare secundare, nămolul reţinut în aceste decantoare fiind trimis în concentratoare de nămol şi apoi prin pompare ca nămol de recirculare în bazinele cu nămol activ, ceea ce prisoseşte (nămol în exces) fiind trimis în biocoagulatoare şi decantoare primare. Pentru dezinfectarea apelor la care se foloseşte clorinarea, ca bazine de contact la filtrele biologice pot folosi decantoarele secundare; la bazinele cu nămol activ trebuie construite bazine de contact speciale deoarece în cazul utilizării decantoarelor secundare speciale, bacteriile aerobe ar fi distruse prin clor pierzându-se calităţile nămolului activ.
19
Fig. 3.3. Schema de epurare mecano – biologică .
Cap. 4. Elemente de inginerie tehnologică Diferenţierea metodelor de epurare ale apelor uzate menajere se face în mod curent după natura fenomenelor principale pe care se bazează operaţiile în prima grupă adică în epurarea apelor uzate, independent de fenomenele care se produc la prelucrarea substanţelor reţinute, spre deosebire de apele uzate ale diferitelor industrii, la care scopul principal al epurării este recuperarea substanţelor valorificabile.
4.1. Varianta tehnologică adoptată Pentru epurarea apelor uzate s-a ales o schemă tehnologică alcătuită din două trepte de epurare: una mecanică şi cea de-a doua treaptă biologică. Procedeele de epurare mecano – biologica se bazeaza pe actiunea comuna a proceselor mecanice, chimice si bilogice si pot avea loc in conditii naturale (campuri de irigare si de filtrare, iazuri biologice etc.) sau in conditii artificiale prin filtrare biologica (filtre biologice de mica sau mare incarcare, filtre biologice scufundate, filtre turn, aerofiltre) sau in bazine de aerare cu namol activ de mica sau mare incarcare, cu aerare normla sau prelungita. Constructiile si instalatiile in care se realizeaza procesele biochimice de epurare biologica alcatuiesc treapta secundara a statiei de epurare, avand drept scop final retinerea materiilor solide in solutii si in special a celor organice. Namolul produs in treapta biologica este retinut prin decantare, in decantoare secundare, numite si bazine clarificatoare. In aceasta treapta de epurare sunt necesare, dat fiind complexitatea proceselor, unele constructii si instalatii de deservire (pentru producerea si introducerea artificiala a aerului, statii de pompare si conducte pentru transportul si distributia namolului activ etc.). In conditiile functionarii normale a treptei de epurare primare si secundare, eficienta acestora exprimata prin gradul de epurare realizat in ceea ce priveste materrile organice si a materiilor in suspensie, separabile prin decantare, poate fi apreciat la 75 – 92%. Epurarea mecano – bilogica naturala constituie o solutie obisnuita pentru numeroase statii de mica capacitate, deoarece in acest scop se poate folosi emisar ternul din apropiere sau depresiunea de teren fara apa, in loc sa se construiasca un canal lung pana la receptor. In acest scop, se aplica tehnica de infiltrare subterana (puturi absorbante sau campuri de filtrare) si de irigare subterana. Puturile absorbante (utilizate tot mai rar) constituie o solutie admisibila numai cand terenul este permeabil si nu afecteaza calitatea apei freatice care se gaseste la mare adancime. De obicei aceste epurari necesita pompari; statia de pompare se monteaza inainte sau dupa fosa septica. 20
Dezavantajul principal al acestui procedeu de epurare mecano – biologica naturala il constituie necesitatea scoaterii din circuitul agricol al unor suprafete mari de teren care in cazul localitatilor mici sunt greu de obtinut. Epurarea mecano – biologica artificiala se realizeaza in filtre biologice si bazine de aerare cu namol activ. Filtrele biologice sunt preferate bazinelor de aerare deoarece sunt mai simplu de realizat si rezista la socuri hidraulice. Se folosesc filtre obisnuite de mica incarcare , filtre biologice cu discuri, filtre bilogice scufundate, transee filtrante etc. in ceea ce priveste bazinele de aerare cu namol activ, utilizarea lor comporta deci gratare, decantoare, bazine de aerare, decantoare scundare, spatii pentru fermentare si platforme de uscare a namolurilor. In general, se prefera bzinele pentru oxidarea totala, bazinele combinate, santurile de oxidare etc.
Fig. 4.1. Schema bloc de epurare mecano – biologică
21
Fig. 4.2. Schema de flux tehnologic a unei stații de epurare
22
Apa uzată 4.1.1. Descrierea procesului tehnologic va fi tratată într-o staţie de epurare care cuprinde două etape tehnologice: tratarea mecanică şi tratarea biologică. A. Tratarea mecanică are următoarea soluţie constructivă:
deznisipator – separator de grăsimi
bazin de egalizare – omogenizare şi pompare B. Tratarea biologică se realizează utilizându-se următoarele dispozitive:
instalaţia automatizată de deshidratare în saci
bazinele de aerare cu: • tanc de hidroliză •
tanc de nitrificare – denitrificare heterotrofă
•
tanc de nitrificare autotrofă
camera de coagulare
tanc de sedimentare secundară
unitate de dozare polielectrolit
instalaţie de aerare cu patru compresoare
instalaţie de dezinfecţie cu ultraviolete. Apa limpezită şi tratată biologic este utilizată şi ca apă tehnologică de spălare nisip şi platforme în staţia de epurare, prin intermediul unei pompe montate în căminul de evacuare efluent, cât şi pentru cei doi hidranţi proiectaţi pe linia de spălare. Apele uzate necesită o epurare pentru a putea fi deversate în mediul înconjurător, respectiv în receptor. Gradul necesar de epurare este de cca. 79,04% pentru materiile solide în suspensie, 91,27% pentru consumul biochimic de oxigen la cinci zile CBO5 , 92,72% pentru azot amoniacal, 78,16% pentru azotul total TKN şi de 82,53% pentru fosforul total TP. Deci, staţia de epurare pe lângă îndepărtarea unor poluanţi clasici ca MTS (materii solide în suspensie) şi CBO5, trebuie să realizeze şi reducerea amoniului, azotului şi fosforului, precum şi a bacteriilor patogene existente în apele uzate.
4.1.2. Treapta mecanică Grătare
23
Grătarele se utilizează şi ca mijloace de protecţie pentru părţile mobile ale echipamentelor mecanice, cum ar fi rotoare de turbopompe, sertare de robinete, site, precum şi pentru vieţuitoarele care cad în apă şi pot fi omorâte. În general grătarele sunt formate din bare paralele, echidistante, prinse rigid pe suporţi transversali, astfel încât lasă între ele spaţii libere denumite lumină. Menţinerea corpurilor lipite pe grătar şi evitarea antrenării lor printre barele acestuia se realizează printr-o viteză reală de trecere a apei prin grătar superioară valorii de 0,8[m/s]. De regulă, viteza medie de trecere între barele grătarului se alege în gama 0,8 1[m/sec] valoare care se pot majora la debite maxime până la 1,2 – 1,4[m/s]. Este de remarcat că o mişcare hidraulică lentă nu asigură reţinerea pe bare a materialelor şi că adoptarea vitezelor mici se face numai la prizele de apă la care captarea se realizează prin grătare dispuse paralel cu sensul curgerii apei, astfel ca pentru a fi captată, apa face un unghi de 90°. În acest caz, viteza care se adoptă în faţa grătarului este de 0,075 – 0,1[m/s], astfel încât să se evite antrenarea murdăriilor, a zaiului şi a debitelor solide în priză, acestea continuându-şi curgerea în aval datorită vitezei apei de suprafaţă. De asemenea, viteza mică de captare permite peştilor să se îndepărteze de grătar. Aceste grătare se aşează la faţă, fără nici o retragere, ca să se evite formarea unor depuneri. Pentru staţiile de epurare la care reţinerile sunt în cantităţi mari, circa 4….10 [dm3/locuitor şi an], se prevăd grătare cu curăţire mecanică. Excepţie fac staţiile de epurare mici la care curăţirea poate fi efectuata manual, precum şi staţiile mijlocii la care grătarele rare sunt dispuse ca protecţie în amonte de grătarele medii sau dese prevăzute cu curăţire mecanică. Reţinerile de pe grătare sunt tratate astăzi ca reziduuri (gunoi). Până nu demult aceste reţineri erau scoase din apă, fărâmiţate cu ajutorul dezintegratoarelor şi apoi reintroduse în circuit, în amonte de grătar. Actualmente, s-a renunţat la această soluţie din cauza maselor plastice care produc perturbaţii în exploatare pe circuitele de nămol (decantor primar, îngroşător de nămol) şi în special, la recircularea externă a nămolului la metantancuri. Totodată, prelucrarea şi reintroducerea în apa uzată a unor murdarii ce au fost o dată extrase, reprezintă un consum de energie nejustificat economic.
Grătare cu curăţire manuală. Grătarele cu curăţire manuală sunt de tip plan dispuse faţă de orizontală, înclinat la 60…75[°], pentru a putea fi uşor curăţite manual cu ajutorul unei greble. Curăţirea manuală se face de pe o pasarelă care, în multe cazuri, se află la nivelul terenului.
24
Fig. 4.3. Grătar plan cu curăţire manuală
1 – umplutură din beton; 2 – bara LT 60 x 8; 3 – traversă; 4 - pasarelă
Întrucât deasupra nivelului apei din colectoarele de canalizare, în care se adună reţinerile de pe grătare, se află gaze, mai grele decât aerul şi lipsite de oxigen, e absolut necesar ca lucrătorul aflat pe pasarelă, în poziţie de curăţire, (aplecat) să aibă capul deasupra nivelului terenului. Adâncimea maximă admisă între pasarelă şi partea inferioară a grătarului este de 3 [m].
Grătar curb cu curăţire mecanică. Grătarul curb cu curăţire mecanică, se utilizează doar pentru adâncimi mici de canal. Barele grătarului sunt dispuse în secţiunea planului vertical după un arc de cerc de cca. 90[°]. Curăţirea se efectuează cu una, două greble montate la extremitatea unor braţe ce se rotesc în jurul unui arbore orizontal, dispus perpendicular pe direcţia de curgere a apei. Pentru evacuarea reţinerilor colectate de greblă, se adoptă mai multe soluţii: una are curăţitorul articulat la cadru şi prevăzut cu amortizoare pneumatice, gen pompa de umflat cauciucuri, care elimină şocul la căderea curăţitorului după descărcarea greblei. Alta cu contragreutăţi la capătul unor braţe scurte prinse solidar de curăţitor, ceea ce permite pendularea şi amortizarea căderii. Ultima soluţie are curăţitorul fixat de braţele greblei şi comandat de o greutate printr-un mecanism similar celui bielă manivelă; poziţia în spaţiu a braţului greblei, pe de o parte, şi tendinţa greutăţii să coboare sub punctul de articulaţie al pârghiei, pe de alta, conduc la mişcarea de curăţire. 25
Fig. 4.4. Grătar curb cu curăţire mecanică . 1- cadru; 2-grătar; 3-greblă; 4-curăţitor greblă; 5-mecanism antrenare.
Descărcarea depunerilor se face, în general printr-un plan înclinat oscilant pe o bandă transportoare dispusă transversal pe canal. Grătarul radial care în esenţă este un grătar curb, cu arborele de curăţire vertical, nu se mai utilizează, pentru ca curăţirea se făcea sub apa, reţinerile fiind apoi conduse la dezintegrator. Depunerile de pe grătar sunt îndepărtate de obicei o dată pe zi, însă în perioadele cu debite mai mari (pe timp de ploaie) se recomandă supravegherea continuă şi îndepărtarea lor mai dese. De pe grătarele mai dese, depunerile sunt îndepărtate de 2-5 ori pe zi. Dacă depunerile sunt îndepărtate mecanic, mecanismul trebuie să intre în funcţiune des, chiar continuu, pentru a nu se produce înfundări consistente, care ar putea duce la bloca
Flotaţia. Separatoare de grăsimi. Flotaţia este procesul de epurare a apelor uzate ce are drept scop îndepărtarea din apele uzate orăşeneşti a uleiurilor, grăsimilor, şi în general a tuturor substanţelor mai uşoare decât apa, care se ridică la suprafaţa acesteia în zonele liniştite şi cu viteze orizontale mici ale apei. Flotaţia se realizează în bazine numite de flotaţie, sau separatoare de grăsimi sau uleiuri. Separatoarele de grăsimi sunt amplasate după deznisipatoare, dacă reţeaua de canalizare a fost construită în sistem unitar, şi după grătare când reţeaua a fost construită în sistem separativ, şi când din schemă lipseşte deznisipatorul. Pentru epurarea apelor uzate industriale, flotaţia este folosită în multe cazuri, în special când apele provin din industria petrolieră, minieră, alimentară, etc. Separatoarele de grăsimi se prevăd în cazul în care apele uzate au o concentraţie mai mare de 150[mg/dm 3] de substanţe grase extractibile în eter de petrol, care nu sunt separabile la suprafaţa apei şi posibil de evacuat în mod obişnuit prin dispozitive de raclare la suprafaţă a decantoarelor. Separatoarele de grăsimi se prevăd obligatoriu când treapta mecanică este urmată de o treaptă biologică. 26
Procesul de flotaţie depinde de natura particulelor ce trebuie îndepărtate din apă. Din acest punct de vedere se deosebesc particule mai grele decât apa (de exemplu sterilul din apele uzate provenite de la prelucrarea minereurilor) şi particule mai uşoare decât apa (grăsimi, uleiuri, etc.). Pentru a ajuta procesul de flotaţie şi în acelaşi timp pentru a împiedica depunerea pe radierul bazinelor de flotaţie a substanţelor sedimentabile, se adaugă aer în cazul particulelor grele, cât şi a celor uşoare. Pentru particulele grele, procesul de flotaţie este ajutat şi de folosirea unor aşa numiţi agenţi de flotaţie sau spumanţi. Pentru particulele uşoare se pot folosi următoarele procedee: -
flotaţia naturală, în cadrul căreia, în bazine deschise de flotaţie, apa uzată mişcându-se cu viteză mică ajută la ridicarea la suprafaţă a particulelor uşoare; - flotaţia cu aer de joasă presiune (0,5- 0,7 at.), realizată de asemenea în bazine deschise de flotaţie, aerul ajutând flotaţia în sensul celor menţionate mai sus; - flotaţia sub presiune, realizată în bazine închise în care se introduce aer sub presiune mai mare decât presiunea atmosferică, care prin destindere bruscă antrenează particulele care trebuie îndepărtate din apă; - flotaţia sub vid, constă în saturarea apei cu aer şi apoi introducerea ei într-un bazin închis cu presiune redusă, ceea ce conduce la degajarea de aer sub formă de bule care antrenează la suprafaţă particulele în suspensie. Pentru apele uzate orăşeneşti, ca şi pentru cele menajere, se foloseşte procedeul de flotaţie naturală şi cel de flotaţie cu aer. S-a constatat că se poate creşte substanţial eficienţa flotării dacă o dată cu aerul se introduce şi clor gazos. Pentru apele uzate industriale ce conţin substanţe mai grele sau mai uşoare decât apa se aplică toate procedeele menţionate. Aerarea apei uzate în bazine de flotaţie combină avantajele preaerării cu cele ale separării particulelor uşoare din apă. La ieşirea din aceste bazine apa uzată este proaspătă; hidrogenul sulfurat şi alte gaze de descompunere au fost eliminate din acesta şi s-a produs şi o oarecare floculare a substanţelor coloidale. Uleiurile, grăsimile şi celelalte substanţe colectate din separatoarele de grăsimi folosite pentru epurarea apelor uzate orăşeneşti nu sunt recuperabile pentru că sunt foarte poluate. Dacă predomină grăsimile organice, ele sunt pompate în bazine de fermentare unde fermentează cu celelalte materii organice, adăugarea grăsimilor producând o cantitate sporită de gaz cu o mare valoare calorică. Dacă grăsimile minerale predomină, se preferă incinerarea sau arderea lor, deoarece fermentează greu.
Bazine de flotaţie. În fig. 4.5 este reprezentat un separator clasic de grăsimi, folosit pentru epurarea apelor uzate orăşeneşti. Aerul comprimat, după cum rezultă din figură, este insuflat prin radierul bazinului prin intermediul unor plăci poroase. Pentru a limita agitarea apei din bazin datorită insuflării aerului, partea centrală este separată de părţile laterale prin doi pereţi verticali. În compartimentele laterale, unde lichidul s-a liniştit, se produce separarea particulelor uşoare. Pentru trecerea particulelor uşoare din compartimentul central în compartimentele laterale, pereţii despărţitori au o serie de deschideri, la nivelul apei.
27
Materiile solide în suspensie separabile prin decantare care au fost antrenate în compartimentele laterale, cad pe pereţii înclinaţi ai acestora şi de aici pe radier.
Fig. 4.5. Separator de grăsimi clasic Grăsimile care se acumulează la partea superioară a compartimentelor laterale, împreună cu o mică cantitate de apă, sunt evacuate prin rigola de grăsime într-un puţ de colectare lateral, de unde sunt periodic pompate pentru fermentare sau ardere. În ceea ce priveşte apa uzată, ea este evacuată printr-o conductă cu pantă mare şi diametru mic, care pleacă de la partea inferioară a bazinului. Datorită vitezei mari ce se realizează pe conducta de evacuare, se antrenează toate materiile solide depuse pe radierul bazinului. Aici, la fel ca şi în alte instalaţii pentru epurarea apelor, datorită insuflării aerului, pe de o parte, iar pe de altă parte, datorită mişcării pe orizontală a apei, se creează un curent în spirală care ajută la separarea grăsimilor. Pentru captarea substanţelor separabile se practică numeroase sisteme. În acest sens, se folosesc conducte găurite, aşezate transversal direcţiei de curgere a apei, scufundate parţial sub nivelul apei, care pot fi reglate (scufundate) pe verticală, în funcţie de cantitatea de grăsimi din apă. Un al sistem este acela al plutitorilor, care susţin unul sau mai multe jgheaburi ce captează grăsimile şi care apoi printr-o conductă de cauciuc flexibilă ajung în puţul de colectare. La separatoarele cu insuflare de aer, una din defecţiunile curente este colmatarea plăcilor poroase, ceea ce face ca aerul să nu mai fie uniform distribuit în bazin. În asemenea situaţii separatorul trebuie oprit şi schimbate sau curăţite plăcile poroase de depuneri. Această defecţiune se constată prin aceea că la suprafaţa apei, în anumite zone, apa este mai puţin agitată. O altă defecţiune constă în blocarea dispozitivelor de manevră a jgheaburilor sau a conductelor găurite de colectare a grăsimilor; deoarece blocarea s-a produs datorită necurăţirii la timp a lor, trebuie procedat în consecinţă. La unele deznisipatoare jgheaburile de colectare a grăsimilor sunt aşezate pe nişte plutitori reglabili, astfel încât muchia deversoare poate fi scufundată în funcţie de cantitatea de apă cu grăsimi care se doreşte a fi evacuată. Şi la aceste tipuri de instalaţii, defecţiunile (submersia mai mare sau mai mică) de datorează fie unor blocări a conductei flexibile de legătură cu puţul de colectare a grăsimilor, fie
28
depunerilor care se formează în jgheaburi. Cu toate că această instalaţie ar trebui să funcţioneze automat, totuşi o supraveghere a ei ar fi indicată.
Sedimentarea
Depunerile de pe fundul bazinelor provin din separarea amestecului solid – lichid, denumit suspensie, prin sedimentarea fazei solide cu o densitate superioară, sub acţiunea forţelor gravitaţionale. Depunerea, un reziduu ce poartă şi denumirea de precipitat, se află în amestec cu starea lichidă şi formează nămolul. Lichidul limpede, ce rezultă din sedimentare se numeşte decantat. Sedimentarea este influenţată de următoarele elemente: - concentraţia şi structura fazei solide; - viteza de sedimentare; - durata sedimentării; - curba de sedimentare; - tendinţa de aglomerare; - utilizarea de coagulanţi şi floculanţi Pentru nisipuri s-au stabilit viteze de sedimentare, în funcţie de diametrul particulelor solide şi de vitezele orizontale din decantor. Pentru celelalte suspensii, şi în special în cazul apei de consum, este necesară efectuarea în mod continuu de analize de laborator din cauza variaţiei în timp a caracteristicilor suspensiei. Evacuarea depunerilor din başă. Depunerile, sunt in general, colectate într-o başă, ce reprezintă o zonă mai adâncă din bazinul de sedimentare, destinate acumulării în vederea evacuării periodice. Colectarea în başă a depunerilor se realizează natural datorită pantelor ce se adoptă la radierul bazinului, sau prin utilizarea unui transport prin raclare, caz în care radierul este orizontal. Evacuarea prin pompare. În cazul în care nu se asigură o evacuare gravitaţională, îndepărtarea nămolului din başă se efectuează prin pompare. Pompa este instalată înecat, direct în başă, sau într-o cameră uscată amplasată lângă aceasta. Utilizarea pompelor centrifuge se face atunci când nămolul nu este abraziv. În cazul nisipului puternic abraziv ce distruge în timp scurt pompa, se utilizează alte sisteme de pompare, hidroelevatoare, elevatoare pneumatice, etc. În cazul decantoarelor secundare, pompele se montează şi pe podul raclor, în vederea evacuării rapide a nămolului, în scopul reducerii timpului nearat. Evacuarea cu hidroelevator. Nisipul depus în camerele de sedimentare ale staţiilor de pompare de la captarea apelor de consum este evacuat cu ajutorul hidroelevatoarelor. Fluidul activ de lucru este apa provenită de la staţia de pompare, când presiunea acesteia este suficientă, iar în caz contrar, se utilizează o pompă specială, de obicei multietajată, care să asigure parametrii necesari hidroelevatorului. În fig. 7 se prezintă schematic evacuarea cu ajutorul hidroelevatorului.
29
Fig. 4.6. Evacuarea cu hidroelevator
1- racord pentru apă sub presiune; 2- racord refulare; 3- hidroelevator cu jet inelar; 4dispozitiv pentru reglarea duzei inelare; 5- robinet de separaţie; 6- inel din ţeavă, cu duze pentru barbotare. Evacuarea cu elevator pneumatic. La deznisipatoarele staţiilor de epurare înălţimea apei este mică astfel că se recomandă folosirea elevatoarelor pneumatice ce utilizează aer de joasă presiune. Sistemul prezintă avantajul că nu măreşte cantitatea de apă evacuată odată cu nisipul. În afară de deznisipare, evacuarea cu elevator pneumatic se utilizează şi la decantoarele secundare asigurând în acelaşi timp şi o aerare a nămolului activ, precum şi în cazul recuperărilor de reactivi datorită reducerii cantităţii de apă din nămolul extras.Camera de lucru se va amplasa la adâncimea maximă de 4[m] pentru a se putea utiliza aerul furnizat de suflante, la care presiunea maximă este 0,5 [bar].
Deznisipatoare Deznisipatoarele sunt bazine care se folosesc pentru separarea din apele uzate a particulelor minerale mai mari decât 0,2 mm şi considerate a fi neputrescibile. În realitate, pe lângă substanţele minerale, în deznisipatoare se reţin şi cantităţi reduse de substanţe organice; de aceea nisipul reţinut este nociv şi trebuie tratat ca atare. Deznisipatoarele se clasifică după direcţia de curgere a apei în: orizontale, verticale şi cu deschideri de fund
30
Deznisipatoare orizontale . Aceste deznisipatoare se construiesc cu cel puţin două compartimente, ambele fiind active. Caracteristica principală a deznisipatoarelor orizontale constă în aceea că mişcarea apei în acestea se face pe orizontală. Forma lor în plan este în cele mai multe cazuri dreptunghiulară. Nisipul extras prin orice metodă se transportă la platformele pentru uscare sau se depozitează direct în depresiuni ale solului servind la umplerea acestora. Nisipul uscat mai poate fi folosit pentru completarea stratului drenant al platformelor pentru deshidratarea nămolurilor sau în construcţii, la pavaje etc. Transportul nisipului la platformele de uscare sau la locurile de depozitare şi utilizare se poate face hidraulic (cu folosirea hidroelevatoarelor sau hidromonitoarelor) sau uscat (cu benzi de transport, vagonete decovil sau autocamioane). Pentru debite mici sunt folosite deznisipatoarele cu curăţire manuală. El are două compartimente separabile prin stăvilare, care au la partea inferioară un dren comandat de o vană, nisipul depus este evacuat periodic, manual, după ce în prealabil s-a scos din funcţiune compartimentul respectiv şi s-a evacuat apa prin intermediul drenajului. Apa rezultată de la golirea deznisipatorului este trimisă înapoi în staţie. În secţiune transversală, fiecare compartiment are formă dreptunghiulară şi pentru debite ceva mai mari – trapezoidală.
Deznisipatoare verticale Acestea sunt, în general, mai puţin utilizate în staţiile de epurare a apelor uzate deoarece necesită adâncimi de construcţie mari, în timp ce eficienţa lor este adeseori inferioară deznisipatoarelor orizontale. Deznisipatoarele verticale asigură colectarea depunerilor în başă în timp ce tipurile orizontale creează condiţiile hidrodinamice ca depunerea să se facă pe întreaga lungime a acestora.
Transportul nisipului de pe fundul deznisipatorului Întrucât nisipul se depune în deznisipator de-a lungul acestuia, în funcţie de granulaţie cu particulele mari către amonte, în principiu se utilizează transportul cu raclete dinspre aval spre amonte la o başă urmând ca din aceasta să fie evacuat la exterior. Lanţ cu racleti. Acesta constituie unul din tipurile de echipamente destinat transportului nisipului de pe fundul deznisipatoarelor către o başă din amonte, şi constă dintr-o serie de racleti aşezate pe unul sau două lanţuri (fig. 8). Racletile sunt în general din lemn, şi deci, în caz de nevoie se pot repara sau înlocui, fără demontarea întregului sistem, atunci când acestea se află la suprafaţă, la partea superioară. Fiecare compartiment este echipat cu o linie proprie de curăţire .
31
Fig. 4.7. Lanţ cu racleţi a - secţiune longitudinală; b - secţiune transversală pentru echipament cu un lanţ; c- secţiune transversală pentru echipament cu două lanţuri; 1-racletă; 2- lanţ; 3- lagăr; 4- roată de lanţ. Pod mobil cu racleţi. Deznisipatorul are drept echipament un pod mobil, sub formă de platformă, care încalecă toate compartimentele. În dreptul fiecărui compartiment se află câte un raclete la extremitatea unei tije. În cursa activă, din aval spre amonte, racleţii se află coborâte şi curăţă deznisipatorul, descărcând depunerile în başa din amonte. În cursa pasivă, racleţii sunt scoşi afară din apă (fig. 9).
Fig. 4.8. Pod mobil cu racleţi Acţionarea racleţilor se face în mai multe feluri: a) cu cabluri, prin existenţa unui mecanism central şi a câte unei tobe pentru cablu în dreptul fiecărui raclete; b) hidraulic, prin existenţa unui electromotor care mişcă racleţii; c) prin contragreutate comandată de came fixate pe compartiment la capetele aval şi amonte. Variantele a şi b necesită mecanisme de acţionare ale racleţilor, pe când varianta c utilizează chiar mecanismul de deplasare, fiind mai convenabil, dar mai dificil de realizat; sistemul este aplicat în ţară. 32
Evacuarea din başă a nisipului uscat. Evacuarea pe plan inclinat cu racleţi cu lanţ. În fig. 4.9. se prezintă un dispozitiv de evacuare cu racleţi a nisipului din deznisipator. Racleţii apasă pe planul înclinat şi împiedică scăparea nisipului, în timp ce apa, care nu este antrenată, se scurge înapoi. Apa care revine în deznisipator conţine şi substanţe organice, aşa că nisipul este relativ curat şi se poate descărca într-un container. Viteza liniară a lanţului cu racleţi este de 0,05… 0,1[m/s].
Fig. 4.9. Evacuarea pe plan inclinat cu racleţi cu lanţ
Evacuarea pe plan înclinat cu racleţi cu excentric . La acest echipament evacuarea nisipului se face prin racleti păşitori, în mod similar cu modul de curăţire a fundului, cu diferenţa că aceasta se produce pe un plan inclinat, de pantă redusă, ceea ce conduce la lungimi mari. Din acest motiv, de obicei, se combină operaţiunile de transport şi evacuare prin racleti păşitori. Pod mobil pentru evacuarea nisipului de pe fundul deznisipatoare-lor. În această categorie intră echipamentele care absorb direct nisipul cu apă de pe fundul deznisipatorului şi-l aduc deasupra nivelului terenului pentru a fi deshidratat şi îndepărtat, în loc ca operaţia să se facă în două faze (cu două echipamente) una de transport către başă şi a doua etapă de evacuare. Pentru efectuarea acestei operaţii se utilizează o platformă mobilă care încalecă toate compartimentele deznisipatorului. Aceasta execută o mişcare alternativă, de tip du-te – vino, rulând cu roţi pe şine metalice. Platforma este prevăzută cu dispozitive de evacuare pentru fiecare compartiment. Mecanismele pentru deplasarea platformei se calculează pentru învingerea rezistenţei de rulare datorită greutăţii proprii, a vântului şi a încercărilor accidentale. Rezistenţa de deplasare a dispozitivelor de curăţire este foarte mică putând să nu fie luată în calculul general.
Alimentarea cu energie electrică se face printr-un cablu flexibil care fie că este suspendat de cărucioare cu roţi susţinute pe un cablu din oţel, fie că se înfăşoară pe un tambur aflat pe platformă. Tamburul este acţionat prin resort, ca în cazul macaralelor, sau electric, soluţie cu fiabilitate mai mare utilizată în ţara noastră. Comenzile sunt în general manuale. 33
Pod mobil cu pompă . Podul mobil cu pompă reprezintă o soluţie mai veche care prevede fie o pompă pentru toate compartimentele, fie câte o pompă pentru fiecare compartiment, amplasate pe un pod mobil. De regulă, pompa refulează pe o rigolă dispusă paralel cu deznisipatorul. Se utilizează o pompă volumică, cu diafragmă, care este auto-aspirantă şi se uzează mai puţin la nisip. Prin faptul că exploatarea este discontinuă, soluţia cere atenţie deosebită iarna când există pericol de îngheţ. Pod mobil cu hidroelevator . Podul mobil cu hidroelevator este, de asemenea, o soluţie mai veche (fig. 11), care a apărut ca necesară pentru înlocuirea pompei din cauza uzurii acesteia. În acest caz, platforma este prevăzută cu o pompă de apă cu aspiraţia prin sorb cu clapetă, pentru a putea fi amorsată. Aspiraţia pompei se face de la un nivel superior, unde probabilitatea de antrenare a nisipului este redusă.
Fig. 4.10. Pod mobil cu hidroelevator pentru deznisipator 1 — hidroelevator; 2 — racord de refulare; 3 — apă sub presiune; 4 — pompă pentru apă curată sub presiune; 5 — ţeavă de aspiraţie; 6 — sorb cu clapetă; 7—platforma sudată, cu roţi, pe şine.
Când platforma ajunge la capăt de cursă se opreşte pompa, iar nisipul colectat în decantor, cu o cantitate mai mică de apă se evacuează. Fiecare compartiment al deznisipatorului este echipat cu hidroelevator. Soluţia este astăzi depăşită întrucât prezintă o exploatare greoaie pe timp de iarnă, precum şi datorită manevrelor care trebuie efectuate la fiecare curăţire. Decantoare.
După direcţia de curgere a apei şi după alcătuirea lor tehnologică, se deosebesc: 1) decantoare orizontale longitudinale; 2) decantoare orizontale radiale; 3) decantoare verticale (circulare sau pătrate in secţiune transversală).
34
După modul de îndepărtare a depunerilor, se deosebesc: 1) decantoare cu curăţire manuală; 2) decantoare cu sisteme de curăţire mecanică; 3) decantoare cu sisteme de curăţire hidraulică. După amplasarea lor în staţia de epurare, se deosebesc: 1) decantoare primare, amplasate înainte de instalaţiile de epurare biologică şi care au drept scop reţinerea materiilor in suspensie din apele brute; 2) decantoare secundare, amplasate după instalaţiile de epurare biologică şi care au drept scop reţinerea nămolurilor biologice, rezultate în urma epurării in instalaţiile biologice. Uneori, în special înainte decantoarelor primare, se practică coagularea suspensiilor din apă, ceea ce conduce la realizarea unei decantări mai eficiente şi la reducerea volumului de decantare.
Decantoare radiale În figura 4.11. se arată un decantor radial. Accesul apei se face printr-o conductă care trece pe sub decantor şi debuşează apoi în centrul lui, sub nivelul apei. Distribuţia apei se realizează printr-un perete metalic deflector circular şi care obligă apa să pătrundă în bazin pe la partea inferioară a peretelui. Evacuarea apei se face printr-o rigolă periferică, prevăzută cu un deversor reglabil având muchia în formă de dinţi de ferăstrău. Evacuarea nămolului se realizează prin intermediul unei conducte, care funcţionează sub presiune hidrostatică. Antrenarea nămolului de pe radier şi împingerea lui în pâlnia de nămol este realizată de un pod raclor. Tot pe acest pod raclor este prins şi un braţ metalic, având o lungime egală cu un sfert de diametru, care antrenează grăsimile şi le împinge către periferie, unde se opresc în peretele semiînecat, ce împiedică grăsimile să intre în rigola de colectare. Grăsimile sunt antrenate către o conductă basculantă, aşezată paralel cu jgheabul, întro întrerupere a acestuia. Conducta basculantă are o fantă orizontală aşezată astfel încât atunci când podul raclor cu dispozitivul de basculare a conductei nu se găseşte in dreptul ei, fanta se găseşte deasupra apei. Când podul raclor ajunge în dreptul ei se produce bascularea, fanta coboară sub nivelul apei şi antrenează grăsimile aduse de braţul metalic, legat la podul raclor. Grăsimile ajung apoi printr-o conductă in bazinul de colectare a grăsimilor, aşezat alături de decantor.
35
Fig. 4.11. Decantor radial Evacuarea nămolului se face printr-o conductă care porneşte din pâlnia de nămol şi ajunge într-un cămin cu vană. Un motor electric antrenează podul raclor; acesta se sprijină la centru pe un eşafod metalic, iar la periferie pe două roţi dotate cu bandaje de poliuretan, care circulă pe peretele bazinului. Podul raclor este prevăzut cu o serie de braţe, care au la partea de jos nişte palete reglabile care conduc nămolul către pâlnia de nămol. Pentru un contact mai bun între palete şi peretele radierul bazinului, acestea au prevăzute la partea de contact cu radierul nişte benzi de cauciuc. Pentru curăţirea pereţilor este prevăzută o perie metalică în contact permanent cu pereţii, antrenată de podul raclor. Capătul conductei de aducţiune este aşezat de obicei la o adâncime de 20–30[cm] sub nivelul apei; muchia de jos a deflectorului cilindric de la intrare se găseşte la nivelul părţii inferioare a peretelui exterior al decantorului; unele tratate recomandă adâncimi de 0,90 -1,80[m] sub nivelul apei. Diametrul deflectorului circular reprezintă 10-20[%] din diametrul decantorului. La unele decantoare rigola de colectare a apei decantate este aşezată la 1,00-2,00[m] distanţă de peretele decantorului; în asemenea cazuri accesul apei în rigolă se face prin latura dinspre perete, unde se află şi deversorul reglabil. Pereţii semiînecaţi sunt aşezaţi la distanţe de 0,3 – 0,4[m] de deversorul de colectare a apei decantate; în cazul jgheabului aşezat la distanţă de perete este suficient să se supraînalţe peretele opus deversorului; adâncimea de cufundare a pereţilor semiînecaţi este de obicei 36
de 0,30[m] sub nivelul apei. Viteza periferică a podului raclor variază între 10 şi 60[mm/s], realizând 1-2 rotiri complete pe oră. Evacuarea nămolului din decantoare se poate face intermitent sau continuu; pentru decantoarele secundare, evacuarea trebuie să se facă întotdeauna continuu; evacuarea intermitentă sau continuă a nămolului se poate realiza gravitaţional, prin presiune hidrostatică sau pompare. Evacuarea intermitentă se realizează la intervale variind între 0,5 şi 6[h]. diametrul minim al conductelor de nămol este 200[mm], iar viteza minimă în acestea este de 0,70[ m/s]. Raclorul, dispozitivele de curăţare a spumei, stăvilarele şi vanele trebuie controlate din punctul de vedere al funcţionării, iar suprafaţa apei trebuie ţinută sub observaţie. Nămolul plutitor sau abundenţa bulelor de gaz sunt indicii că utilajul sau mersul epurării sunt defectuoase. Decantoarele au eficienţa cea mai mare când debitul este distribuit egal tuturor bazinelor decantoare, şi în acestea, pe toată suprafaţa, cât mai uniform. Aceasta se poate realiza numai dacă deversoarele sunt orizontale, curate, fără depuneri sau vegetaţie acvatică. Dacă distribuţia apei în decantor se face prin pereţi găuriţi sau deflectoare, curăţirea acestora trebuie să fie de asemenea făcută la timp. Dispozitivele de evacuare a spumei trebuie reglate din timp în timp pentru a evita antrenarea şi a unei cantităţi de apă prea mari. Dacă nu sunt prevăzute dispozitive de evacuare a spumei, evacuarea acesteia trebuie să se facă manual, cu scule construite în consecinţă de către personalul de exploatare a staţiei. Nămolul acumulat în pâlniile de nămol este evacuat prin conductele de descărcare în puţurile de nămol ale staţiilor de pompare care îl trimite, fie în bazinele de fermentare a nămolului, fie înapoi în bazinele de nămol activ, etc. Câteodată, nămolul poate fi pompat direct din pâlniile de nămol, pomparea fiind continuă sau intermitentă. Fiecare pompă este recomandabil să extragă nămol de la o singură pâlnie sau puţ al staţiei de pompare în acelaşi timp. Dacă pompa extrage în acelaşi timp din mai multe pâlnii, diferenţele de pierdere de sarcină din conducte, densitatea, vâscozitatea şi factorii de colmatare vor face ca dintr-o pâlnie colectoare să fie pompat mai mult nămol, iar din cealaltă mai puţin. Pomparea trebuie făcută de preferinţă un timp scurt, la intervale egale şi mai dese, decât pe perioade mai lungi la intervale neregulate. În staţiile mici, unde personalul supraveghează staţia cu intermitenţă, nămolul poate fi pompat numai o dată sau de două ori pe zi, în timp ce în staţiile mari, unde există personal toată ziua, nămolul este bine să fie pompat din oră în oră. O atenţie deosebită trebuie dată cantităţii de nămol care se pompează, pentru a nu pompa şi apa decantată. Se recomandă ca toate conductele de nămol să fie prevăzute cu posibilităţi de spălare, şi în acest caz să se procedeze la spălarea conductelor cel puţin o dată pe săptămână. Spălarea conductelor trebuie de asemenea să se facă şi în momentul în care se constată că pomparea nămolului merge greu. Odată cu spălarea conductelor trebuie să se facă şi spălarea pompelor. Pe pompele de nămol trebuie instalate aparate de măsurare a presiunii pentru a indica condiţiile în care lucrează pompa, cu ajutorul acestora putându-se constata şi o eventuală depunere de nămol pe conducta de refulare.
37
Uneori, la suprafaţa apei, în decantoare se constată apariţia nămolului plutitor, datorită unui început de fermentare a nămolului în bazinul de decantare. Începerea fermentării nămolului se datorează neevacuării la timp a acestuia sau unor defecţiuni de curăţire, nu tot nămolul din decantor fiind evacuat la timp, şi în mod continuu. Nămolul este adus la suprafaţă de gazele de fermentare. În asemenea situaţii decantorul trebuie scos din funcţiune, golit, şi verificate cauzele neîndepărtării complete a nămolului, respectiv trebuie făcute remedierile necesare. De cele mai multe ori se constată că principala cauză este insuficienta curăţire a nămolului de pe lamele raclorului. Alteori se constată că nămolul din pâlnia de nămol nu poate fi evacuat gravitaţional, prin conducta de descărcare. Această deficienţă poate fi datorată fie conţinutului mare de nisip, argile sau alte materiale grele sau uşor compactabile, fie unor viteze mici pe conducta de descărcare. Deficienţa poate fi remediată fie prin oprirea la locurile de producere a materialelor menţionate mai sus, fie prin răscolirea din timp în timp a nămolului cu ajutorul aerului comprimat, fie prin schimbarea conductei de descărcare pentru a obţine pe ea o viteză corespunzătoare antrenării depunerilor. La instalaţii se constată că lanţurile sau lamele raclorului se rup, se degradează cu o frecvenţă mare. Această deficienţă se datorează încărcării prea mari a acestuia, lamele împingând o cantitate prea mare de nămol, sau acesta este prea consistent. Rezultă că raclorul a fost subdimensionat şi este necesară reproiectarea lui. O deficienţă mai rar întâlnită, însă care poate apărea datorită încărcării apelor uzate cu substanţe organice în cantitate mare şi uşor fermentabile, este apariţia în decantoare, în anumite perioade, a unei ape de culoare închisă şi urât mirositoare. În general, apele provenite de la fabricile de conserve, bere, textile, precum şi apele de nămol din bazinele de fermentare a nămolului pot produce asemenea neplăceri, care provoacă fermentarea nămolului din bazinul de decantare, şi deranjează decantarea propriu - zisă. În scopul prevenirii acestor deficienţe se procedează în primul rând la clorinarea apei pentru a întârzia fermentarea substanţelor organice, sau se analizează posibilitatea preepurării acestor substanţe. În ceea ce priveşte apele de nămol din bazinele de fermentare, se analizează cauzele care conduc la producerea de ape de nămol de calitate inferioară, prelungindu-se eventual timpul de fermentare, se evacuează apa de nămol în iazuri de rezervă, sau în bazinele de nămol activ, etc. Clorinarea poate fi folosită şi pentru vegetaţia acvatică care se dezvoltă uneori în decantoare şi în jgheaburile de colectare a apei decantate.
Curăţitoare pentru decantoare Curăţitoarele pentru decantoare sunt denumite şi racloare, fiind destinate îndepărtării depunerilor de pe radier, precum şi a transportării materialelor colectate către başa de evacuare, situată în amonte. Radierul decantoarelor longitudinale este orizontal, sau cu o pantă de 1[%] către başa de evacuare. În soluţiile mai vechi, când nu se folosea evacuarea mecanizată, decantoarele se executau cu fundul în pantă mai mare; astăzi, din cauza racloarelor, radierul trebuie să fie orizontal. Având în vedere că radierul decantoarelor nu este perfect, precum şi datorită faptului că există posibilitatea căderii în decantor a unor 38
corpuri, aduse în multe cazuri de vânt, este nevoie să se asigure o oarecare elasticitate a lamei racloare, pentru evitarea blocajelor, apelându-se de aceea, la lamele articulate.
Curăţitoare pentru decantoare radiale. În general, decantoarele radiale au o formă circulară în plan orizontal, la care se racordează fundul înclinat cu o pantă de 1/5 către centru, unde se află başa de colectare, denumită şi conul central. Această pantă, reprezintă valoarea cea mai mare a unghiului de taluz natural solicitată de nămoluri astfel încât acestea să curgă singure. În acest caz destinaţia raclorului, utilizat ca echipament de curăţire, este să desprindă particulele de nămol care aderă la radier astfel încât curgerea naturală să se efectueze fără rezistenţă, în lungul dreptei de cea mai mare pantă. De asemenea, cel puţin in porţiunea exterioară, lamele racloare conduc la viteze mai mari decât scurgerea naturala si astfel apare fenomenul de împingere si transport. Prin aceste ipoteze s-a reuşit să se obţină racloare mai uşoare si cu putere instalată mai redusă. Dacă la construcţiile mai vechi, lama era fabricată dintr-o bucată, în zilele noastre, lama se execută din segmente, dispunerea lor făcând ca scurgerea să fie continuă, ca şi cum ar fi dintr-o bucată, asigurând transportul rapid al nămolului organic. În cazul nămolului mineral, segmentele de lama nu mai sunt dispuse ca pentru o scurgere continuă, ci la fiecare rotaţie a raclorului, nămolul trece de pe un element pe altul astfel încât să se obţină o îngroşare a lui chiar pe radierul decantorului. În acest ultim caz este necesar sa se efectueze, pentru transportul unei particule de la periferie către başa centrală, un număr de rotaţii ale raclorului corespunzător numărului de segmente ale lamei. Deasupra başei centrale, decantorul radial are o construcţie din beton care-i fixează centrul geometric . În centru se amplasează pivotul raclorului metalic. Podul se compune dintr-o grindă metalică dispusă radial. În centrul decantorului grinda are un pivot cu un rulment, şi cu inele colectoare pentru alimentarea cu energie electrică, iar la capătul opus, în dreptul peretelui cilindric al bazinul din beton, mecanismul de antrenare. Ca soluţie modernă, partea superioară a peretelui cilindric este amenajată ca o cale de rulare. Mecanismul de antrenare este prevăzut cu roti de rulare, având fie bandaje masive din cauciuc sau material plastic, fie pneuri. O soluţie neeconomică şi depăşită tehnic constă din utilizarea de roţi metalice ce rulează pe şina metalică circulară. a) Pod raclor pentru decantoare primare . În figura 4.12. se prezintă un pod raclor pentru decantoare primare. În acest caz, lamele sunt de asemenea segmentate, dar dispuse astfel încât scurgerea să se facă continuu, pentru ca nămolul organic sedimentat sa fie evacuat cat mai repede. Neformându-se gheaţă, punctele de articulaţie ale braţelor se afla la prinderea pe grindă principală, care practic este aceeaşi ca şi la decantoarele pentru apa de consum. Întrucât la decantorul primar se separă, prin flotaţie naturală, spuma, de grinda principală a podului este agăţată lama semiscufundată care, în mişcarea de rotaţie a raclorului, este împinsă spre periferie. De asemenea, tot de grinda principală este fixată şi o lamă pentru descărcarea spumei către o pâlnie, dispusă într-un punct fix la periferia decantorului. Pâlnia are un plan înclinat pe care se deplasează lama de descărcare. b) Pod raclor pentru decantoare radiale secundare . Raclorul este similar sau chiar acelaşi cu cel pentru decantor primar, fără însă a fi prevăzut cu dispozitivele de transport şi de
39
evacuare a spumei. Având în vedere că raclorul transportă nămolul activ şi că acesta trebuie să se întoarcă la regenerare în bazinele de aerare, timpul admis pentru staţionare în decantor este de 45…50[min], la o antrenare cu o viteză periferică de 0,04[m/s]. Diametrul maxim adoptat pentru acest tip de decantor si raclor este de 25[m].
Fig. 4.12. Raclor pentru decantor primar radial 1 – pivot central; 2 – grinda radială; 3 – grinda de capăt cu mecanism de antrenare; 4 – lama racloare; 5 – lama de spumă; 6 – dispozitiv de evacuare a spumei; 7 – lama deversantă; 8 – perete semiscufundat; 9 – balustradă; 10 – tablou electric; 11 – ecran la corpul central c) Pod raclor pentru decantoare cu recircularea nămolului . În categoria decantoarelor accelerate intră şi cele cu recircularea nămolului. Acestea au drept scop, ca prin contactul cu apa brută încărcată cu suspensii coagulate şi nămolul recirculat, să formeze flocoane mari ce se decantează mai uşor şi permit încărcări de suprafaţă superioare, micşorând astfel dimensiunea în plan a decantoarelor.
Acest echipament, denumit impropriu raclor, îndeplineşte trei funcţii: a) de amestecare a apei brute cu nămolul recirculat de un agitator central cu opt braţe; b) de recirculare cu pompa de tip axial, cu turaţii variabile şi debit dat de suma debitului de apă brută şi de apa cu nămol recirculat; la încărcări mari in suspensii a apei brute, nu mai este astfel necesară recircularea nămolului (debitul recirculat fiind nul), debitul pompei 40
se reglează la debitul apei brute pentru ca să se menţină sensul de curgere în decantor, iar la încărcări minime în suspensii a apei brute, pompa instalată central, vehiculând astfel de patru ori debitul; c) de curăţire; ca raclor, este de tip pod rotativ (antrenare periferică) şi lame înclinate, articulate, care dirijează nămolul raclat spre o başă inelară, deoarece centrul decantorului este ocupat de camera de floculare şi de îngroşare; başa inelară având diametrul mare se prevede ca nămolul să fie evacuat prin trei puncte dispuse la 120°; transportul nămolului în başa se realizează cu ajutorul unei lopeţi articulate, cu formă corespunzătoare secţiunii başei, ce este precedată de un scarificator (grebla cu dinţi de oţel lat sau ţeavă, de lungime diferită, după forma trapezoidală a canalului), ambele antrenate în mişcare de grinda principală. Pentru a se asigura şi evacuarea unor debite de nămol, raclorul are două viteze de antrenare, una mai mică, normală, de 2,5...3[cm/s], şi a doua dublă, ce se obţine prin motoare electrice, cu două turaţii. Cele trei conducte de evacuare a nămolului sunt prevăzute cu robinete acţionate pneumatic, automat, în funcţie de poziţia lopeţii şi a cantităţii de nămol.
4.1.3. Treapta biologică Epurarea apelor uzate prin procedeul cu nămol activ Epurarea apelor uzate poate fi mai mult sau mai puţin complexă, în funcţie de caracteristicile fizico-chimice şi microbiologice ale apelor şi de cerinţele de calitate pentru evacuarea în râurile receptoare. Apele uzate, având un predominant caracter anorganic, pot fi tratate prin procedee fizico-chimice în care eliminarea substanţelor impurificatoare se face prin procese chimice şi fizice ca de exemplu: sedimentare, neutralizare, precipitare, coagulare, adsorbţie de cărbune activ, schimb ionic, etc. Apele uzate cu caracter pronunţat organic, pot fi tratate prin procedee fizico-chimice şi/ sau biologice, în ultimul caz, eliminarea substanţelor organice impurificatoare făcându-se prin procese biochimice, procesele metabolice ale microorganismelor . Până în prezent, specialiştii în domeniul epurării apelor consideră că metoda cea mai eficientă şi mai economică de îndepărtare a substanţelor organice din apele uzate este folosirea procedeelor de epurare biologică. Aceste procedee se bazează pe reacţiile metabolice ale unei populaţii mixte de bacterii, ciuperci şi alte microorganisme (în special protozoare şi unele metazoare inferioare), care îşi desfăşoară activitatea în anumite construcţii hidrotehnice, instalaţii de epurare. În practica epurării, aceasta populaţie (biocenoza) se numeşte biomasă. Compoziţia biocenozelor şi randamentul de îndepărtare a substanţelor organice depinde de condiţiile de mediu: compoziţia apei uzate şi concentraţia de impurităţi, temperatura, condiţiile de amestec, modul de exploatare a instalaţiei de epurare. Diferitele specii ale biomasei coexista în echilibru dinamic; frecvenţa lor poate fi modificată de factorii enumeraţi mai sus. Fluctuaţiile temporale ale factorilor de mediu sunt compensate de dinamica populaţiei de microorganisme care are o bună capacitate de adaptare; în acest 41
fel, calitatea apei epurate variază puţin. Fluctuaţiile de lungă durată ale condiţiilor de mediu, ca şi intoxicările acute ale organismelor, datorită evacuării de poluanţi toxici, conduc la variaţii considerabile ale biocenozei; în acest caz, efluentul "epurat" nu mai are calităţile cerute. Apele uzate menajere, reprezintă amestecuri neomogene a zeci de compuşi organici simpli şi complecşi care sunt asimilaţi de către microorganisme, în principal glucide, aminoacizi, esteri ai acizilor graşi. Apele uzate industriale se evacuează după folosirea apei în procesele de obţinere a materiilor prime şi în cele de producere a bunurilor necesare activităţii economice şi sociale, se caracterizează prin variaţii mari ale compoziţiei şi concentraţiei; într-un timp dat, putem întâlni în aceeaşi apă uzată materii prime, produşi intermediari, produşi finali, şi produşi ai reacţiilor secundare. Procedeele de epurare biologică utilizează una din cele două grupe fiziologic diferite de microorganisme: aerobe sau anaerobe. Microorganismele anaerobe se folosesc pentru fermentarea nămolurilor şi fermentarea unor ape uzate industriale concentrate. Microorganismele aerobe sunt folosite în mod curent în epurarea majoritarii apelor uzate cu caracter predominant organic, şi în ultima vreme, de asemenea pentru fermentarea nămolurilor organice. Alimentare biocenozelor respective se face continuu sau discontinuu cu apă uzată sau cu solide organice separate din aceasta, prima metodă fiind mai des folosită. Pentru epurarea aerobă a apelor, cele mai utilizate procedee sunt: cu nămol activ, biofiltre, iazuri de oxidare. Deşi aceste procedee diferă între ele cu privire la timpul de contact între microorganisme şi apa uzată, necesarul de oxigen, modul de utilizare al nămolului biologic sunt identice. În ultimii ani, în epurarea biologică a apelor uzate industriale prevalează procedeul cu nămol activ datorită calităţilor acestui procedeu .
Etapele epurării apelor uzate în instalaţiile de nămol activ sunt: 1) Apa uzată (influentul) este preepurată mecanic, respectiv este separată de o parte a suspensiilor prin sedimentarea acestora în decantorul primar (1), sau prin alte procese fizico-chimice, daca este cazul, este amestecată cu nămolul recirculat (de întoarcere) şi este aerată împreună cu nămolul activ (biomasa) în bazinul de aerare (reactor) (2), în aşa fel încât oxigenul dizolvat să satisfacă necesităţile de mediu ale microorganismelor aerobe, aglomerate în flocoane, iar acestea să se menţină în suspensie; 2) Apa epurată (efluentul), lipsită în procent de peste 95[%] de substanţe organice degradabile, este separată de nămol prin sedimentarea acestuia în decantorul secundar (3), şi condusă în râul receptor; 3) Nămolul activ depus în decantorul secundar este reîntors (recirculat) în bazinul de aerare şi amestecat cu apa de tratat; 4) Nămolul activ excedentar, rezultat din procesele care au loc în reactor în timpul epurării este scos din circuit, pentru ca în bazinul de aerare să rămână concentraţia de biomasă stabilită ca optimă. Diferitele variante ale procesului cu nămol activ diferă, în principal prin modul de introducere a apei uzate şi prin raportul între substrat şi microorganisme.
42
Fig. 4.13. Fluxul tehnologic al epurării apelor uzate cu nămol activat 1-decantor primar; 2- bazin de aerare (reactor); 3 - decantor secundar; a - influent; b - efluent; c - nămol recirculat; d - nămol excedentar spre tratare. Calitatea contactului dintre impurităţile organice şi biomasă se păstrează prin procesele de metabolism, de oxidare a substanţelor organice şi de sinteză a masei celulare vii. În procesul epurării apelor uzate, concentraţia substanţelor organice este exprimată global, direct prin determinarea carbonului organic, sau indirect prin determinarea consumului chimic de oxigen. Schematic, procesul de epurarea biologică are loc în reactor astfel: substanţele organice din apa uzată sunt adsorbite şi concentrate la suprafaţa biomasei; aici, prin activitatea enzimelor eliberate de celulă (exoenzime), substanţele sunt descompuse în unităţi mici care pătrund în celula microorganismelor unde sunt metabolizate; o parte a reacţiilor care au loc furnizează energie reacţiilor prin care se formează masa celulara nouă, iar produşii finali ai descompunerilor (CO 2, H2O, azotaţi, sulfaţi) sunt eliberaţi în mediu; moleculele mici de substanţe organice, aflate în mediul apos, pot difuza în celulă fără să fie adsorbite pe suprafaţa acesteia . Deci, în epurarea biologică, concomitent cu eliminarea substanţei organice impurificatoare, se obţine creşterea biomasei sub forma materialului celular insolubil, sedimentabil, precum şi produşi reziduali (din metabolism sau din distrugerea celulei), unii uşor de îndepărtat (CO2), alţii rămân dispersaţi în mediul lichid, conferind o anumită valoare CCO - ului şi CBO5- ului apei epurate; pentru nămolul activ se aproximează în general, creşterea biomasei la 40-60[%] din cantitatea de substanţă organică asimilabilă, existentă în apa uzată menajeră. Această substanţă organică considerată global, reprezintă substratul dezvoltării microorganismelor din nămolul activ. În linii generale, la îndepărtarea satisfăcătoare a substanţelor organice din apele uzate din procesele biologice iau parte: a) fenomene fizice ale transferului de masă (separarea prin sedimentarea a suspensiilor grosiere din apa uzată brută, a suspensiilor obţinute prin coagulare, ca şi a materialului celular sedimentabil din apa tratată; introducerea oxigenului din aer în apă; difuzia oxigenului dizolvat ca şi a substratului nutritiv în celulele microorganismelor; adsorbţia substanţelor dizolvate a particulelor coloidale şi a suspensiilor fine pe suprafaţa biomasei; desorbţia produşilor de metabolism în mediu; b) fenomene chimice (reacţii catabolice-oxidarea substratului, respiraţia endogenă; reacţii anabolice-creşterea biomasei; inhibarea reacţiilor enzimatice de către substanţe toxice) 43
c) fenomene hidraulice (de curgere; distribuţia apei uzate în reactor; timpi de retenţie; viteze de sedimentare, încărcări hidraulice) Cunoaşterea temeinică a proceselor de asimilare sau de sinteză (anabolism) şi de dezasimilare sau de oxidare (catabolism), a condiţiilor de mediu în care au loc cu eficienţă optimă, a inhibitorilor metabolici, precum şi cunoaşterea posibilităţilor de menţinere a echilibrului din punct de vedere tehnico - economic intre aceste procese conduce la elaborarea instalaţiilor de epurare biologică având randamente maxime în îndepărtarea poluanţilor şi la îndepărtarea erorilor fundamentale în aprecierea posibilităţilor de epurarea biologică a anumitor ape uzate industriale.
4.2. Materii prime si materiale auxiliare Caracteristicile materiilor auxiliare (nămolurile) Nămolurile se pot clasifica după mai multe criterii: 1) După provenienţa apei uzate, există: a) nămoluri de la epurarea apelor uzate orăşeneşti; b) nămoluri de la epurarea apelor uzate industriale; 2) După treapta de epurare, se disting: a) nămol primar din decantoarele primar; b) nămol secundar din decantoarele secundare; c) nămol amestecat: cu nămol activ în exces sau nămol de la filtrele biologice, combinat cu nămol primar; 3) După stadiul de prelucrare în cadrul gospodăriei de nămol, se menţionează: a) nămol proaspăt; b) nămol fermentat, stabilizat aerob, anaerob sau chimic; 4) După compoziţia chimică, se disting: a) nămoluri cu compoziţie predominant organică, ce conţin peste 50[%] substanţe volatile în substanţă uscată; b) nămoluri cu compoziţie predominant anorganică, ce conţin peste 50[%] substanţe minerale în substanţă uscată.
4.2.1. Carcacterizarea fizico-chimica si tehnologică Caracteristicile fizico-chimice ale nămolurilor Caracteristicile fizico-chimice ale nămolurilor depind de provenienţa apei uzate şi tehnologia de epurare. Pentru a caracteriza nămolurile se apelează la indicatori generali (umiditate, greutate specifică, pH, putere calorică, etc.) şi la indicatori specifici (substanţe 44
fertilizante, detergenţi metale, uleiuri, grăsimi, etc.). Datorită naturii complexe a nămolurilor, indicatorii generali şi specifici se completează şi cu alţi parametri ce caracterizează modul de comportare a nămolurilor la anumite procese de prelucrare (fermentabilitate, rezistenţă specifică la filtrare, compresibilitate,). Principalele caracteristici fizico-chimice ale nămolurilor, care prezintă interes în tehnologia de prelucrare şi evacuare sunt prezentate în continuare. Umiditatea nămolurilor variază în limite destul de largi, în funcţie de natura nămolului, de treapta de epurare din care provine. Nisipul reţinut în reţinut în deznisipatoare are o umiditate de cca. 60[%], nămolul primar proaspăt 95-97 [%], nămolul activ în exces 9899,5[%].
În nămoluri, apa este legată de particulele solide în mai multe moduri, fiecare tip de apă putând fi separată printr-un anumit procedeu. Astfel, există: - apă interstiţială, separabilă prin decantare; - apă de adeziune, separabilă prin filtrare sau centrifugare; - apă de adsorbţie, separabilă prin uscare; - apa capilară sau intracelulară, separabilă prin uscare sau incinerare. În principiu, energia necesară pentru separarea apei creşte exponenţial cu conţinutul în reziduu total al nămolului. Greutatea specifică a nămolului depinde de greutatea specifică a substanţelor solide pe care le conţine, de umiditatea şi de provenienţa nămolului din cadrul staţiei; nămolul primar brut are o greutate specifică de 1,004-1,014[t/m 3], nămolul activ în exces are valori în jur de 1,001[t/m 3], iar după îngroşare 1,003[t/m 3]. Mineral şi volatil în substanţa uscată e ste un criteriu de clasificare a nămolurilor şi un criteriu de selecţie a procedeelor de prelucrare, întrucât un nămol organic este putrescibil şi se are în vedere mai întâi stabilizarea sa, mai ales pe cale biologică (fermentare anaerobă, stabilizare aerobă), pe când nămolul anorganic se prelucrează prin procedee fizico-chimice (solidificare, extracţie de elemente utile). Întrucât pentru înlăturarea apei cele mai folosite procedee sunt deshidratarea, uscarea şi incinerarea, pentru caracterizarea nămolurilor se utilizează anumiţi parametri specifici ce interesează în mod deosebit aceste operaţii. Între aceştia, cei mai importanţi sunt: rezistenţa specifică la filtrare, compresibilitatea şi puterea calorică. Rezistenţa specifică la filtrare este un parametru care indică posibilitatea eliminării apei dintr-un nămol prin filtrare. Cu cât rezistenţa specifică este mai mare, cu atât apa se îndepărtează mai greu.
În conformitate cu rezistenţa specifică la filtrare, nămolurile se împart în: - nămoluri greu filtrabile, în categoria cărora se încadrează nămolurile orăşeneşti brute şi unele nămoluri primare fermentate cu durată scurtă de fermentare; - nămoluri cu filtrabilitate medie, care cuprind unele nămoluri anorganice şi unele nămoluri cu durată de fermentare mare; 45
- nămoluri uşor filtrabile cu rezistenţă la filtrare mică, în categoria cărora intră
nămoluri condiţionate, nămoluri provenite din epurare mecano – chimică, nămoluri fibroase, etc. Rezistenţa specifică la filtrare se determină experimental. Pentru aceasta, se măsoară volumele de filtrat scurse la anumite intervale de timp într-o instalaţie specifică de laborator, prin filtrare la o diferenţă de presiune negativă sau pozitivă. Cu cât factorul de compresibilitate a unui nămol este mai mare, cu atât variază mai mult rezistenţa specifică la filtrare a acestuia cu presiunea. Factorul de compresibilitate exprimă comportarea nămolului în timpul filtrării . Puterea calorică a nămolului variază în funcţie de conţinutul de substanţă organică (volatilă). Puterea calorică se determină experimental, utilizând o bombă calorimetrică. Se poate determina puterea calorică şi prin utilizarea de calcul stabilite pe baza conţinutului nămolului în substanţă volatilă. Conţinutul în metale grele şi nutrienţi ( K, P, N) prezintă o importanţă deosebită, atunci când se are în vedere valorificarea nămolului ca îngrăşământ agricol sau agent de condiţionare a solului. Dar utilizarea agricolă a nămolurilor este condiţionată, în primul rând, de conţinutul nămolului în substanţe toxice şi în special, în metale grele, care prezintă un grad ridicat de toxicitate. Dacă nămolul menajer conţine cantităţi reduse de metale grele, în general sub limitele admise, nămolul rezultat din epurarea în comun a apelor orăşeneşti cu cele industriale conduc, în funcţie de profilul industriei la creşterea concentraţiei de metale grele în nămol. Prezenţa şi concentraţia metalelor grele în nămolurile industriale depind de profilul şi procesul tehnologic al industriei . Culoarea, mirosul, textura, fluiditatea şi plasticitatea sunt legate de gradul de fermentare a nămolurilor în asemenea măsură, încât adeseori, chiar numai aceste caracteristici pot indica instalaţia de unde provin. Nămolul proaspăt este cenuşiu sau gălbui, adeseori cu bucăţi vizibile de resturi de mâncare, hârtie, gunoaie şi alte murdării; miroase urât, este vâscos şi greu deshidratabil, iar apa conţinută este tulbure şi urât mirositoare. Nămolul fermentat este cenuşiu închis, negru, cu miros specific de putrefacţie şi ceva mai puţin vâscos decât nămolul proaspăt. Nămolul activ este brun, floculos şi lipsit de miros. Nămolul activ în exces este de asemenea parţial descompus, are culoarea brun - deschisă, este floculos, iar în stare proaspătă are un miros de pământ vegetal; descompus în continuare devine septic, cu miros neplăcut.
4.2.2. Conditii de calitate, depozitare, transport Recircularea namolului din metantancuri Instalatiile de recirculare a namolului au ca scop principal omogenizarea namolului:cel proaspat cu cel fermentat,cel cu temperatura mai mare cu cel cu temperatura mai joasa,etc. 1.Recircularea interioară cu hidroelevator
Echipamentul mecanic pentru recircularea nămolului se compune din hidroelevator, reţea de conducte şi pompa pentru circulaţie exterioară racordată la partea inferioară a 46
metantancului. Hidroelevatorul este amplasat în zona superioară astfel încât să se asigure antrenarea crustei şi spumei odată cu nămolul aspirat. Actualmente metoda nu este recomandată datorită următoarelor dezavantaje: a) randament energetic redus; b) suspensiile cu dimensiuni mari, din nămolul primar, pot înfunda duza sau pompa; c) în sistem trebuie asigurate viteze mai mari, corespunzătoare hidrotransportului. 2. Rrecircularea interioară cu dispozitiv de stropire . Echipamentul mecanic se compune dintr-o pompă exterioară racordată la partea inferioară a metantancului, reţea de conducte, dispozitiv de stropire rotitor (brasaj) antrenat din exterior cu un grup motoreductor la 8…10 [rot./min]. Sistemul asigură stropirea stratului superficial (crusta – spuma), favorizând degajarea bulelor de gaz. Pompa este utilizată pentru vehicularea nămolului prin schimbătorul de căldură şi pentru stropire prin dispozitivul de brasaj în scopul distrugerii spumei. Sistemul are dezavantajul că pompa de recirculare, dimensionată pentru învingerea rezistenţei hidraulice prin conducte si schimbătorul de căldură, trebuie să funcţioneze continuu, chiar dacă nu este nevoie de încălzire . 3. Recircularea interioară cu gaz-lift . Echipamentul mecanic pentru recirculare gazlift este alcătuit dintr-un agregat pentru comprimarea gazului, conducte, şi un dispozitiv cu duze pentru dispersie. Barbotarea conţinutului vasului de fermentare cu gaz propriu conduce la o bună omogenizare. Debitul de gaz necesar barbotării este de 1…1.5[m 3/min şi m2 de suprafaţă]. Dezavantajul sistemului constă în consumul de energie suplimentar pentru comprimarea gazului precum si măsurile speciale ce trebuie luate la vehicularea acestuia. 4.Recircularea mecanică interioară. Amestecătorul mecanic intubat (pompa) cu spirală sau axial este larg utilizat la metantancurile încălzite care funcţionează cu nivel constant obligatoriu. Echipamentul mecanic se amplasează pe verticală, în centrul metantancului, cu motorul electric deasupra capacului metalic al acoperişului. Rotorul elice sau spirală, amplasat la partea superioară a tubului central, este imersat la 300[mm] în stratul de nămol. În funcţionare, el aspiră apa de nămol, antrenând pe această cale crusta şi spuma formată la suprafaţă, o împinge în jos prin tubul vertical şi asigură mişcarea de circulaţie. Turaţia rotorului este de 750[rot/min] realizată prin cuplarea directă a acestuia pe axul electromotorului având puterea de 1,1…1,5[kW]. Diametrul rotorului este de 200…265[mm]. Tubul vertical de circulaţie este centrat în metantanc prin suportul de ghidaj montat în acoperiş şi susţinut de picioare rezemate pe radier.
Spre deosebire de celelalte sisteme de recirculare, acesta impune menţinerea constantă a nivelului. Evacuarea nămolului fermentat se face prin dispozitiv de prea-plin. Creşterea nivelului în scopul deversării se realizează prin introducerea nămolului proaspăt 5.Recircularea exterioară a metantancului. Echipamentul mecanic pentru recirculare exterioară este alcătuit dintr-o electropompă de nămol, schimbătorul de căldură şi reţeaua de conducte. Racordul de aspiraţie se face în partea inferioară, iar cel de refulare spre zona superioară. Rolul principal al acestuia este de a asigura energia termică necesară
47
desfăşurării procesului de fermentare în domeniul mezofil. Pentru cazul realizării condiţiei de omogenizare a conţinutului, aspiraţia se face din mai multe puncte situate în diferite puncte ale cuvei. În această situaţie, când nu este necesară o cantitate de energie termică suplimentară, reţeaua de conducte are posibilitatea de a elimina din circuit schimbătorul de căldură. Se recomandă utilizarea echipamentului mecanic pentru circulaţie exterioară concomitent cu cel corespunzător recirculaţiei mecanice interioare.
Instalaţii de încălzire a nămolului Aceste instalatii sant necesare pentru a satisface cererea de caldura necesara namolului care se introduce in bazin pentru a ajunge la temperatura namolului in curs de fermentare din bazin. Astfel se compenseaza pierderile de caldura prin peretii si acoperisul bazinului. Încălzire nămolului se poate face prin metode directe de contact cu sursa caldă introdusă în metantanc, sau, indirecte, prin schimbătoare de căldură cu circulaţie exterioară faţă de cuvă. Încălzirea directă se realizează prin: a) injectare de abur sau apă caldă în zona adiacentă a radierului cuvei; apa sau condensul se evacuează în exterior prin conducta apei de nămol; eficienţa metodei este de cca. 60[%] pentru injecţie de apă caldă; introducerea directă a aburului a dat bune rezultate, dar soluţia nu este întotdeauna aplicabilă economic deoarece este necesară dedurizarea apei, apar zgomote, etc.; b) conducte cu apă caldă montate în interiorul cuvei, pe eşafod, sau lângă radier şi pereţi; eficienţa metodei este de cca. 80[%]; c) arderea gazului de fermentare în arzătoare deschise sau camere speciale de combustie, submerse, cu difuzia gazelor calde în masa nămolului din cuvă. Eficienţa totală a instalaţiei este de cca. 85..90[%]; d) încălzirea nămolului care intră în bazin, în zona radierului, cu vapori sau cu schimbător de căldură în contracurent. Încălzirea nămolului în schimbătoare de căldură este metoda cea mai răspândită. Schimbătorul de căldură exterior se construieşte sub forma unui recipient de nămol, în interiorul căruia, în plan vertical este o spirală prin care circulă apa caldă la o temperatura de maxim 68[°C]. La temperaturi mai mari ale apei sau la încălzirea cu vapori s-ar produce prăjirea nămolului şi formarea crustelor arse. Capacul frontal al recipientului se rabate în plan orizontal ceea ce permite vizitarea si curăţirea spiralei. Nămolul încălzit este refulat în bazinul de fermentare.
4.3. Procese tehnologice componente (P.T.C.) Procese unitare pentru epurarea apelor uzate industriale A. Procese fizice Procesele fizice de epurare sunt acelea n care substantele poluante nu sufera transformari în alte substante, având la baza principiile: 48
a) separarea gravitationala a particulelor grele, nedizolvate în apa, sub influenta gravitatiei, prin sedimentare, prin flotatie sau prin centrifugare. b) flotatia este un proces unitar de separare din apa, sub actiunea câmpului gravitational terestru, a particulelor cu densitate mai mica decât a apei. Flotatia poate fi naturala sau cu aer introdus în apa sub forma de bule fine. Scopul flotatiei este de a forma o spuma stabila care sa încorporeze particulele insolubile. c) filtrarea consta în trecerea apei printr-un mediu poros în care are loc retinerea prin fenomene predominant fizice. Filtrarea este un proces de sitare cu ajutorul unei tesaturi fine. d) retinerea pe gratare si site a impuritatilor mari (crengi, fire, etc) pe gratare si a celor mai mici pe site. Sitele servesc pentru retinerea impuritatilor nedizolvate de dimensiuni mai mici si sunt realizate din table metalice sau din placi de material plastic perforat. Acestea pot fi statice si mobile (ciururi cu miscare de vibratie sau giratoare). e) epurarea în filtre granulare si filtre cu prestrat. Procesul consta în filtrarea prin straturi de materiale granulare (de ex. din antracit, nisip cuartos, granat) aranjându-se cu diametrul descrescând în sensul de curgere. f) epurarea prin membrane. Membrana este o bariera pentru speciile moleculare sau ionice din apa. Procesul de epurare cu membrane se numeste osmoza, care poate fi directa sau inversa. Alte metode de epurare prin membrane sunt: * ultrafiltrarea - se folosesc mai multe membrane cu permeabilitate selectiva pentru anumiti componenti. * electrodializa - foloseste membrane cu permeabilitate selectiva la anioni, respectiv cationi, deplasarea acestora facându-se sub influenta unui câmp electric, ca la electroliza. g) transferul între faze se bazeaza pe trecerea poluantilor într-o alta faza, nemiscibila cu apa, care poate fi lichida, solida sau gazoasa. h) distilarea consta în trecerea apei în faza de vapori, prin încalzire, urmata de condensarea vaporilor, deoarece impuritatile au o volatilitate mai redusa decat apa. i) înghetarea consta în trecerea apei în faza solida sub forma de cristale de gheata, care se separa de reziduuri. j) spumarea este un proces de separare a unor impuritati organice dizolvate în apa. k) absorbtia are la baza fenomenul de retinere pe suprafata unui corp a moleculelor unei substante dizolvate în apa. Materialul, lichid sau solid, pe care are loc retinerea se numeste absorbant, iar substanta retinuta absorbat. Ca absorbanti se folosesc materiale solide cu suprafata specifica mare, carbunele activ, cenusa fina, etc. Carbunele activ poate retine o masa de substante organice de pâna la 5% din greutatea sa .
49
B. Procese chimice: prin procesele chimice de epurare, poluantii sunt transformati în alte substante mai usor de separat, precipitate insolubile, gaze, care pot fi stipale sau care au o activitate nociva mai redusa. a) neutralizarea este un proces prin care pH-ul unei solutii uzate este reglat prin adaos de acizi sau baze. b) oxidarea si reducerea Scopul oxidarii este de a converti compusii chimici nedoriti în altii mai putin nocivi . Reducerea consta în transformarea unor poluanti cu caracter oxidant în substante inofensive care pot fi usor epurate. c) precipitarea este un proces de epurare bazat pe transformarea poluantilor din apele reziduale în produsi insolubili. d) coagularea si flocularea e) schimbul ionic Schimbatorii de ioni se utilizeaza mai ales pentru dedurizarea apelor, folosind cationati în forma sodiu (Na), iar regenerarea lor se face cu clorura de sodium. Folosirea schimbatorilor de ioni este o solutie mai scumpa. C. Procese biologice Substantele organice pot fi îndepartate din apa de catre microorganisme care le utilizeaza ca hrana, respectiv sursa de carbon. Epuraea apelor reziduale prin procese biologice poate fi : * Epurarea biologica aeroba * Epurarea biologica anaeroba D. Dezinfectia: dezinfectia este necesara în cazul apelor uzate care contin microorganisme. Daca sterilizarea presupune distrugerea tuturor microorganismelor, prin dezinfectie nu se distrug toate. Un dezinfectant pentru apa este clorul. Dintre metodele fizice de dezinfectie, cele mai utilizate sunt metoda termica si iradierea cu radiatii de energie ridicata.
4.3.1. Mecanismul procesului de epurare În urma colectării apelor uzate provenite din folosinţe, a rezultat un debit mediu de 600 mc./zi. Apa uzată va fi tratată într-o staţie de epurare care cuprinde două etape tehnologice: tratarea mecanică şi tratarea biologică. C. Tratarea mecanică are următoarea soluţie constructivă:
deznisipator – separator de grăsimi
bazin de egalizare – omogenizare şi pompare D. Tratarea biologică se realizează utilizându-se următoarele dispozitive:
50
instalaţia automatizată de deshidratare în saci
bazinele de aerare cu: • tanc de hidroliză •
tanc de nitrificare – denitrificare heterotrofă
•
tanc de nitrificare autotrofă
camera de coagulare
tanc de sedimentare secundară
unitate de dozare polielectrolit
instalaţie de aerare cu patru compresoare
instalaţie de dezinfecţie cu ultraviolete.
Apa limpezită şi tratată biologic este utilizată şi ca apă tehnologică de spălare nisip şi platforme în staţia de epurare, prin intermediul unei pompe montate în căminul de evacuare efluent, cât şi pentru cei doi hidranţi proiectaţi pe linia de spălare. Apele uzate necesită o epurare pentru a putea fi deversate în mediul înconjurător, respectiv în receptor. Conform calculului de dimensionare de mai jos, gradul necesar de epurare este de cca. 79,04% pentru materiile solide în suspensie, 91,27% pentru consumul biochimic de oxigen la cinci zile CBO5 , 92,72% pentru azot amoniacal, 78,16% pentru azotul total TKN şi de 82,53% pentru fosforul total TP. Deci, staţia de epurare pe lângă îndepărtarea unor poluanţi clasici ca MTS (materii solide în suspensie) şi CBO5, trebuie să realizeze şi reducerea amoniului, azotului şi fosforului, precum şi a bacteriilor patogene existente în apele uzate. Epurarea apei in statii de epurare se realizeaza in mai multe trepte si anume: treapta primara, treapta secundara si treapta tertiara. Ca produsi finali ai procesului de epurare dintr-o statie de epurare rezulta: apa purificata in diferite grade, functie de proces si de starea ei initiala, precum si namoluri.
Schema de epurare se alege pe baza unor calcule tehnico-economice comparative intre mai multe variante facute prin considerarea mai multor factori ca: existenta de terenuri disponibile pentru statii de epurare sau economic inapte pentru alte folosinte, posibilitatea asigurarii zonei de protectie sanitara in jurul statiei de epurare, obligativitatea asigurarii gradului de epurare necesar, distanta fata de emisarul in care se deverseaza apele purificate, cantitatile de namoluri rezultate in fiecare proces de epurare si posibilitatile de depozitare sau de distrugere a lor, posibilitatea asigurarii statiei de epurare cu personal calificat.
51
In functie de volumul de apa epurata zilnic si de natura apelor se poate opta din punct de vedere economic si constructiv pentru rezervoare din diferite materiale sau bazine din beton.
4.3.2. Bilanţ de materiale
Staţia de epurare proiectată desăvârşeşte unui oraş cu 40.000 locuitori. Deşi apele uzate au o densitate mai mare decât apele naturale şi o vâscozitate diferită, în calcule se consideră că au aceeaşi densitate şi vâscozitate ca a apelor naturale.
Debitul volumic
Qa.umed .
=
21600 ( m 3 / zi )
Debitul masic
M a.u . med M a.u . med
al apei la intrare în staţie este:
al apei la intrare în staţie este:
= Qa.u. ⋅ ρ a .u . = 21600 (t / zi ) = 21600 (t / zi ) med
Bilanţul de materiale pentru grătare M a.u .med
M a .u . g
GRĂTARE
M d g
Ecuaţia generală de bilanţ pentru grătare este: M a .u .med M d g
= M a.u . + M d g
g
= V d ⋅ ρ d g
g
Conform literaurii:
- volumul reţinerilor pe grătare este: (1)
V d g
= 0,016 ⋅ 40000 1000
( m 3 / zi )
= 0,64(m 3 / zi )
52
- densitatea
reţinerilor
de
pe
grătare
este:
=
ρ d
g
0,75(t / m 3 )
(2) Din (1) şi (2) rezultă: M d = 0,6(t / zi ) g
M d g
= M a.u. + M u = 80 % ⋅ M d d . g .
M ud . g .
M a .u . g M a .u . g
d . g .
M s.u .d . g .
= 0,6 − 0,48 = 0,12 (t / zi )
g
= M a.u . − M d ⇔ = 21600 − 0,6 = 21599 ,4 med
g
Bilanţul de materiale pentru deznisipator M a .u .dz
M a .u . g
DEZNISIPATOR
M d dz
Ecuaţia generală de bilanţ pentru deznisipator este: M a .u . g
M d dz
= M a .u . + M d dz
dz
= V d ⋅ ρ d dz
dz
Conform literaturii: -
volumul reţinerilor în deznisipator este:
-
(3) densitatea (4)
reţinerilor
din
Din (3) şi (4) rezultă: M d
dz
=
V d dz
deznisipator
= 0,02 ⋅ 40000 = 0,8( m 3 / zi ) 1000
este:
ρ d
dz
=
1,5(t / m 3 )
0,8 ⋅ 1,5 = 1,2(t / zi )
53
M d dz
= M s .u. + M u = 60% ⋅ M d d . dz
M ud . dz
d . dz
M s .u .d . dz
= 1,2 − 0,9 = 0,3(t / zi )
dz
= M a.u . − M d = 21599 ,4 −1,2 = 21598 ,2(t / zi )
M a .u .dz
g
M a .u .dz
dz
Bilanţul de materiale pentru separatorul de grăsimi
M a .u .dz
M a .u . s . g .
SEP. GRĂSIMI
M d s . g .
Ecuaţia generală de bilanţ pentru separatorul de grăsimi este: M a .u .dz
= M a.u .
M d s . g .
= V d
+ M d
s . g .
s . g .
s . g .
ρ d
s . g .
Conform literaturii: -
volumul V d s . g .
-
= 0,04 ⋅
reţinerilor 40000 ( m 3 / zi ) 1000
din
separatorul
de
s . g .
M d s . g . M u d . s . g .
= M s .u . + M u = 60 % ⋅ M d
M a.u . s . g . M a.u . s . g .
d . s . g .
d . s . g .
este:
= 1,6( m 3 / zi )
(5) densitatea reţinerilor din separatorul de grăsimi este: (6) Din (5) şi (6) rezultă: M d
grăsimi
ρ d
s . g .
= 0,3(t / m 3 )
= 1,6 ⋅ 0,3 = 0,48(t / zi ) M s.u .d . s . g .
= 1,2 − 0,72 = 0,48 (t / zi )
s . g .
= M a.u . − M d = 21597 ,9 −1,2 = 21596 ,7(t / zi ) dz
s . g .
54
Bilanţul de materiale pentru decantorul primar M a .u . s . g .
DECANTOR PRIMAR
M a .u .d . p .
M d d . p .
Conform literaturii: -
volumul V d d . p .
-
de
nămol
= 0,7 ⋅ 40000
( m 3 / zi )
1000
din
decantorul
M d d . p .
= M s .u . + M u = 95 % ⋅ M d d . d . p .
M u d . d . p .
M a .u , d . p . M a .u .d . p .
este:
= 28(m 3 / zi )
(7) densitatea nămolului din decantorul primar este: (8) Din (7) şi (8) rezultă:
primar
M d d . p .
ρ d
d . p .
= 1,01(t / m 3 )
= 28 ⋅1,01 = 28 ,28 (t / zi )
d . d . p .
M s .u .d . d . p .
= 28 ,28 − 29 ,58 = 1,3(t / zi )
d . p .
= M a.u . − M d ⇔ = 21596 ,7 − 28 ,28 = 21568 ,42 (t / zi ) s . g .
d . p .
Bilanţul de materiale pentru decantorul secundar M a.u .d . p .
DECANTOR SECUNDAR
M a .e.
M d d . s .
Ecuaţia generală de bilanţ pentru decantorul secundar este: M a .u .d . p .
M d d . s .
= M a.e. + M d
d . s .
= V d ⋅ ρ d d . s .
d . s .
55
Conform literaturii: -
volum olumul ul de năm nămol din din decan ecanto toru rull secun ecunda darr dup upă ă baz bazinu inul cu năm nămol activat
este:
Din (9) şi (10) rezultă: M d
d . s .
M d d . s .
= M s.u . + M u = 97% ⋅ M d d . d . s .
M u d . d . s .
M a.e.
= 1,5 ⋅ 40000 1000
( m 3 / zi )
(9) dens densit itat atea ea nămol nămolulu uluii din decan decanto toru rull secu secund ndar ar este: este: (10)
-
M a.e.
V d d . s .
ρ d
d . s .
= 60( m 3 / zi )
=
1,001(t / m 3 )
= 60 ⋅1,001 = 60,06(t / zi )
d . d . s .
M s .u .d . d . s .
= 60,06 − 58,36 = 1,7(t / zi )
d . s .
= M a.u. − M d = 21568 ,42 − 60 ,06 = 21508 ,36 (t / zi ) d . p .
d . s .
Prezentarea bilanţului real de materiale sub formă tabelară Tabelul 3 Bilanţ de materiale FAZA
COMPONENT
M a .u .med
Apă uzată TOTAL Depuneri pe grătare Depuneri în deznisipator Depuneri în separator de grăsimi Depuneri în decantoarele primare Depuneri în decantoarele secundare Apă epurată TOTAL
M d g
M d dz M d s . g . M d d . p .
M d d . s . M a .e.
TOTAL
INTRĂRI m [t/zi] 21600 21600
21600
IEŞIRI m [t/zi]
0,3 1,2 1,2 28,28 60,06 21508,36 21600 21600
4.4. Utilajele instalatiei pentru pentru realizarea tehnologiei
56
Bazinele cu namol activ sunt constructii in care epurarea biologica aeroba a apei areloc in prezenta unui amestec de namol si apa uzata, agitat in permanenta si aerat. Epurarea apei in aceste bazine poate fi asemuita cu autoepurarea care se produce in apele de suprafata; in bazinele cu namol activ insa in afara de agitarea si aerarea amestecului, se realizeaza si accelerarea procesului de epurare, ca urmare a maririi cantitatii de namol prin trimite trimiterea rea in bazin bazinee a namolu namolului lui de recirc recircula ulare. re. Influe Influentu ntull cu conti continut nut de impuri impuritat tatii organice este pus in contact intr-un bazin cu namol activ cu cultura de microorganisme care consuma impuritatile degradabile biologic din apa uzata. Apa epurata se separa apoi gravitational de namol activ in decantorul secundar. O parte din namolul activ, separat in decantorul secundar este recirculata in bazinul de aerare, iar alta parte este evacuata ca namol in exces in decantorul primar in asa fel incat in bazinele de aerare se mentine o conc concen entr trat atie ie rela relati tivv cons consta tant ntaa de namo namoll acti activ; v; in bazi bazinu null de aera aerare re cult cultur uraa de microorganisme este mentinuta in conditii de aerare printr-un aport permanent de aer sau oxigen. Bazinele de aerare pneumatică. Aerarea pneumatică se caracterizează prin introducerea de bule de aer în apă. Acestea sunt, ţinînd seama de mărimea lor, de trei categorii: bule fine, bule mijlocii, bule mari. Bulele fine sunt obţinute prin distribuţia aerului prin difuzori poroşi. Bulele mijlocii rezultă din distribuţia aerului prin conducte prevăzute cu orificii a căror diametru este cuprins între 1 şi 5 mm, fiind aşezate la distanţe mai mici de 5 mm unele de altele. Bulele mari sunt rezultatul distribuţiei aerului prin conducte sau plăci găurite, cu deschiderea găurii de peste 5 mm. Deci, după modul de obţinere a bulelor, bazinele de aerare pot fi cu difuzori poroşi şi cu conducte găurite. Cu toate că difuzorii poroşi au o bună capacitate de transfer al oxigenului şi asigură o agitare corespunzătoare, au marele dezavantaj că se colmatează cu deosebită uşurinţă. Pentru a micşora gradul de colmatare, aerul utilizat este filtrat înainte de a fi trecut prin difuzorii poroşi. Există trei tipuri de echipament pentru filtrarea aerului: filtre vâscoase, filtre uscate, electrofiltre. Filtrele vâscoase constau din perdele de site metalice, de sticlă, lână sau alte materiale, îmbibate cu ulei sau cu alt material vâscos adeziv. Ele au capacitatea de a reţine particulele de praf cu diametrul mai mare de 10 µ . Filtrele uscate folosesc pentru reţinerea suspensiilor ţesături din: fibre de sticlă, bumbac, lână sau alte materiale. Reţin particule mai fine de 10 µ . Electrofiltrele reţin particulele pînă la 0,5 µ . Sunt deosebit de eficace şi au o mare productivitate, întrucît opun o rezistenţă mică la trecerea aerului. Bazinele cu aerare mecanică. Aerarea mecanică este un procedeu tehnic prin care se pune în contact apa uzată, nămolul activ şi aerul atmosferic în urma unei amestecări mecanice intense.După felul în care se introduce aerul în conţinutul bazinului de aerare, aeratoarele mecanice sînt de trei categorii: cu perii sau palete (cu ax orizontal); cu aspiraţie ; cu rotor (cu ax vertical).
Bazinele de aerare alimentate cu oxigen pur. În cazul acestor bazine, oxigenul necesar proceselor biologice este furnizat direct de la o instalaţie de obţinerea oxigenului.
57
Principalul avantaj al bazinelor alimentate cu oxigen pur constă în faptul că oxigenul necesar procesului de epurare este mai ieftin decît cel furnizat prin procedee clasice. Grăsimile ile care care se acumu acumulea lează ză la partea partea superi superioa oară ră a Separator Separa tor de gră grăsimi simi cla clasic. sic. Grăsim compartimentelor laterale, împreună cu o mică cantitate de apă, sunt evacuate prin rigola de grăs grăsim imee într într-un -un puţ puţ de cole colect ctar aree late latera ral, l, de unde unde sunt sunt peri period odic ic pomp pompat atee pent pentru ru fermentare sau ardere. În ceea ce priveşte apa uzată, ea este evacuată printr-o conductă cu pantă mare şi diametru mic, care pleacă pleacă de la partea inferioară a bazinului. Datorită vitezei mari ce se realizează pe conducta de evacuare, se antrenează toate materiile solide depuse pe radierul bazinului. Aici, la fel ca şi în alte instalaţii pentru epurarea apelor, datorită insuflării aerului, pe de o parte, iar pe de altă parte, datorită mişcării pe orizontală a apei, se creează un curent în spirală care ajută la separarea grăsimilor.
4.4.1. Alegerea, descrierea si regimul de funcț ionare a utilajelor dimensionate Deznisipatoarele se prezinta sub forma unor bazine speciale din beton armat unde sunt retinute suspensiile granulare sub forma de particule discrete care sedimenteaza, inde indepe pede dent nt unel unelee de alte altele le,, cu o vite viteza za cons consta tant nta. a. In comp compoz ozit itia ia aces acesto torr depu depune neri ri predo predomin minaa partic particule ulele le de origin originee minera minerala, la, in speci special al nisipu nisipuri ri antre antrena nate te de apele apele de canalizare de pe suprafata centrelor poluante. Necesitatea tehnologica a deznisipatoarelor in cadrul unei statii de epurare este justificata de protectia instalatiilor mecanice in miscare impotriva actiunii abrazive a nisipului, de reducerea volumelor utile ale rezervoarelor de fermentare a namolului organic ocupate cu acest material inert, precum si pentru a evita formarea de depuneri pe conductele sau pe canalele de legatura care pot modifica regimul hidraulic al influentului. Deznisipatoarele Deznisipatoarele sunt bazine care se folosesc pentru separarea din apel apelee uzat uzatee a part partic icul ulel elor or mi mine nera rale le mai mai mari mari decâ decâtt 0,2 0,2 mm şi cons consid ider erat atee a fi neputrescibile. În realitate, pe lângă substanţele minerale, în deznisipatoare se reţin şi cantităţi reduse de substanţe organice; de aceea nisipul reţinut este nociv şi trebuie tratat ca atare. Deznisipatoarele se clasifică după direcţia de curgere a apei în: orizontale, verticale şi cu deschideri de fund. Pentru debite mici sunt folosite deznisipatoarele cu curăţire manuală. El are două compartimente separabile prin stăvilare, care au la partea inferioară un dren comandat de o vană, nisipul depus este evacuat periodic, manual, după ce în pre preal alab abil il s-a s-a scos scos din din func funcţi ţiun unee comp compar arti time ment ntul ul resp respec ecti tivv şi s-a s-a evac evacua uatt apa apa prin prin intermedi intermediul ul drenajul drenajului. ui. Apa rezultată rezultată de la golirea golirea deznisipa deznisipatorulu toruluii este trimisă înapoi înapoi în staţie. În secţiune transversală, fiecare compartiment are formă dreptunghiulară şi pentru debite ceva mai mari – trapezoidală Decantoarele primare sunt bazine deschise in care se separa substantele insolubile mai mici de 0.2 mm care in majoritatea lor, se prezinta sub forma de particule floculente, precum si substantele usoare care plutesc la suprafata apei. In functie de gradul necesar de epurar epuraree a apelo apelorr uzate, uzate, proces procesul ul de decant decantare are este este folosi folosit,t, fie in scopul scopul preluc prelucrar rarii ii preliminare a acestora inaintea epurarii lor in treapta biologica, fie ca procedeu de epurare 58
finala, daca in conformitate cu conditiile sanitare locale se impune numai separarea suspensiilor din apele uzate. Decantoarele secundare constitue o parte componenta importanta a treptei de epurare biologica; ele au drept scop sa retina namolul, materiile solide in suspensie separabile prin decantare. Namolul din decantoarele secundare are un continut mare de apa, este puternic floculat, este usor si intra repede in descompunere; daca ramane un timp mai indelungat in decantoarele secundare, bulele mici de azot, care se formeaza prin procesul chimic de reductie, il aduc la suprafata si astfel nu mai poate fi evaluat. Gratarele si sitele , conformSTAS 12431/86, se prevad la toate statiile de epurare, indiferent de sistemul de canalizare adoptat si indiferent de procedeul de intrare a apei in statia de epurare. Scopul gratarelor este de a retine corpurile plutitoare si suspensiile mari din apele uzate (crengi si alte bucati de material plastic, de lemn, materiale moarte, legume, carpe si diferite corpuri aduse prin plutire) pentru a proteja mecanismele si utilajele din statia de epurare si pentru a reduce pericolul de colmatare a canalelor de legatura dintre obiectele statiei de epurare. In general, se construiesc sub forma unor panouri metalice plane sau curbe in interiorul carora se sudeaza bare de otel paralele prin care sunt trecute apele uzate. In cazul unor debite mari de ape uzate, gratarele se considera ca sunt prevazute cu sisteme de curgere mecanica cu o inclinare de 45 – 95 0C. Aceste gratare sunt amplasate in camere speciale care prezinta o supralargire a canalului din amonte sub un unghi de raportare de 90 0 pentru a se evita formarea de curenti turbionari. Pentru evitarea colmatarii este prevazut un canal de ocolire (by - pass) care asigura evacuarea apelor uzate fara a inunda camera gratarelor si zonele din vecinatatea lor. Barele cele mai frecvent folosite sunt cele de sectiune dreptunghiulara (10x40mm sau 8x60mm), dimensiunea minima fiind asezata normal pe directia de parcurgere a apei. Pentru a reduce marimea pierderilor hidraulice la trecerea apei prin gratar, se recomanda rotunjirea muchiilor barelor. Inune;lesituatii se poate accepta solutia cu bare cu sectiune rotunda care, sub aspect hidraulic, prezinta rezistente minime, in schimb sunt dificile de curatat in timpul exploatarii. Gratarele rare indeplinesc, de obicei, rolul de protectie a gratarelor dese importiva corpurilor mari plutitoare. Distanta intre barele acestui gratar variaza in limitele 50-100mm. Gratarele dese prezinta deschiderile dintre bare de 16-20 mm, cand curatirea lor este manuala, si de 25-60 mm, cand curatirea lor este mecanica. Cele din fata statiilor de pomapare a apelor uzate brute au interspatiile de 50-150 mm. Gratarele cu curatire manuala se utilizeaza numai la statiile de epurare mici cu debite pana la 0,1 m3 /s , care deservesc maximum 15 000 locuitori. Curatirea se face cu greble, cangi, lopeti, etc., iar pentru usurarea exploatarii se vor prevedea platforme de lucru la nivelul partii superioare a gratarului, latimea minima a acestora fiind de 0,8 m. Avand in vedere variatiile mari de debite ce se inregistreaza in perioadele ploioase sau uscate de-a lungul unui an, exploatarea va fi mult usurata daca se prevad 2 panouri de gratare aferente debitelor respective. Gratarul cu curatire mecanica constituie solutia aplicata la statiile de epuarare ce deservesc peste 15 000 locuitori, deoarce, in afara de faptul ca elimina necesitatea unui personal de deservire continua, aigura conditii bune de curgere a apei prin interspatiile gratarului fara a exista riscul aparitiei mirosurilor neplacute in zona. Spre deosebire de gratarele cu curatire manuala unde nu se prevad panouri gratare de rezerva,la cele cu curatire mecanica este necesar sa se prevada minimum un gratar de rezerva. Curatirea 59
gratarului este realizata de cele mai multe ori cu grable macanice care se deplaseaza prin deschizaturile barelor gratarului prin intermediul unor lanturi sau cabluri. Latimea gratarelor este limitata, ceea ce presupune adoptarea de mai multe compartimente in camera gratarelor. Fiecare compartiment va fi prevazut cu stavile de inchidere pentru a permite repararea gratarelor si a mecanismelor de curatire. In cazul cand depunerile retinute pe gratare depasesc cantitatea de 0,1 m3 / zi , iar procedeul de curatire este macanizat, se vor pervedea obligatoriu utilaje pentru tocarea (faramitarea) acestor depuneri. In afară de gratarele plane,se pot folosi si gratare curbe cu curatire mecanica, care se compun dintr-un schelet matalic incastrat in beton, prevezut cu doua greble care curate, prin intermitenta,gratarul. Distanta dintre barele panoului se considera de 16 mm, iar viteza apei printre bare variaza intre 0,8 si 1,1m/s. Dimensionarea gratarului se face in functie de debitul apei uzate, de marimea interspatiilor adoptate intre barele gratarului si de latimea barelor metalice din care se executa panouri-gratar. Se va avea in vedere ca viteza apei prin gratar, din conditia de a nu se antrena depunerile prin interspatiile gratarului, san u depaseasca 0,7 m/s la debitul zilnic mediu si de maximum 1,2 m/s pentru debitul orar maxim. In amonte de gratar, limita maximaa vitezei este 0,4 m/s la dibitul minim al apelor uzate, iar limita maxima este de 0,9 m/s corespunzatoare debitelor maxime si a celor pe timp de ploaie (aceste limite de viteze nu vor permite depunerea materiilor in suspensie pe radierul camerei gratarului).
4.4.2. Dimensionarea tehnologică a utilajelor 4.4.2.1. Calculul de dimensionare al grătarelor Dimensionarea grătarelor pentru staţia de epurare se face ţinând cont de următoarele date: Oraşul pentru care este proiectată această staţie de epurare are o populaţie de 40.000 locuitori, sistemul de canalizare este unitar, clima temperat continentală. Debitele care sosesc în staţia de epurare, prin reţeaua de canalizare sunt următoarele: Debitul zilnic maxim Qzi max = 290[l/s] ; Debitul zilnic mediu Qzi med = 250[l/s ]; Debitul orar maxim Qu o max = 350[l/s] ; Debitul orar minim Qu o min = m Qzi max = 0,02 procentul minim orar din debitul zilnic maxim .
×
290
×
24 = 140[l/s], unde m este
60
Proiectarea grătarelor implică stabilirea unor condiţii corespunzătoare de curgere a apei în camera grătarului, precum şi determinarea dimensiunilor constructive ale camerei. Debitele de dimensionare şi de verificare Q c, respectiv Qv sunt redate în tabelul 4.
4.4.2. Dimensionarea tehnologică a utilajelor 4.4.2.1. Calculul de dimensionare al grătarelor Dimensionarea grătarelor pentru staţia de epurare se face ţinând cont de următoarele date: Oraşul pentru care este proiectată această staţie de epurare are o populaţie de 40.000 locuitori, sistemul de canalizare este unitar, clima temperat continentală. Debitele care sosesc în staţia de epurare, prin reţeaua de canalizare sunt următoarele: Debitul zilnic maxim Qzi max = 290[l/s] ; Debitul zilnic mediu Qzi med = 250[l/s ]; Debitul orar maxim Qu o max = 350[l/s] ; Debitul orar minim Qu o min = m Qzi max = 0,02 procentul minim orar din debitul zilnic maxim .
×
290
×
24 = 140[l/s], unde m este
Proiectarea grătarelor implică stabilirea unor condiţii corespunzătoare de curgere a apei în camera grătarului, precum şi determinarea dimensiunilor constructive ale camerei. Debitele de dimensionare şi de verificare Q c, respectiv Qv sunt redate în tabelul 4. Tabelul.4.1 Debite hidraulice de dimensionare şi verificare ale obiectelor din staţia de epurare. Sistemul de canalizare Obiectul staţiei de epurare
Separativ
Unitar
Debit de: Dimensionare
Verificare
Dimensionare
Verificare
Qs o min
2Qu o max
Qu o min
Qs zi max
Qs o max
Qu zi max
2Qu o max
Construcţii pentru epurarea biologică (filtre biologice, Qs zi max bazine cu nămol activ)
Qs o max
Qu zi max
Qu o max
Decantorul secundar
Qs o max
Qu zo max
Qu o max
Grătar, debitmetru, repartiţie
deznisipator, camera de Qs o max
Separator de decantor primar
grăsimi,
Qs zi max
61
a) Iniţialele s si u arată că apele uzate provin dintr-o reţea dimensionată în sistem
separativ respectiv unitar. b) Qu este debitul de calcul pentru sistemul unitar, în care sunt incluse diferite
categorii de ape uzate, de suprafaţă şi subterane, Q s este debitul de calcul pentru sistemul separativ, în care sunt incluse toate categoriile de ape. Grătarele se dimensionează la 2Qu o max deci, 2Quo max = 2 × 350 = 700 [dm3/s]. Se proiectează două grătare dese cu curăţire mecanică, cu înclinarea faţă de orizontală de 75[°]; lăţimea interspaţiilor dintre bare se ia b = 20 [mm], iar lăţimea barelor de secţiune dreptunghiulară cu colţurile amonte rotunjite s=10 [mm] (β = 1,83). Fiecare grătar va prelucra un debit Q u o max = 350 [dm3/s], respectiv Q u o min = 70 [dm3/s]. Viteza amonte grătarului V a, respectiv viteza în partea amonte camerei grătarului, trebuie menţinută între anumite limite pentru a obţine o bună exploatare a acestora. Viteaza trebuie să fie suficient de mare pentru a împiedica depunerea materiilor în suspensie mari şi a corpurilor din apa uzată, iar pe de altă parte nu prea mare pentru a produce dislocarea depunerilor de pe grătar. În acest sens, Fair – Geyer recomandă ca viteza în amonte V a = 0,40…0,75[m/s]; pentru debite maxime şi cele din timp de ploaie, viteza amonte poate creşte la Va = 0,90[m/s], pentru a antrena nisipul adus de apa uzată care are tendinţa de a se depune în amonte de grătar. Viteza printre interspaţiile grătarului V g trebuie să fie maxim 0,70[m/s] la debitul zilnic mediu şi maxim 1,00[m/s] la debitul maxim.
Pierderile de sarcină prin grătar trebuie să rămână întotdeauna între anumite limite, acestea variind cu cantitatea şi natura depunerilor acumulate pe grătar. Pierderea de sarcină se calculează cu relaţia lui Kirschmer: 4/3
h
s = β b
V a
2
2 g
sin θ ;
4/3
2 0,6 0,01 ⋅ 75 h = 1,83 ⋅ ⋅ 0,02 2 ⋅10 h = 0,43[m]
h = pierderea de sarcină prin grătar [m]; β = coeficientul de formă al barelor, se alege între 2,42 pentru secţiune dreptunghiulară, şi 1,79 pentru secţiune sferică; s = lăţimea barelor [m] b = lăţimea interspaţiilor dintre bare [m]; 62
Va = viteaza apei în amonte de grătar [m/s]; θ = unghiul pe care-l face grătarul cu suprafaţa. Chiar în perioadele când grătarul este puternic colmatat, pierderea de sarcină nu trebuie să depăşească 0,75[m], printr-o curăţire regulată, ea trebuie ţinută sub această valoare. Pentru grătarele cu curăţire manuală trebuie să se ţină seama în calcule de o pierdere de sarcină minimă de 15[cm], ceea ce necesită o atentă supraveghere din partea personalului de exploatare. Pentru grătarele cu curăţire mecanică pierderea de sarcină poate fi ţinută aproape constantă prin automatizarea dispozitivului de curăţire. Pentru o bună funcţionare a grătarului, radierul camerei grătarului are o pantă de cel puţin 0,001. Lăţimea camerei grătarului se stabileşte astfel :
B c
Bc
s + b = ∑b + C ; b
b ∑
Qc = V g max hmax
;
= lăţimea camerei grătarului [m];
b = suma lăţimilor interspaţiilor dintre bare [m]; ∑
C = lăţimea pieselor de prindere a grătarului în pereţii camerei [m]; se ia între 0,25 şi 0,3 [m]; Qc
= debitul de calcul [l/s]
Vg max = viteza maximă a apei prin grătar [m/s]; hmax = adâncimea maximă a apei în faţa grătarului, corespunzătoare vitezei şi debitului maxim [m]. Lăţimile uzuale ale camerei grătarului după normele germane sunt: 50; 60; 80; 100; 125; 160; 180; 225; 250, primele valori fiind folosite numai pentru grătare cu curăţire manuală. Secţiunea amonte a camerei grătarului . Condiţia de bază este:
Va = 0,4…0,9[m/s]. Se ia o înălţime maximă de apă, un h verifică condiţia de viteză.
, şi cu acesta se determină lăţimea camerei B c şi se
max
hmax = 0,35[mm], şi B c= 2[m], viteza fiind de 0,9[m/s] . b = ∑
Quo max V g hmax
=
0,35 0,9 × 0,35
= 1,11 .
Pentru grătarul ales, lăţimea camerei este : 63
B c
=
s + b b
b ∑
+
0,01
C =1,11 ×
+
0,02
+ 0,03 = 2 [ m] .
0,02
Pe această lăţime vor există un număr de 55 bare × 0,01[m]+56 interspaţii × 0,22 [m]+2 spaţii pentru piesele de prindere × 0,165 = 2[m]. Raza hidraulică a camerei este: R
2 × 0,35
= 2 + 2 × 0,35
0, 41
=
.
Luând o pantă pentru camera grătarului după calculele anterioare, viteza apei în amonte de grătar este: V a
=
74 × R 2 / 3
×
I 1 / 2
=
74 × 0,412 / 3
×
0,0011 / 2
=
0,94 [ m / s ] ,
unde I = 0,001 . În concluzie, viteza stabilită îndeplineşte condiţia de bază. La debitul minim,
Q u o min
= 0,7[dm 3
/ s ] şi la viteza minimă
se obţine o înălţime de apă minimă h valoarea razei hidraulice R 2 / 3 valoarea hmin din ecuaţia R =
74
2hmin 2
, pentru stabilirea căreia se determină în prealabil
min
0,4 =
V a = 0,4[ m / s ]
× 0,031
= 0,174
+ 2hmin = 0,074 şi
;
R
hmin
=
0,074
; se determină apoi
= 0,08[m] .
Viteza apei prin interspaţiile grătarului V g .
Condiţia de bază este
V g
=
0,4... 1[m / s] .
Pentru debitul orar maxim de 350 [dm 3/s] rezultă: Amax
= 0,35 × 56 × 0,02 = 0,39
V g max
= 0,350 = 0,89 0,39
Vg min
2
[m / s] .
Pentru debitul minim ( Q u o min Amin
[m ] ;
= 0,070
[m 3 / s ] ),
= 0,08 × 56 × 0,02 = 0,09 [m ] ; 2
=
0,07 0,09
0,077 [ m / s ] .
=
Vitezele obţinute se încadrează în limitele admise. Pierderea de sarcină prin grătar:
64
4/3
s h = β b
V a
2
2 g
sin θ ;
4/3 0,01 0,92 2 h =1,83 sin 75 0 = 0,028 0,02 2 × 9,81
[ m] .
Pentru calculele necesare profilului tehnologic al apei, se va considera o pierdere de sarcină de 15[cm]. Cantitatea de reţineri pe grătar depinde de lăţimea interspaţiilor, sistemul de canalizare, provenienţa apelor uzate industriale, etc. În tabelul 4 sunt prezentate cantităţile medii de reţineri pe grătare, ele putând ajunge la valori de 5 ori mai mari. Tabelul.4.2. Cantităţi de reţineri pe grătare. Cantitatea de reţineri Lăţimea interspaţiilor între bare [l/om an] la curăţire [mm] Manuală Mecanică 16
5
6
20
4
5
25
3
3,5
30
2,5
3
40
2
2,5
50
1,5
2
Analizele făcute asupra reţinerilor au arătat că umiditatea acestora este de 80[%], restul reprezentând substanţe solide. Substanţele minerale reprezintă cca. 13[%], iar cele organice 87[%]. Greutatea specifică a depunerilor este de 750[kg/m 3]. Conform tabelului 4, cantitatea de reţineri este: 2 V r
=
40000 × 5[dm / om × an] = 200000[dm / an] . 3
3
Greutatea depunerilor este: Gr
=
3
3
200[ m / an] × 750[kg / m ] = 150000[kg / an]
65
Fig. 4.14.Dimensionarea grătarelor din staţia de epurare
4.4.2.2. Calculul de dimensionare al deznisipatorului Debitele de calcul şi de verificare în procedeul separativ sunt debitul orar maxim, respectiv debitul orar minim, iar în procedeul unitar de două ori debitul orar maxim, respectiv debitul orar minim. La dimensionarea deznisipatoarelor orizontale vitezele de mişcare a apei pe verticală V s şi de mişcare a apei pe orizontală V o sunt de o mare importanţă. În ceea ce priveşte viteza de sedimentare, tabelul 5 furnizează valorile corespunzătoare diametrului particulelor de formă sferică pentru temperaturi ale apei de 10[°C] într-un bazin cu apa în repaus.
Tabelul 4.3. Vitezele de sedimentare V s [cm/s] în funcţie de diametrul particulelor [mm] Diametrul particulei [mm]
1,0
0,5
0,2
0,1
0,05
0,01
0,005
14,0
7,2
2,3
0,7
0,17
0,008
0,002
4,2
2,1
0,7
0,2
0,04
0,002
0,00004
Materii în 3,4 suspensie din apele
1,7
0,5
0,08
0,02
0,0008
0,0002
Nisip: γ =2,65 [kg/dm3]
Cărbune: γ =1,50 [kg/dm3]
66
uzate orăşeneşti: γ =1,20[kg/dm3]
În general, proiectarea deznisipatoarelor se bazează pe premisa reţinerii particulelor de nisip, cu dimensiuni mai mari de 0,20-0,25[mm] până la dimensiuni de maxim 1[mm]. S-a constatat că dacă 50[%] din particule sau mai mult au dimensiuni mai mici de 0,21[mm] eficienţa deznisipatorului scade. Viteza de mişcare - de deplasare – a apei pe orizontală V o trebuie discutată în paralel cu viteza de antrenare a suspensiilor de pe radierul deznisipatorului, numită viteză critică V cr . Viteza orizontală trebuie să fie mai mică sau egală cu viteza critică, la care apa uzată antrenează suspensiile depuse pe radierul bazinului. Vitezele critice, care pot fi în calcule ca viteze orizontale, stabilite de Camp şi Shiels în [cm/s] sunt date în tabelul 6. Tabelul 4.4. Vitezele critice Vcr [cm/s] în funcţie de diametrul particulelor [mm] Diametrul particulei 1,0 [mm]
0,5
0,2
0,1
0,05
0,01
0,005
41,0
30,0
19,0
13,0
9,0
4,1
3,0
23,0
16,0
10,0
7,0
5,0
2,3
1,6
Materii în suspensie din apele uzate orăşeneşti: 18,0
13,0
8,0
5,5
4,0
1,8
1,3
Nisip: γ =2,65 [kg/dm3[
Cărbune: γ =1,50 [kg/dm3]
γ =1,20[kg/dm3]
Se recomandă a se utiliza în calcule drept viteză orizontală maximă V o=0,30[m/s] pentru debitul orar maxim, şi viteză minimă 0,05[m/s] pentru debitul orar minim.
Secţiunea transversală A tr a deznisipatoarelor: Qc
Atr = V 0 Qc = debitul de calcul al deznisipatorului; Vo = viteza orizontală stabilită anterior. Secţiunea orizontală A o a deznisipatorului rezultă din împărţirea debitului de calcul la viteza de sedimentare; pentru a ţine seama de curenţii care se formează în deznisipator, aceasta trebuie mărită, în care scop se înmulţeşte cu un coeficient α : 67
Ao
= α
Qc V S
.
Coeficientul α se calculează din figura 4.15. α =
V s V s'
Fig. 4.15. Coeficienţi de corecţie pentru dimensionarea deznisipatoarelor
Lungimea deznisipatorului L: L
=α V 0 t ;
t = timpul de rămânere a apei în deznisipator; Timpii de rămânere a apei în deznisipator de 30 - 50[s] şi chiar de 90[s] trebuie avuţi în vedere la proiectare. Imhoff – Fair recomandă ca lăţimile compartimentelor să fie de până la 5,00[m], lungimile de 12,00 – 36,00[m], iar raportul dintre lungime şi lăţime să fie cuprins între 10 şi 15. În general, adâncimile deznisipatoarelor variază între 0,50 şi 2,50[m], ajungând uneori chiar până la 3,00[m] şi mai mult, în acestea fiind inclusă şi înălţimea volumului de nisip, la deznisipatoarele cu curăţire manuală; se recomandă totuşi ca adâncimile să nu depăşească 1,00 – 1,50[m], pentru a nu rezulta lungimi prea mari. Numărul minim al compartimentelor trebuie să fie cel puţin două, exploatarea lor urmând să fie făcută periodic – alternativ; proiectarea unui singur compartiment implică prevederea unui canal de by-pass pentru timp de ploaie. Dacă deznisipatorul epurează apele uzate provenite dintr-un sistem separativ, el poate fu curăţit manual; dacă epurează ape provenite dintr-un sistem unitar, se recomandă să fie prevăzut cu curăţire mecanică. În ceea ce priveşte pierdere de sarcină, în general, este minimă (sub 6 [cm]) în deznisipatoarele de dimensiuni mici, unde nu sunt prevăzute dispozitive pentru menţinerea vitezei constante. Radierul deznisipatoarelor se aşează mai jos ca al canalului de intrare a apei cu 15 45[cm]; el trebuie să fie orizontal, fără denivelări, în care s-ar putea acumula substanţele 68
floculente. În camera de racordare a grătarelor cu deznisipatorul viteza orizontală nu trebuie să coboare sub 0,40[m/s] pentru debitul orar minim. Cantitatea de nisip care poate fi colectată în deznisipator depinde de felul, suprafaţa şi întreţinerea pavajului, condiţii climaterice, intensitatea ploilor, etc. Normativele recomandă a se lua în calcule, pentru sistemul de canalizare unitar, cantităţi de nisip de 0,015 – 0,020[dm 3/om × zi] şi pentru procedeul separativ, 0,005 – 0,01[dm3/om × zi]. Dispozitivele pentru menţinerea vitezei constantă la variaţii de debit, sunt de tipul canalelor cu secţiune îngustată Venturi sau Parshall. Debitul Q care trece printr-un deznisipator a cărui secţiune transversală este o parabolă, este în funcţie de înălţimea h a apei în deznisipator: Q
= kh n ,
unde k şi n sunt constante.
Pentru menţinerea vitezei constantă, lăţimea b a deznisipatorului trebuie aleasă astfel încât: h
Q = kh
n
= V 0 ∫ bdh 0
nk n −
1
Această condiţie este satisfăcută când: Pentru n =
3 2
, rezultă:
b=
V 0
b=
3 2
. nk n −
1
×
V 0
=
3 2
×
Q hV 0
.
2
Ecuaţia parabolei este, deci:
b 2
=
2 ph
;
unde p este parametrul parabolei. Se alege lăţimea B a canalului Venturi în funcţie de debit (0,6; 0,8; 1,00…) şi se stabileşte raportul de similitudine αe ca fiind raportul dintre lăţimea canalului în natură şi lăţimea canalului în model. Se alege apoi coeficientul de strangulare în funcţie de debit: b
=
b B
;
din care rezultă b, lăţimea canalului în zona strangulată. Din ecuaţiile cunoscute: hnatură = αehmodel; Qnatură = (αe)5/2Qmodel, Rezultă Qmodel, şi cu acesta rezultă h aval model şi h amonte model. Se calculează apoi h natură amonte şi aval. În continuare cu următoarele ecuaţii se stabilesc celelalte dimensiuni ale canalului strangulat: 69
e=
B
−b
2
; CE = B ;
2
R 1 =
C
e
E +
2
;
2e
R 2 = 1.66 R 1; CD =
1 3
B; CF =
13 6
B.
Debitmetrul Venturi trebuie amplasat pe un canal, în aliniament, care în amonte trebuie să aibă o lungime de 6,00 – 16,00[m], iar în aval 10,00 – 15,00[m].
Calculul deznisipatorului Se dimensionează deznisipatorul orizontal cu curăţire mecanică la care se cunosc: dimensiunea granulelor 0,2[mm] şi gradul de îndepărtare al suspensiilor 85[%]. 1.
Debitul de dimensionare al deznisipatorului este:
Qc = 2 Qo max = 2
×
350 = 700 [dm 3/s]
Se proiectează 3 compartimente cu secţiune parabolică, care vor trebui să
2.
prelucreze fiecare un debit de 233[dm 3/s]. Qc 3.
Secţiunea transversală Atr deznisipatorului este: Atr = V 0
Pentru o viteză orizontală de 0,19[m/s], conform tabelului 2.5, corespunzătoare dimensiunii granulelor de 0,2[mm], deci: Atr
=
0,233 0,19
=1, 22 [
m2 ].
Dacă se ia înălţimea parabolei h 0 =1.10m, lăţimea parabolei este: B
=3
Atr 2 h0
4.
= 3×
1,22 2
× 1,10
1,66 [ m]
=
Secţiunea orizontală, lungimea şi timpul de traversare se determină pentru
dimensiunea granulelor de0,20[mm], raportul V s/V's = 1,90. A0
=
α
Qc V S
=1,90 ×
0, 233 0,023
=19 , 24 [
Lungimea deznisipatorului: Timpul de traversare:
L
t =
=
m2 ];
A0 b
L V 0
=
=
19 ,24 1,30
14 ,80 0,19
14 ,80 [ m ]
=
= 78′′
5. Volumul unui compartiment este:
70
V0 =1,22
×
14,80 =18,06[m3].
Volumul de nisip colectat: Vn = 50 000 [loc] × 6[dm3/loc
×
an] = 300[m 3/an]
2
b = 2ph . 0 2
Pentru determinarea parametrului p se dau pentru b şi h0 valori limită, pentru b = 1,66[m], iar pentru h0 = 1,10[m]; rezultă: 2
1,66 = 2p 2
×
1,10 şi p = 0,30.
Ecuaţia parabolei, va fi : 2
b = 2 2
×
0,30 h0,
dând diferite valori pentru b şi h 0 se poate trasa parabola. 7. Se proiectează un singur canal Venturi cu radier orizontal pentru toate trei compartimentele. Se alege lăţimea canalului B = 0,80[m]. Raportul de similitudine:
α
=
0,8 0,30175
=
2,65
;
coeficientul de strangulare este:
=
b B
0, 4 ;
=
b = 0,40
×
0,80 = 0,32[m].
4.4.2.3. Calculul de dimensionare al decantorului (utilajul principal) Bazele proiectării decantoarelor Proiectarea decantoarelor depinde de numeroşi factori, dintre aceştia cei mai importanţi fiind: natura particulelor ce trebuie îndepărtate şi scopul bazinului (decantor pentru epurarea mecanică a apelor, decantor secundar după filtre biologice şi bazine cu nămol activ, etc.). Dacă la deznisipatoare parametrul principal de dimensionare este încărcarea superficială, la decantoare este important timpul de vărsare. Timpul de decantare t d de rămânere a apei uzate în decantoare trebuie să fie de 1,5[h] pentru apele uzate ce conţin o cantitate de suspensii mai mare de 200[mg/dm 3], şi de 1[h] pentru cantităţi mai mici. Literatura germană recomandă timpii de decantare din tabelul 7: Tabelul 4.5. Timpi de decantare t d [h]
71
Tipul staţiei de epurare
Decantoare primare Decantoare secundare La debit La debit La debit pe La debit pe maxim pe timp maxim pe timp timp uscat timp uscat de ploaie de ploaie
Staţia are numai epurare 1,7-2,5 mecanică După instalaţiile de coagulare 1,5-0,8
0,3-0,5
-
-
0,3-0,5
1,5-2,0
0,8-1,0
4.4.2.1. Calculul de dimensionare al grătarelor Dimensionarea grătarelor pentru staţia de epurare se face ţinând cont de următoarele date: Oraşul pentru care este proiectată această staţie de epurare are o populaţie de 40.000 locuitori, sistemul de canalizare este unitar, clima temperat continentală. Debitele care sosesc în staţia de epurare, prin reţeaua de canalizare sunt următoarele: Debitul zilnic maxim Qzi max = 290[l/s] ; Debitul zilnic mediu Qzi med = 250[l/s ]; Debitul orar maxim Qu o max = 350[l/s] ; Debitul orar minim Qu o min = m Qzi max = 0,02 procentul minim orar din debitul zilnic maxim .
×
290
×
24 = 140[l/s], unde m este
Proiectarea grătarelor implică stabilirea unor condiţii corespunzătoare de curgere a apei în camera grătarului, precum şi determinarea dimensiunilor constructive ale camerei. Debitele de dimensionare şi de verificare Q c, respectiv Qv sunt redate în tabelul 4. Tabelul.4.1 Debite hidraulice de dimensionare şi verificare ale obiectelor din staţia de epurare. Sistemul de canalizare Obiectul staţiei de epurare
Separativ
Unitar
Debit de: Dimensionare
Verificare
Dimensionare
Verificare
Qs o min
2Qu o max
Qu o min
Qs zi max
Qs o max
Qu zi max
2Qu o max
Construcţii pentru epurarea biologică (filtre biologice, Qs zi max bazine cu nămol activ)
Qs o max
Qu zi max
Qu o max
Decantorul secundar
Qs o max
Qu zo max
Qu o max
Grătar, debitmetru, repartiţie
deznisipator, camera de Qs o max
Separator de decantor primar
grăsimi,
Qs zi max
72
c) Iniţialele s si u arată că apele uzate provin dintr-o reţea dimensionată în sistem
separativ respectiv unitar. d) Qu este debitul de calcul pentru sistemul unitar, în care sunt incluse diferite
categorii de ape uzate, de suprafaţă şi subterane, Q s este debitul de calcul pentru sistemul separativ, în care sunt incluse toate categoriile de ape. Grătarele se dimensionează la 2Qu o max deci, 2Quo max = 2 × 350 = 700 [dm3/s]. Se proiectează două grătare dese cu curăţire mecanică, cu înclinarea faţă de orizontală de 75[°]; lăţimea interspaţiilor dintre bare se ia b = 20 [mm], iar lăţimea barelor de secţiune dreptunghiulară cu colţurile amonte rotunjite s=10 [mm] (β = 1,83). Fiecare grătar va prelucra un debit Q u o max = 350 [dm3/s], respectiv Q u o min = 70 [dm3/s]. Viteza amonte grătarului V a, respectiv viteza în partea amonte camerei grătarului, trebuie menţinută între anumite limite pentru a obţine o bună exploatare a acestora. Viteaza trebuie să fie suficient de mare pentru a împiedica depunerea materiilor în suspensie mari şi a corpurilor din apa uzată, iar pe de altă parte nu prea mare pentru a produce dislocarea depunerilor de pe grătar. În acest sens, Fair – Geyer recomandă ca viteza în amonte V a = 0,40…0,75[m/s]; pentru debite maxime şi cele din timp de ploaie, viteza amonte poate creşte la Va = 0,90[m/s], pentru a antrena nisipul adus de apa uzată care are tendinţa de a se depune în amonte de grătar. Viteza printre interspaţiile grătarului V g trebuie să fie maxim 0,70[m/s] la debitul zilnic mediu şi maxim 1,00[m/s] la debitul maxim.
Pierderile de sarcină prin grătar trebuie să rămână întotdeauna între anumite limite, acestea variind cu cantitatea şi natura depunerilor acumulate pe grătar. Pierderea de sarcină se calculează cu relaţia lui Kirschmer: 4/3
s h = β b
V a
2
2 g
sin θ ;
4/3
2 0,6 0,01 ⋅ 75 h = 1,83 ⋅ ⋅ 0,02 2 ⋅10 h = 0,43[m]
h = pierderea de sarcină prin grătar [m]; β = coeficientul de formă al barelor, se alege între 2,42 pentru secţiune dreptunghiulară, şi 1,79 pentru secţiune sferică; s = lăţimea barelor [m] b = lăţimea interspaţiilor dintre bare [m]; Va = viteaza apei în amonte de grătar [m/s]; 73
θ = unghiul pe care-l face grătarul cu suprafaţa. Chiar în perioadele când grătarul este puternic colmatat, pierderea de sarcină nu trebuie să depăşească 0,75[m], printr-o curăţire regulată, ea trebuie ţinută sub această valoare. Pentru grătarele cu curăţire manuală trebuie să se ţină seama în calcule de o pierdere de sarcină minimă de 15[cm], ceea ce necesită o atentă supraveghere din partea personalului de exploatare. Pentru grătarele cu curăţire mecanică pierderea de sarcină poate fi ţinută aproape constantă prin automatizarea dispozitivului de curăţire. Pentru o bună funcţionare a grătarului, radierul camerei grătarului are o pantă de cel puţin 0,001. Lăţimea camerei grătarului se stabileşte astfel :
B c
s + b = ∑b + C ; b
Bc
b ∑
Qc = V g max hmax
;
= lăţimea camerei grătarului [m];
b = suma lăţimilor interspaţiilor dintre bare [m]; ∑
C = lăţimea pieselor de prindere a grătarului în pereţii camerei [m]; se ia între 0,25 şi 0,3 [m]; Qc
= debitul de calcul [l/s]
Vg max = viteza maximă a apei prin grătar [m/s]; hmax = adâncimea maximă a apei în faţa grătarului, corespunzătoare vitezei şi debitului maxim [m]. Lăţimile uzuale ale camerei grătarului după normele germane sunt: 50; 60; 80; 100; 125; 160; 180; 225; 250, primele valori fiind folosite numai pentru grătare cu curăţire manuală. Secţiunea amonte a camerei grătarului . Condiţia de bază este:
Va = 0,4…0,9[m/s]. Se ia o înălţime maximă de apă, un h verifică condiţia de viteză.
, şi cu acesta se determină lăţimea camerei B c şi se
max
hmax = 0,35[mm], şi B c= 2[m], viteza fiind de 0,9[m/s] . b ∑
Quo max
= V h g max
=
0,35 0,9 × 0,35
= 1,11 .
Pentru grătarul ales, lăţimea camerei este : B c
=
s + b b
b ∑
+
C =1,11 ×
0,01
+
0,02
0,02
+ 0,03 = 2 [ m] .
74
Pe această lăţime vor există un număr de 55 bare × 0,01[m]+56 interspaţii × 0,22 [m]+2 spaţii pentru piesele de prindere × 0,165 = 2[m]. Raza hidraulică a camerei este: R
2 × 0,35
= 2 + 2 × 0,35
0, 41
=
.
Luând o pantă pentru camera grătarului după calculele anterioare, viteza apei în amonte de grătar este: V a
=
74 × R 2 / 3
I 1 / 2
×
=
74 × 0,412 / 3
×
0,0011 / 2
=
0,94 [ m / s ] ,
unde I = 0,001 . În concluzie, viteza stabilită îndeplineşte condiţia de bază. La debitul minim,
Q u o min
= 0,7[dm 3
/ s ] şi la viteza minimă
se obţine o înălţime de apă minimă h valoarea razei hidraulice R 2 / 3 valoarea hmin din ecuaţia R =
74
2hmin 2
, pentru stabilirea căreia se determină în prealabil
min
0,4 =
V a = 0,4[ m / s ]
× 0,031
= 0,174
+ 2hmin = 0,074 şi
;
R
hmin
=
0,074
; se determină apoi
= 0,08[m] .
Viteza apei prin interspaţiile grătarului V g .
Condiţia de bază este
V g
=
0,4... 1[m / s] .
Pentru debitul orar maxim de 350 [dm 3/s] rezultă: Amax
= 0,35 × 56 × 0,02 = 0,39
V g max
= 0,350 = 0,89 0,39
[m / s] .
Pentru debitul minim ( Q u o min Amin
Vg min
[m 2 ] ;
= 0,070
[m 3 / s ] ),
= 0,08 × 56 × 0,02 = 0,09 [m ] ; 2
=
0,07 0,09
0,077 [ m / s ] .
=
Vitezele obţinute se încadrează în limitele admise. Pierderea de sarcină prin grătar: 4/3
s h = β b
V a
2
2 g
sin θ ;
4/3 0,01 0,92 2 h =1,83 sin 75 0 = 0,028 0,02 2 × 9,81
[ m] .
75
Pentru calculele necesare profilului tehnologic al apei, se va considera o pierdere de sarcină de 15[cm]. Cantitatea de reţineri pe grătar depinde de lăţimea interspaţiilor, sistemul de canalizare, provenienţa apelor uzate industriale, etc. În tabelul 4 sunt prezentate cantităţile medii de reţineri pe grătare, ele putând ajunge la valori de 5 ori mai mari. Tabelul.4.2. Cantităţi de reţineri pe grătare. Cantitatea de reţineri Lăţimea interspaţiilor între bare [l/om an] la curăţire [mm] Manuală Mecanică 16
5
6
20
4
5
25
3
3,5
30
2,5
3
40
2
2,5
50
1,5
2
Analizele făcute asupra reţinerilor au arătat că umiditatea acestora este de 80[%], restul reprezentând substanţe solide. Substanţele minerale reprezintă cca. 13[%], iar cele organice 87[%]. Greutatea specifică a depunerilor este de 750[kg/m 3]. Conform tabelului 4, cantitatea de reţineri este: 2 V r
=
40000 × 5[dm 3 / om × an] = 200000[dm 3 / an] .
Greutatea depunerilor este: Gr
=
3
3
200[ m / an] × 750[kg / m ] = 150000[kg / an]
76
Fig. 4.14.Dimensionarea grătarelor din staţia de epurare
4.4.2.2. Calculul de dimensionare al deznisipatorului Debitele de calcul şi de verificare în procedeul separativ sunt debitul orar maxim, respectiv debitul orar minim, iar în procedeul unitar de două ori debitul orar maxim, respectiv debitul orar minim. La dimensionarea deznisipatoarelor orizontale vitezele de mişcare a apei pe verticală V s şi de mişcare a apei pe orizontală V o sunt de o mare importanţă. În ceea ce priveşte viteza de sedimentare, tabelul 5 furnizează valorile corespunzătoare diametrului particulelor de formă sferică pentru temperaturi ale apei de 10[°C] într-un bazin cu apa în repaus.
Tabelul 4.3. Vitezele de sedimentare V s [cm/s] în funcţie de diametrul particulelor [mm] Diametrul particulei [mm]
1,0
0,5
0,2
0,1
0,05
0,01
0,005
14,0
7,2
2,3
0,7
0,17
0,008
0,002
4,2
2,1
0,7
0,2
0,04
0,002
0,00004
Materii în suspensie din apele uzate orăşeneşti: 3,4 γ =1,20[kg/dm3]
1,7
0,5
0,08
0,02
0,0008
0,0002
Nisip: γ =2,65 [kg/dm3]
Cărbune: γ =1,50 [kg/dm3]
În general, proiectarea deznisipatoarelor se bazează pe premisa reţinerii particulelor de nisip, cu dimensiuni mai mari de 0,20-0,25[mm] până la dimensiuni de maxim 1[mm]. S-a constatat că dacă 50[%] din particule sau mai mult au dimensiuni mai mici de 0,21[mm] eficienţa deznisipatorului scade. Viteza de mişcare - de deplasare – a apei pe orizontală V o trebuie discutată în paralel cu viteza de antrenare a suspensiilor de pe radierul deznisipatorului, numită viteză critică V cr . Viteza orizontală trebuie să fie mai mică sau egală cu viteza critică, la care apa uzată antrenează suspensiile depuse pe radierul bazinului. Vitezele critice, care pot fi în calcule ca viteze orizontale, stabilite de Camp şi Shiels în [cm/s] sunt date în tabelul 6. 77
Tabelul 4.4. Vitezele critice Vcr [cm/s] în funcţie de diametrul particulelor [mm] Diametrul particulei 1,0 [mm]
0,5
0,2
0,1
0,05
0,01
0,005
41,0
30,0
19,0
13,0
9,0
4,1
3,0
23,0
16,0
10,0
7,0
5,0
2,3
1,6
Materii în suspensie din apele uzate orăşeneşti: 18,0
13,0
8,0
5,5
4,0
1,8
1,3
Nisip: γ =2,65 [kg/dm3[
Cărbune: γ =1,50 [kg/dm3]
γ =1,20[kg/dm3]
Se recomandă a se utiliza în calcule drept viteză orizontală maximă V o=0,30[m/s] pentru debitul orar maxim, şi viteză minimă 0,05[m/s] pentru debitul orar minim.
Secţiunea transversală A tr a deznisipatoarelor: Qc
Atr = V 0 Qc = debitul de calcul al deznisipatorului; Vo = viteza orizontală stabilită anterior. Secţiunea orizontală A o a deznisipatorului rezultă din împărţirea debitului de calcul la viteza de sedimentare; pentru a ţine seama de curenţii care se formează în deznisipator, aceasta trebuie mărită, în care scop se înmulţeşte cu un coeficient α : Ao
= α
Qc V S
.
Coeficientul α se calculează din figura 4.15. α =
V s V s'
78
Fig. 4.15. Coeficienţi de corecţie pentru dimensionarea deznisipatoarelor
Lungimea deznisipatorului L: L
=α V 0 t ;
t = timpul de rămânere a apei în deznisipator; Timpii de rămânere a apei în deznisipator de 30 - 50[s] şi chiar de 90[s] trebuie avuţi în vedere la proiectare. Imhoff – Fair recomandă ca lăţimile compartimentelor să fie de până la 5,00[m], lungimile de 12,00 – 36,00[m], iar raportul dintre lungime şi lăţime să fie cuprins între 10 şi 15. În general, adâncimile deznisipatoarelor variază între 0,50 şi 2,50[m], ajungând uneori chiar până la 3,00[m] şi mai mult, în acestea fiind inclusă şi înălţimea volumului de nisip, la deznisipatoarele cu curăţire manuală; se recomandă totuşi ca adâncimile să nu depăşească 1,00 – 1,50[m], pentru a nu rezulta lungimi prea mari. Numărul minim al compartimentelor trebuie să fie cel puţin două, exploatarea lor urmând să fie făcută periodic – alternativ; proiectarea unui singur compartiment implică prevederea unui canal de by-pass pentru timp de ploaie. Dacă deznisipatorul epurează apele uzate provenite dintr-un sistem separativ, el poate fu curăţit manual; dacă epurează ape provenite dintr-un sistem unitar, se recomandă să fie prevăzut cu curăţire mecanică. În ceea ce priveşte pierdere de sarcină, în general, este minimă (sub 6 [cm]) în deznisipatoarele de dimensiuni mici, unde nu sunt prevăzute dispozitive pentru menţinerea vitezei constante. Radierul deznisipatoarelor se aşează mai jos ca al canalului de intrare a apei cu 15 45[cm]; el trebuie să fie orizontal, fără denivelări, în care s-ar putea acumula substanţele floculente. În camera de racordare a grătarelor cu deznisipatorul viteza orizontală nu trebuie să coboare sub 0,40[m/s] pentru debitul orar minim. Cantitatea de nisip care poate fi colectată în deznisipator depinde de felul, suprafaţa şi întreţinerea pavajului, condiţii climaterice, intensitatea ploilor, etc. Normativele recomandă a se lua în calcule, pentru sistemul de canalizare unitar, cantităţi de nisip de 0,015 – 0,020[dm 3/om × zi] şi pentru procedeul separativ, 0,005 – 0,01[dm3/om × zi]. Dispozitivele pentru menţinerea vitezei constantă la variaţii de debit, sunt de tipul canalelor cu secţiune îngustată Venturi sau 79
Parshall. Debitul Q care trece printr-un deznisipator a cărui secţiune transversală este o parabolă, este în funcţie de înălţimea h a apei în deznisipator: Q
= kh n ,
unde k şi n sunt constante.
Pentru menţinerea vitezei constantă, lăţimea b a deznisipatorului trebuie aleasă astfel încât: h
Q = kh
n
= V 0 ∫ bdh 0
Această condiţie este satisfăcută când: Pentru n =
3 2
b=
, rezultă:
nk n −1 V 0
b=
3 2
. ×
nk n −1 V 0
=
3 2
×
Q hV 0
.
2
b 2
Ecuaţia parabolei este, deci:
=
2 ph
;
unde p este parametrul parabolei. Se alege lăţimea B a canalului Venturi în funcţie de debit (0,6; 0,8; 1,00…) şi se stabileşte raportul de similitudine αe ca fiind raportul dintre lăţimea canalului în natură şi lăţimea canalului în model. Se alege apoi coeficientul de strangulare în funcţie de debit: ψ b =
b B
;
din care rezultă b, lăţimea canalului în zona strangulată. Din ecuaţiile cunoscute: hnatură = αehmodel; Qnatură = (αe)5/2Qmodel, Rezultă Qmodel, şi cu acesta rezultă h aval model şi h amonte model. Se calculează apoi h natură amonte şi aval. În continuare cu următoarele ecuaţii se stabilesc celelalte dimensiuni ale canalului strangulat: e=
B
−b 2
2
; CE = B ;
R 1 =
C
E +
2e
e
2
;
R 2 = 1.66 R 1; CD =
1 3
B; CF =
13 6
B.
Debitmetrul Venturi trebuie amplasat pe un canal, în aliniament, care în amonte trebuie să aibă o lungime de 6,00 – 16,00[m], iar în aval 10,00 – 15,00[m].
80
Calculul deznisipatorului Se dimensionează deznisipatorul orizontal cu curăţire mecanică la care se cunosc: dimensiunea granulelor 0,2[mm] şi gradul de îndepărtare al suspensiilor 85[%]. Debitul de dimensionare al deznisipatorului este:
5.
Qc = 2 Qo max = 2
×
350 = 700 [dm 3/s]
Se proiectează 3 compartimente cu secţiune parabolică, care vor trebui să
6.
prelucreze fiecare un debit de 233[dm 3/s]. Qc
Secţiunea transversală Atr deznisipatorului este: Atr = V 0
7.
Pentru o viteză orizontală de 0,19[m/s], conform tabelului 2.5, corespunzătoare dimensiunii granulelor de 0,2[mm], deci: Atr
=
0,233 0,19
=1, 22 [
m2 ].
Dacă se ia înălţimea parabolei h 0 =1.10m, lăţimea parabolei este: B = 3
Atr
= 3×
2 h0
1,22 2
× 1,10
1,66 [ m]
=
Secţiunea orizontală, lungimea şi timpul de traversare se determină pentru
8.
dimensiunea granulelor de0,20[mm], raportul V s/V's = 1,90. A0
=
α
Qc V S
=1,90 ×
0, 233 0,023
=19 , 24 [
Lungimea deznisipatorului:
L
t =
Timpul de traversare:
=
m2 ];
A0 b
=
19 ,24 1,30
L 14 ,80 = V 0 0,19
14 ,80 [ m ]
=
= 78′′
5. Volumul unui compartiment este:
V0 =1,22
×
14,80 =18,06[m3].
Volumul de nisip colectat: Vn = 50 000 [loc] × 6[dm3/loc
×
an] = 300[m 3/an]
2
b = 2ph . 0 2
81
Pentru determinarea parametrului p se dau pentru b şi h0 valori limită, pentru b = 1,66[m], iar pentru h0 = 1,10[m]; rezultă: 2
1,66 = 2p 2
×
1,10 şi p = 0,30.
Ecuaţia parabolei, va fi : 2
b = 2 2
×
0,30 h0,
dând diferite valori pentru b şi h 0 se poate trasa parabola. 7. Se proiectează un singur canal Venturi cu radier orizontal pentru toate trei compartimentele. Se alege lăţimea canalului B = 0,80[m]. Raportul de similitudine:
α
=
0,8 0,30175
=
2,65
;
coeficientul de strangulare este:
=
b B
0, 4 ;
=
b = 0,40
×
0,80 = 0,32[m].
4.4.2.3. Calculul de dimensionare al decantorului (utilajul principal) Bazele proiectării decantoarelor Proiectarea decantoarelor depinde de numeroşi factori, dintre aceştia cei mai importanţi fiind: natura particulelor ce trebuie îndepărtate şi scopul bazinului (decantor pentru epurarea mecanică a apelor, decantor secundar după filtre biologice şi bazine cu nămol activ, etc.). Dacă la deznisipatoare parametrul principal de dimensionare este încărcarea superficială, la decantoare este important timpul de vărsare. Timpul de decantare t d de rămânere a apei uzate în decantoare trebuie să fie de 1,5[h] pentru apele uzate ce conţin o cantitate de suspensii mai mare de 200[mg/dm 3], şi de 1[h] pentru cantităţi mai mici. Literatura germană recomandă timpii de decantare din tabelul 7: Tabelul 4.5. Timpi de decantare t d [h] Tipul staţiei de epurare
Decantoare primare Decantoare secundare La debit La debit La debit pe La debit pe maxim pe timp maxim pe timp timp uscat timp uscat de ploaie de ploaie
Staţia are numai epurare 1,7-2,5 mecanică După instalaţiile de coagulare 1,5-0,8
0,3-0,5
-
-
0,3-0,5
1,5-2,0
0,8-1,0
4.4.2.1. Calculul de dimensionare al grătarelor 82
Dime Dimens nsio iona nare reaa grăt grătar arel elor or pent pentru ru staţ staţia ia de epur epurar aree se face face ţinâ ţinând nd cont cont de următoarele date: Oraşul pentru care este proiectată această staţie de epurare are o populaţie de 40.000 locuitori, sistemul de canalizare este unitar, clima temperat continentală. Debitele care sosesc în staţia de epurare, prin reţeaua de canalizare sunt următoarele: Debitul zilnic maxim Q zi max = 290[l/s] ; Debitul zilnic mediu Qzi med = 250[l/s ]; Debitul orar maxim Qu o max = 350[l/s] ; Debitul Debitul orar minim Qu o min = m Qzi max = 0,02 procentul minim orar din debitul zilnic maxim .
×
290
×
24 = 140[l/s], unde m este
Proiectarea grătarelor implică stabilirea unor condiţii corespunzătoare de curgere a apei în camera grătarului, precum şi determinarea dimensiunilor constructive ale camerei. Debitele de dimensionare şi de verificare Q c, respectiv Q v sunt redate în tabelul 4. Tabelul.4.1 Debite hidraulice de dimensionare şi verificare ale obiectelor din staţia de epurare. Sistemul de canalizare Obiectul staţiei de epurare
Separativ
Unitar
Debit de: Dimensionare
Verificare
Dimensionare
Verificare
Qs o min
2Qu o max
Qu o min
Qs zi max
Qs o max
Qu zi max
2Qu o max
Construcţii Construcţii pentru pentru epurarea epurarea biolo biologic gicăă (filtr (filtree biolog biologice ice,, Qs zi max bazine cu nămol activ)
Qs o max
Qu zi max
Qu o max
Decantorul secundar
Qs o max
Qu zo max
Qu o max
Grătar, debit itm metru, repartiţie
deznisipator, camera de Qs o max
Separator de decantor primar
grăsimi,
Qs zi max
e) Iniţialele s si u arată că apele uzate provin dintr-o reţea dimensionată în sistem
separativ respectiv unitar. f) Qu este debitul de calcul pentru sistemul unitar, în care sunt incluse diferite
categorii de ape uzate, de suprafaţă şi subterane, Q s este debitul de calcul pentru sistemul separativ, în care sunt incluse toate categoriile de ape. 83
Grăt Grătar arel elee se dime dimens nsio ione neaz azăă la 2Qu o max deci, 2Quo max = 2 × 350 = 700 [dm3/s]. /s]. Se proiectează două grătare dese cu curăţire mecanică, cu înclinarea faţă de orizontală de 75[°]; lăţimea interspaţiilor dintre bare se ia b = 20 [mm], iar lăţimea barelor de secţiune dreptunghiulară cu colţurile amonte rotunjite s=10 [mm] (β = 1,83). Fiecare grătar va prelucra un debit Q u o max = 350 [dm3/s], respectiv Q u o min = 70 [dm3/s]. Viteza amonte grătarului V a, respectiv viteza viteza în partea amonte amonte camerei grătarului, grătarului, trebuie menţinută între anumite limite pentru a obţine o bună exploatare a acestora. Viteaza trebuie să fie suficient de mare pentru a împiedica depunerea materiilor în suspensie mari şi a corpurilor din apa uzată, iar pe de altă parte nu prea mare pentru a produce dislocarea depunerilor de pe grătar. În acest sens, Fair – Geyer recomandă ca viteza în amonte V a = 0,40…0,75[m/s]; pentru debite maxime şi cele din timp de ploaie, viteza amonte poate creşte la Va = 0,90[m/s], pentru a antrena nisipul adus de apa uzată care are tendinţa de a se depune în amonte de grătar. Viteza printre interspaţiile grătarului V g trebuie să fie maxim 0,70[m/s] la debitul zilnic mediu şi maxim 1,00[m/s] la debitul maxim.
Pierderile de sarcină prin grătar trebuie să rămână întotdeauna între anumite limite, acestea variind cu cantitatea şi natura depunerilor acumulate pe grătar. Pierderea de sarcină se calculează cu relaţia lui Kirschmer: 4/3
s h = β b
V a
2
2 g
sin θ ;
4/3
2 0,6 0,01 ⋅ 75 h = 1,83 ⋅ ⋅ 0,02 2 ⋅10 h = 0,43[m]
h = pierderea de sarcină prin grătar [m]; β = coeficientul de formă al barelor, se alege între 2,42 pentru secţiune dreptunghiulară, şi 1,79 pentru secţiune sferică; s = lăţimea barelor [m] [ m] b = lăţimea interspaţiilor dintre bare [m]; Va = viteaza apei în amonte de grătar [m/s]; θ = unghiul unghiul pe care-l face face grătarul grătarul cu suprafaţa. Chiar în perioadele când grătarul este puternic colmatat, pierderea de sarcină nu trebuie să depăşească 0,75[m], printr-o curăţire regulată, ea trebuie ţinută sub această valoare. Pentru grătarele grătarele cu curăţire curăţire manuală trebuie să se ţină seama în calcule calcule de o pierdere pierdere de sarcină sarcină minimă de 15[cm], ceea ce necesită o atentă supraveghere din partea personalului de exploatare. Pentru grătarele cu curăţire mecanică pierderea de sarcină poate fi ţinută 84
aproape constantă prin automatizarea dispozitivului de curăţire. Pentru o bună funcţionare a grătarului, radierul camerei grătarului are o pantă de cel puţin 0,001. Lăţimea camerei grătarului se stabileşte astfel :
B c
s + b = ∑b + C ; b
Bc
b ∑
Qc = V g max hmax
;
= lăţimea lăţimea camerei camerei grătarului grătarului [m];
b = suma lăţimilor interspaţiilor dintre bare [m]; ∑
C = lăţi lăţime meaa pies piesel elor or de de prin prinde dere re a gră grăta taru rulu luii în per pereţ eţii ii cam camer erei ei [m] [m];; se ia înt între re 0,2 0,255 şi 0,3 [m]; Qc
= debitul de calcul [l/s]
Vg max = viteza maximă a apei prin grătar [m/s]; hmax = adâncimea maximă a apei în faţa grătarului, corespunzătoare vitezei şi debitului maxim [m]. Lăţimile uzuale ale camerei camerei grătarului după normele germane germane sunt: 50; 60; 80; 100; 125; 160; 180; 225; 250, primele valori fiind folosite numai pentru grătare cu curăţire manuală. Secţiunea amonte a camerei grătarului . Condiţia de bază este:
Va = 0,4…0,9[m/s]. Se ia o înălţime maximă de apă, un h verifică condiţia de viteză.
, şi cu acesta se determină lăţimea camerei B c şi se
max
hmax = 0,35[mm], şi B c= 2[m], viteza fiind de 0,9[m/s] . b ∑
Quo max = V h g max
=
0,35 0,9 × 0,35
= 1,11 .
Pentru grătarul ales, lăţimea camerei este : B c
=
s + b b
b ∑
C =1,11 ×
+
0,01
+
0,02
0,02
+ 0,03 = 2 [ m] .
Pe această lăţime vor există un număr de 55 bare × 0,01[m]+56 interspaţii × 0,22 [m]+2 spaţii pentru piesele de prindere × 0,165 = 2[m]. Raza hidraulică a camerei este: R
2 × 0,35
= 2 + 2 × 0,35
0, 41
=
. 85
Luând o pantă pentru camera grătarului după calculele anterioare, viteza apei în amonte de grătar este: V a
=
74 × R 2 / 3
I 1 / 2
×
=
74 × 0,412 / 3
×
0,0011 / 2
=
0,94 [ m / s] ,
unde I = 0,001 . În concluzie, viteza stabilită îndeplineşte condiţia de bază. La debitul minim,
Q u o min
= 0,7[dm 3 / s ] şi la viteza minimă V a = 0,4[m / s]
se obţine o înălţime de apă minimă h valoarea razei hidraulice R 2 / 3 valoarea hmin din ecuaţia R =
=
0, 4 74
2hmin 2
, pentru stabilirea căreia se determină în prealabil
min
× 0,031
=
0,174
+ 2hmin = 0,074 şi
;
R
hmin
=
0,074
; se determină apoi
= 0,08[m] .
Viteza apei prin interspaţiile grătarului V g .
Condiţia de bază este
V g
=
0,4... 1[m / s] .
Pentru debitul orar maxim de 350 [dm 3/s] rezultă: Amax V
= 0,35 × 56 × 0,02 = 0,39
g max
= 0,350 = 0,89 0,39
Vg min
2
[m / s] .
Pentru debitul minim ( Q u o min Amin
[m ] ;
0,070 [ m 3 / s ] ),
=
= 0,08 × 56 × 0,02 = 0,09 [m ] ; 2
=
0,07 0,09
= 0,077
[m / s] .
Vitezele obţinute se încadrează în limitele admise. Pierderea de sarcină prin grătar: 4/3
s h = β b
V a
2
2 g
sin θ ;
4/3 0,01 0,92 2 h =1,83 sin 75 0 = 0,028 0,02 2 × 9,81
[ m] .
Pentru calculele necesare profilului tehnologic al apei, se va considera o pierdere de sarcină de 15[cm]. Cantitatea de reţineri pe grătar depinde de lăţimea interspaţiilor, sistemul de canalizare, provenienţa apelor uzate industriale, etc. În tabelul 4 sunt prezentate cantităţile medii de reţineri pe grătare, ele putând ajunge la valori de 5 ori mai mari. Tabelul.4.2. Cantităţi de reţineri pe grătare.
86
Cantitatea de reţineri Lăţimea interspaţiilor între bare [l/om an] la curăţire [mm] Manuală Mecanică 16
5
6
20
4
5
25
3
3,5
30
2,5
3
40
2
2,5
50
1,5
2
Analizele făcute asupra reţinerilor au arătat că umiditatea acestora este de 80[%], restul reprezentând substanţe solide. Substanţele minerale reprezintă cca. 13[%], iar cele organice 87[%]. Greutatea specifică a depunerilor este de 750[kg/m 3]. Conform tabelului 4, cantitatea de reţineri este: 2 V r
=
40000 × 5[dm / om × an] = 200000[dm / an] . 3
3
Greutatea depunerilor este: Gr
=
3
3
200[ m / an] × 750[kg / m ] = 150000[kg / an]
Fig. 4.14.Dimensionarea grătarelor din staţia de epurare
4.4.2.2. Calculul de dimensionare al deznisipatorului 87
Debitele de calcul şi de verificare în procedeul separativ sunt debitul orar maxim, respectiv debitul orar minim, iar în procedeul unitar de două ori debitul orar maxim, respectiv debitul orar minim. La dimensionarea deznisipatoarelor orizontale vitezele de mişcare a apei pe verticală V s şi de mişcare a apei pe orizontală V o sunt de o mare importanţă. În ceea ce priveşte viteza de sedimentare, tabelul 5 furnizează valorile corespunzătoare diametrului particulelor de formă sferică pentru temperaturi ale apei de 10[°C] într-un bazin cu apa în repaus.
Tabelul 4.3. Vitezele de sedimentare V s [cm/s] în funcţie de diametrul particulelor [mm] Diametrul particulei [mm]
1,0
0,5
0,2
0,1
0,05
0,01
0,005
14,0
7,2
2,3
0,7
0,17
0,008
0,002
4,2
2,1
0,7
0,2
0,04
0,002
0,00004
Materii în suspensie din apele uzate orăşeneşti: 3,4 γ =1,20[kg/dm3]
1,7
0,5
0,08
0,02
0,0008
0,0002
Nisip: γ =2,65 [kg/dm3]
Cărbune: γ =1,50 [kg/dm3]
În general, proiectarea deznisipatoarelor se bazează pe premisa reţinerii particulelor de nisip, cu dimensiuni mai mari de 0,20-0,25[mm] până la dimensiuni de maxim 1[mm]. S-a constatat că dacă 50[%] din particule sau mai mult au dimensiuni mai mici de 0,21[mm] eficienţa deznisipatorului scade. Viteza de mişcare - de deplasare – a apei pe orizontală V o trebuie discutată în paralel cu viteza de antrenare a suspensiilor de pe radierul deznisipatorului, numită viteză critică V cr . Viteza orizontală trebuie să fie mai mică sau egală cu viteza critică, la care apa uzată antrenează suspensiile depuse pe radierul bazinului. Vitezele critice, care pot fi în calcule ca viteze orizontale, stabilite de Camp şi Shiels în [cm/s] sunt date în tabelul 6. Tabelul 4.4. Vitezele critice Vcr [cm/s] în funcţie de diametrul particulelor [mm] Diametrul particulei 1,0 [mm]
0,5
0,2
0,1
0,05
0,01
0,005
Nisip:
30,0
19,0
13,0
9,0
4,1
3,0
41,0
88
γ =2,65 [kg/dm3[
Cărbune: 23,0
16,0
10,0
7,0
5,0
2,3
1,6
Materii în suspensie din apele uzate orăşeneşti: 18,0
13,0
8,0
5,5
4,0
1,8
1,3
γ =1,50 [kg/dm3]
γ =1,20[kg/dm3]
Se recomandă a se utiliza în calcule drept viteză orizontală maximă V o=0,30[m/s] pentru debitul orar maxim, şi viteză minimă 0,05[m/s] pentru debitul orar minim.
Secţiunea transversală A tr a deznisipatoarelor: Qc
Atr = V 0 Qc = debitul de calcul al deznisipatorului; Vo = viteza orizontală stabilită anterior. Secţiunea orizontală A o a deznisipatorului rezultă din împărţirea debitului de calcul la viteza de sedimentare; pentru a ţine seama de curenţii care se formează în deznisipator, aceasta trebuie mărită, în care scop se înmulţeşte cu un coeficient α : Ao
= α
Qc V S
.
Coeficientul α se calculează din figura 4.15. α =
V s V s'
89
Fig. 4.15. Coeficienţi de corecţie pentru dimensionarea deznisipatoarelor
Lungimea deznisipatorului L: L
=α V 0 t ;
t = timpul de rămânere a apei în deznisipator; Timpii de rămânere a apei în deznisipator de 30 - 50[s] şi chiar de 90[s] trebuie avuţi în vedere la proiectare. Imhoff – Fair recomandă ca lăţimile compartimentelor să fie de până la 5,00[m], lungimile de 12,00 – 36,00[m], iar raportul dintre lungime şi lăţime să fie cuprins între 10 şi 15. În general, adâncimile deznisipatoarelor variază între 0,50 şi 2,50[m], ajungând uneori chiar până la 3,00[m] şi mai mult, în acestea fiind inclusă şi înălţimea volumului de nisip, la deznisipatoarele cu curăţire manuală; se recomandă totuşi ca adâncimile să nu depăşească 1,00 – 1,50[m], pentru a nu rezulta lungimi prea mari. Numărul minim al compartimentelor trebuie să fie cel puţin două, exploatarea lor urmând să fie făcută periodic – alternativ; proiectarea unui singur compartiment implică prevederea unui canal de by-pass pentru timp de ploaie. Dacă deznisipatorul epurează apele uzate provenite dintr-un sistem separativ, el poate fu curăţit manual; dacă epurează ape provenite dintr-un sistem unitar, se recomandă să fie prevăzut cu curăţire mecanică. În ceea ce priveşte pierdere de sarcină, în general, este minimă (sub 6 [cm]) în deznisipatoarele de dimensiuni mici, unde nu sunt prevăzute dispozitive pentru menţinerea vitezei constante. Radierul deznisipatoarelor se aşează mai jos ca al canalului de intrare a apei cu 15 45[cm]; el trebuie să fie orizontal, fără denivelări, în care s-ar putea acumula substanţele floculente. În camera de racordare a grătarelor cu deznisipatorul viteza orizontală nu trebuie să coboare sub 0,40[m/s] pentru debitul orar minim. Cantitatea de nisip care poate fi colectată în deznisipator depinde de felul, suprafaţa şi întreţinerea pavajului, condiţii climaterice, intensitatea ploilor, etc. Normativele recomandă a se lua în calcule, pentru sistemul de canalizare unitar, cantităţi de nisip de 0,015 – 0,020[dm 3/om × zi] şi pentru procedeul separativ, 0,005 – 0,01[dm3/om × zi]. Dispozitivele pentru menţinerea vitezei constantă la variaţii de debit, sunt de tipul canalelor cu secţiune îngustată Venturi sau Parshall. Debitul Q care trece printr-un deznisipator a cărui secţiune transversală este o parabolă, este în funcţie de înălţimea h a apei în deznisipator: Q
= kh n ,
unde k şi n sunt constante.
Pentru menţinerea vitezei constantă, lăţimea b a deznisipatorului trebuie aleasă astfel încât: h
Q = kh
n
= V 0 ∫ bdh 0
Această condiţie este satisfăcută când:
b=
nk n −1 V 0
.
90
Pentru n =
3 2
, rezultă:
b=
3 2
nk n −
1
×
V 0
=
3 2
×
Q hV 0
.
2
b 2
Ecuaţia parabolei este, deci:
=
2 ph
;
unde p este parametrul parabolei. Se alege lăţimea B a canalului Venturi în funcţie de debit (0,6; 0,8; 1,00…) şi se stabileşte raportul de similitudine αe ca fiind raportul dintre lăţimea canalului în natură şi lăţimea canalului în model. Se alege apoi coeficientul de strangulare în funcţie de debit: b
=
b B
;
din care rezultă b, lăţimea canalului în zona strangulată. Din ecuaţiile cunoscute: hnatură = αehmodel; Qnatură = (αe)5/2Qmodel, Rezultă Qmodel, şi cu acesta rezultă h aval model şi h amonte model. Se calculează apoi h natură amonte şi aval. În continuare cu următoarele ecuaţii se stabilesc celelalte dimensiuni ale canalului strangulat: e=
B
−b 2
2
; CE = B ;
R 1 =
C
E +
e
2
2e
;
R 2 = 1.66 R 1; CD =
1 3
B; CF =
13 6
B.
Debitmetrul Venturi trebuie amplasat pe un canal, în aliniament, care în amonte trebuie să aibă o lungime de 6,00 – 16,00[m], iar în aval 10,00 – 15,00[m].
Calculul deznisipatorului Se dimensionează deznisipatorul orizontal cu curăţire mecanică la care se cunosc: dimensiunea granulelor 0,2[mm] şi gradul de îndepărtare al suspensiilor 85[%]. 9.
Debitul de dimensionare al deznisipatorului este:
Qc = 2 Qo max = 2 10.
×
350 = 700 [dm 3/s]
Se proiectează 3 compartimente cu secţiune parabolică, care vor trebui să
prelucreze fiecare un debit de 233[dm 3/s].
91
Qc 11.
Secţiunea transversală Atr deznisipatorului este: Atr = V 0
Pentru o viteză orizontală de 0,19[m/s], conform tabelului 2.5, corespunzătoare dimensiunii granulelor de 0,2[mm], deci: Atr
=
0,233
=1, 22 [
0,19
m2 ].
Dacă se ia înălţimea parabolei h 0 =1.10m, lăţimea parabolei este: B = 3
Atr
= 3×
2 h0
12. Secţiunea
1,22 2
× 1,10
1,66 [ m]
=
orizontală, lungimea şi timpul de traversare se determină pentru
dimensiunea granulelor de0,20[mm], raportul V s/V's = 1,90. A0
=
α
Qc V S
=1,90 ×
0, 233
=19 , 24 [
0,023
Lungimea deznisipatorului:
L
t =
Timpul de traversare:
=
m2 ];
A0 b
=
19 ,24 1,30
L 14 ,80 = 0,19 V 0
14 ,80 [ m ]
=
= 78′′
5. Volumul unui compartiment este:
V0 =1,22
×
14,80 =18,06[m3].
Volumul de nisip colectat: Vn = 50 000 [loc] × 6[dm3/loc
×
an] = 300[m 3/an]
2
b = 2ph . 0 2
Pentru determinarea parametrului p se dau pentru b şi h0 valori limită, pentru b = 1,66[m], iar pentru h0 = 1,10[m]; rezultă: 2
1,66 = 2p 2
×
1,10 şi p = 0,30.
Ecuaţia parabolei, va fi : 2
b = 2 2
×
0,30 h0, 92
dând diferite valori pentru b şi h 0 se poate trasa parabola. 7. Se proiectează un singur canal Venturi cu radier orizontal pentru toate trei compartimentele. Se alege lăţimea canalului B = 0,80[m]. Raportul de similitudine:
α
=
0,8 0,30175
=
2,65
;
coeficientul de strangulare este:
=
b B
0, 4 ;
=
b = 0,40
×
0,80 = 0,32[m].
4.4.2.3. Calculul de dimensionare al decantorului (utilajul principal) Bazele proiectării decantoarelor Proiectarea decantoarelor depinde de numeroşi factori, dintre aceştia cei mai importanţi fiind: natura particulelor ce trebuie îndepărtate şi scopul bazinului (decantor pentru epurarea mecanică a apelor, decantor secundar după filtre biologice şi bazine cu nămol activ, etc.). Dacă la deznisipatoare parametrul principal de dimensionare este încărcarea superficială, la decantoare este important timpul de vărsare. Timpul de decantare t d de rămânere a apei uzate în decantoare trebuie să fie de 1,5[h] pentru apele uzate ce conţin o cantitate de suspensii mai mare de 200[mg/dm 3], şi de 1[h] pentru cantităţi mai mici. Literatura germană recomandă timpii de decantare din tabelul 7: Tabelul 4.5. Timpi de decantare t d [h] Tipul staţiei de epurare Staţia are numai epurare mecanică După instalaţiile de coagulare La staţii cu filtre biologice La staţii cu bazine cu nămol activ
Decantoare primare Decantoare secundare La debit La debit La debit pe La debit pe maxim pe timp maxim pe timp timp uscat timp uscat de ploaie de ploaie 1,7-2,5
0,3-0,5
-
-
1,5-0,8 1,7-2,5 0,5-1,0
0,3-0,5 0,3-0,5 0,3-0,5
1,5-2,0 1,5-2,0 2,0-3,5
0,8-1,0 1,8-1,0 1,0-1,7
Debitul de calcul – debitul de timp uscat al staţiei de epurare este
1 18
×Q
zi med
(după
literatura germană). Literatura americană „ Standardul celor 10 state S.U.A” recomandă datele din tabelul 8: Tabelul 4.6. Timpi de decantare t d[h] Încărcarea superficială [m/h]
Adâncimi medii ale bazinului [m]
93
2,00
2,50
3,00
1,00
2,00
2,50
3,00
1,40
1,60
1,80
2,25
1,70
1,25
1,40
1,75
Debitul de calcul al staţiilor de epurare este de obicei debitul zilnic mediu. Aceeaşi literatură americană recomandă ca timpul de rămânere al apei în bazin de 2[h] să se reducă sau să se mărească în conformitate cu recomandările date în continuare: Timpul mediu de 2[h] se reduce: -
la 1[h] când apele uzate după decantare sunt folosite la irigaţii;
-
la ½[h] când apele uzate au concentraţii în materii în suspensie de maxim 200
[mg/dm3 şi sunt tratate biologic în bazine cu nămol activ; -
la ½[h] când apele uzate au fost trate prealabil cu coagulanţi;
-
la 1[h] când apele uzate meteorice amestecate cu alte ape uzate urmează a fi
tratate mecanic. Mărirea timpului mediu de 2[h] se face când: -
decantarea primară singură trebuie să conducă la o reducere importantă a CBO 5
şi a substanţelor in suspensie – un timp de decantare de până la 3 ½ h poate reţine şi suspensiile fine care contribuie la menţinerea unui CBO 5 ridicat; -
decantoarele primesc ape uzate industriale care conţin substanţe bactericide.
Fermentarea în aceste condiţii este practic imposibilă şi drept urmare nămolul nu trebuie să fie evacuat imediat, deoarece rămânerea lui un timp mai îndelungat în decantoare poate conduce la îngroşarea lui, necesitând pentru aceasta volume mai mari pentru înmagazinare în decantoare; -
apele uzate industriale cu conţinut mare de substanţe toxice sau ape calde
amestecate cu ape uzate menajere au nevoie de un timp de contact mai mare (peste 2h), pentru o mai bună decantare; -
cantităţi mari de apă de ploaie trec prin bazinul de decantare, de exemplu,
dublul debitului pe timp uscat. Imhoff recomandă pentru ape uzate orăşeneşti: -
un timp de decantare de 1 ½ [h], atunci când adâncimea decantorului este de
aproximativ 2[m]; -
3[h] când staţia de epurare are numai epurare mecanică; 94
-
supraîncărcări pe timp de ploaie până la cantităţi duble faţă de debitul pe timp
uscat sunt admisibile. Încărcarea superficială [m 3/m2h] sau viteza de sedimentare u [m/h] este de asemenea un parametru important în dimensionarea decantoarelor. Viteza de sedimentare, în funcţie de reducerea suspensiilor în decantor şi de concentraţia lor iniţială sunt arătate în tabelul 9:
Tabelul 4.7. Viteze de sedimentare în decantoare. Viteze de sedimentare u[m/h] Reducerea suspensiilor în decantor [%] C
≤ 200
200
≤C ≤300
C
≥300
40-45
2,3
2,7
3,0
45-50
1,8
2,3
2,6
50-55
1,2
1,5
1,9
55-60
0,7
1,1
1,5
„Standardul celor 10 state din S.U.A” prevede pentru: -
decantoare primare care nu sunt urmate de instalaţii de epurare biologică şi care
nu prelucrează debite mai mari de 3785[m 3/zi], o încărcare superficială de 1[m/h] ; -
pentru decantoarele primare urmate de instalaţii de epurare biologică încărcarea
maximă este de 1,7[m/s]; -
decantoarele secundare urmând filtrelor biologice de mică încărcare,
u=1,7[m/h]; filtrelor biologice de mare încărcare, u=1,4[m/h]; bazinelor cu nămol activ cu debite peste 7570[m 3/zi], u= 1,7[m/h]; bazinelor cu nămol activ cu debite sub 7570[m 3/zi], u= 1,4[m/h]. Literatura germană furnizează următoarele date: Tabelul 4.8. Încărcarea superficială a decantoarelor u [m/h]1). Decantoare primare Tipul staţiei de epurare
La debit timp uscat
pe
Decantoare secundare
La debit maxim La debit pe timp de timp uscat ploaie
pe
La debit maxim pe timp de ploaie
95
Staţia are numai epurare mecanică
1,5 - 0,8
6-4
-
-
După instalaţiile de coagulare
4,0 – 2,5
6-4
1,5 - 1,0
2,5 - 2,0
La staţii cu filtre biologice
1,5 – 0,8
6-4
1,5 - 1,0
2,5 - 2,0
La staţii cu bazine cu nămol activ
4,0 - 2,5
6-4
*
*
1)încărcarea superficială a decantoarelor verticale se măreşte cu 20% faţă de datele din tabel datorită filtrului de suspensii care se formează în aceste decantoare, şi care conduce la eficienţe mai mari. * Problema dimensionării decantoarelor secundare amplasate după bazinele cu nămol activ este mai complicată decât a celorlalte, deoarece depinde de cantitatea şi concentraţia de nămol în exces şi de recirculare, de indicele nămolului, etc. Încărcarea cu materii solide în suspensie a decantoarelor primare nu constituie un parametru important pentru dimensionarea acestora, deoarece în general nu influenţează eficienţa lor.
Proiectarea decantoarelor Debitele de dimensionare şi verificare a decantoarelor radiale sunt atât pentru canalizările în sistem separativ, cât şi pentru cele în sistem unitar; verificarea se face la debitul orar maxim pentru canalizările în sistem separativ, şi la de două ori debitul orar maxim pentru canalizările în sistem unitar. Dimensiunile uzuale sunt date în tabelul de mai jos: Tabelul 4.9 . Elementele geometrice ale decantoarelor radiale. Elemente geometrice
Dimensiuni [m]
d1
8
0
2
5
8
0
2
5
0
d2
3.0 : 4.0
4.0 : 6.0
cmin
0,2
0,2
0,4
k 1 max
1,0
1,5
2,04
h8
0,3…1,0
nmin
0,2
Suprafaţa orizontală a decan-torului [m2]
01
hu
Volumul decantorului [m3]
1,2
241
305
1,4
281
355
254
14
5
0
80
91
16
07
04
62
257
590
964
375
456
589
739
848
964
1154
1508
1908
2356
440
532
687
862
989
1125
1346
1760
2260
2750
96
1,6
322
406
502
608
785
985
1131
1286
1539
2011
2544
3142
1,8
362
457
565
684
883
1108
1272
1447
1731
2262
2862
3535
2,0
402
508
628
760
982
1232
1414
1608
1924
2514
3180
3928
2,2
442
558
690
836
1080
1355
1555
1768
2116
2765
3498
4320
2,5
502
635
785
950
1227
1540
1767
2010
2405
3142
3975
4910
2,8
711
879
1001
1374
1724
1980
2201
2003
3520
4452
5500
3,0
762
942
1140
1473
1848
2121
2442
2336
3771
4770
5892
1005
1216
1571
1971
2262
2572
3076
4022
5088
6284
1368
1767
2217
2545
2894
3463
4525
5724
7070
1964
2404
2828
3216
3848
5028
6360
7856
3,2 3,6 4,0
Debitul de dimensionare este Qc =290 [dm3/s]; Volumul decantorului:
Vdec = Qctd = 0,290
×
1,70 =1774,8[m 3];
Qc = debitul de calcul (Q zi max); td = timpul de decantare, conform tabelului 7. Secţiunea orizontală: A0 =
Qc u
=
0,290 1,50 ×3600
= 696[m2];
în care u este încărcarea superficială conform tabelului 2.8. Înălţimea utilă a spaţiului de decantare: hu = utd = 1,5
×
1,7 = 2,55[m].
Cu aceste date se intră în tabelul 7.13 şi se stabilesc dimensiunile principale d 1, d2, h, A0 şi Vdec respectiv numărul de decantoare, verificând în acelaşi timp relaţiile: 6
≤
15
d 1 hu
≤ 10, pentru decantoare cu diametrul de 16 – 30[m];
d 1
≤ h ≤ 20, pentru decantoare cu diametrul de 30 – 50 [m]; u
20
≤
d 1 hu
≤ 25, pentru cazul apelor uzate cu cantităţi mari de materii organice. 97
Se iau două decantoare, fiecare cu d 1=20[m]; hu=2,80[m]; Vdec = 879 [m3]; A0 = 314 [m2]; d2 = 3,00 [m]. d 1
Se determină raportul
hu
=
20,00
= 7,18 deci se respectă relaţia de mai sus, valoarea
2,80
raportului fiind cuprinsă între 6 şi 10. Se verifică apoi încărcarea deversorului de la ieşirea apei decantate. Încărcarea deversorului de pe jgheabul de colectare a apei decantate este: Qd =
0,145 ×
86400 24
× 3,14 × ( 20 − 2 × 0,60 ) = 8,80 [m/h × ml],
admisibil conform recomandărilor. Volumul de nămol depus într-o zi se determină cu ecuaţia următoare: r
100
Vd= γ n CQzimax 100
−
p
=
0,55 1200
× 0,350 × 0,290 ×86400 ×
100 100
− 95
= 80 ,40
[m3/zi];
respectiv 40,00[m 3/zi] pentru un decantor. r = procentul de reducere al suspensiilor; = greutatea specifică a nămolului cu 1,10 -1,20[t/m 3], pentru o umiditate a nămolului de 95[%]; γ n
p = umiditatea nămolurilor decantate, aproximativ 95[%]; C = concentraţia iniţială a depunerilor.
Tabelul 4.10.. Debite de nămol în staţiile de epurare. Tipul instalaţiilor
Materii solide totale Conţinutul în apă Cantitatea de nămol [%] [%] [dm3/loc zi]
Epurare mecanică 1) Nămol din 2,5 decantoare 2) Nămol fermentat, 13,0 umed 3) Nămol fermentat, 45,0 uscat în aer liber
97,5
2,16
87,0
0,26
55,0
0,13
Încărcări Epurarea mecano – Mică biologică
Mare
Mică
Mare
Mică
Mare
98
4) Nămol din decantoarele secundare 5) Nămol din decantoarele principale secundare amestecat 6) Idem 5) fermentat 7) Idem 5) fermentat, uscat în aer liber Bazine cu nămol activ 8) Nămol din decantoarele secundare 9) Idem 5) 10) Idem 6)
8,0
5,0
92,0
95,0
0,16
0,40
5,5 şi
5,0
94,5
95,0
1,22
1,48
10,0
10,0
90,0
90,0
0,43
0,48
45,0
45,0
55,0
55,0
0,17
0,19
0,7
1,5
99,3
97,5
4,43
1,67
4,5 7,0
4,5 10,0
95,5 93,0
95,5 90,0
1,87 0,79
1,75 0,52
Se determină volumul pâlniei de nămol şi se stabilesc condiţiile de evacuare a nămolului (perioade, diametru, conducte, etc.). Se stabilesc apoi dimensiunile jgheabului de colectare a apelor decantate, vitezele minime în acestea fiind de 0,7[m/s]. Se dimensionează deversorul de evacuare a apei decantate. Volumul pâlniei de nămol este: V p =
1 3
×
(3,14
×
3,0
×
1,52 – 3,14
×
1,00
×
0,252) = 7,0[m3].
Jgheabul de colectare a apei decantate se dimensionează la 2Q o max, deci debitul pentru decantor este de 0,350 [dm 3/s]. Dacă se ia o înălţime de jgheab de 0,6[m], lungimea jgheabului:
L=2
×
3,14 (10,00 – 0,60) = 59,00 [m],
debitul este de 0,006 [m 3/s]; viteza minimă în jgheab fiind de 0,70[m/s], rezultă următoarea suprafaţă a jgheabului în secţiunea 1-1 : A j 1 =
0,350 2
×
0,70 = 0,25[m 2],
iar înălţimea apei în jgheab: Panta jgheabului rezultă din ecuaţia : Raza hidraulică:
R=
h j 1 =
0, 25 0,60
= 0,42 [m];
V = 74 R 2/3I1/2.
0,25 2 ×0,42 + 0,60
= 0,174 şi I1/2 = 0,0009;
99
În consecinţă, în secţiunea 3-3 radierul jgheabului trebuie să fie mai ridicat decât în secţiunea 1-1 cu h' = (
1 2
×
59)
×
0.0009 = 0,0265 [m]; în secţiunea 2-2 lăţimea
jgheabului, de asemenea pentru o viteză de 0,70 [m/s] şi o înălţime a apei de 0,42 [m], rezultă: 0,350
b j = 0,70 ×0,42 = 1,20 [m].
Se determină adâncimea decantorului la perete şi la centru: la perete: H p =hu+hs; la centru : Hc =hu+hn+h p+hs,, în care hn este înălţimea pâlniei de nămol, iar h p – diferenţa de înălţime datorată pantei. Înălţimea decantoarelor la perete:
H p = hu + hs = 2,80 + 0,30 = 3,10[m] iar la centru: Hc = hu + hn+ h p + hs = 2,80 + 2,00 +10
×
1 15
+ 0,30 =5,80 [m]
4.4.2.4. Probleme de coroziune si sau alegerea a materialeleor de constructie. Coroziunea galvanică a cuplului oţel inoxidabil 316L / TiAlV a fost studiată prin măsurători electrochimice. Din măsurători potenţiostatice s-a observat o deplasare a potenţialului critic de pitting (Ecp) în direcţie negativă. Rezistenţa de polarizare (Rp,cuplu) a fost de aproximativ 5 ori mai mică în cazul oţelului cuplat, iar curentul de coroziune, determinat din diagramele Tafel, a avut valoarea de 1,1 μA/cm2. Deoarece aliajul de TiAlV potenţează activitatea oţelului inoxidabil 316L, se recomandă ca acest cuplu să nu fie utilizat pentru bioimplanturi în organismul uman. Studiu privind acţiunea anticorozivă a tufului vulcanic zeolitic în staţiile de epurare a apelor uzate În această lucrare este prezentată acţiunea tufului vulcanic zeolitic, ce conţine clinoptilolit, asupra echipamentelor metalice dintr-o staţie de epurare a apelor uzate din punctul de vedere al coroziunii. Tuful vulcanic zeolitic poate fi folosit în treapta biologică a instalaţiilor de epurare pentru îmbunătăţirea capacităţii de biodegradare a nămolului activ. Acest tuf are proprietatea de a reduce substanţele organice prin adsorbţie, de a creşte capacitatea de sedimentare a nămolului activ în decantoare, dar la fel de bine ar putea avea proprietatea de a scădea acţiunea corosivă a apei uzate asupra conductelor şi utilajelor 100
dinamice, precum rotorii pompelor sau podurile racloare ale decantoarelor secundare. Experimentele au fost efectuate prin metoda pierderii în greutate, folosind eşantioane metalice, care au fost ţinute diferite periode de timp în ape uzate atât fără cât şi cu adaos de tuf zeolitic, simulând condiţiile din treapta biologică. Rezultatele au fost ilustrate grafic. Diferenţe semnificative între comportarea anodică a oţelulului inoxidabil 18Cr-10Ni şi nichelului în soluţii apoase 10–80% HCOOH Rezumat: Curbe anodice potenţiostatice pe oţel inoxidabil 18Cr-10Ni şi nichel au fost trasate în soluţii apoase de 10, 20, 40, 60 şi 80% HCOOH, la temperatura camerei. Oţelul inoxidabil este activ în toate soluţiile de acid formic şi trece în stare pasivă prin polarizarea anodică, prezentând un domeniu extins de pasivitate stabilă (960 mV), deplasat spre valori mai pozitive de potenţial odată cu creşterea concentraţiei soluţiilor de acid formic. Oxidarea anodică a acidului formic are loc doar în regiunea transpasivă, simultan cu degajarea oxigenului. După polarizarea anodică, oţelul inoxidabil şi-a păstrat culoarea şi luciul metalic. Nichelul prezintă efect catalitic pentru reacţia de oxidare a acidului formic. Curbele de polarizare prezintă unde anodice, care se extind pe tot domeniul pasiv al nichelului, având curenţii maximi cu două ordine de mărime mai mari decât cei obţinuţi pe oţel inoxidabil, în aceleaşi soluţii. După polarizare, suprafaţa nichelului a prezentat modificări vizibile, ca pitting, fisuri şi pierderea luciului metalic. Pe suprafaţa nichelului, se admite că au loc reacţii succesive/ simultane şi concurente, care duc la dizolvarea/pasivarea nichelului şi oxidarea acidului formic. Cuvinte cheie: oţel inoxidabil, nichel Acţiunea inhibitoare a unor compuşi organici de adsorbţie asupra coroziunii aluminiului în medii acide Rezumat: Doi surfactanţi organici: dodecil sulfat de sodiu (SDS) şi respectiv dodecil benzen sulfonat de sodiu (SDBS) au fost studiaţi ca inhibitori pentru coroziunea aluminiului în soluţii apoase de acid clorhidric folosind polarizarea electrochimică şi spectroscopia electrochimică de impedanţă (EIS). S-a studiat, de asemenea, influenţa concentraţiei de inhibitor asupra eficienţei anticorozive a acestora. La valori mici ale supratensiunii, procesul de dizolvare este controlat de activare, în timp ce la valori mai mari ale supratensiunii procesul de dizolvare este controlat de difuzie. Viteza de coroziune scade cu creşterea concentraţiei de inhibitor. La valori ale concentraţiilor celor doi surfactanţi mai mici decât concentraţia critică micelară (CMC) efectul de inhibare este neglijabil. La concentraţii mai mari decât CMC efectul de inhibare creşte rapid cu creşterea concentraţiei surfactantului până la o valoare limită. Inhibarea procesului de dizolvare în prezenţa surfactanţilor poate fi explicată prin adsorbţia acestora în zonele active ale suprafeţei. În cazul nostru, presupunem că inhibitorii de acest tip sunt puternic adsorbiţi la suprafaţa metalului, având loc formarea unui film protector, iar reacţia dintre metal şi soluţia corozivă poate avea loc numai prin difuzia anionilor mediului agresiv prin porii fini ai filmului protector. Măsurătorile EIS au fost realizate pe electrodul de aluminiu în soluţii 0.5M HCl în absenţa şi prezenţa celor doi surfactanţi în diferite condiţii (timp de imersare şi concentraţie de surfactant). Acoperiri compozite cu proprietăţi anticorozive îmbunătăţite obţinute prin co-electrodepunerea cuprului cu nanoparticule de Al2O3 Rezumat: În lucrarea de faţă, sunt prezentate rezultate referitoare la comportarea la coroziune a unor acoperiri compozite obţinute prin co-electrodepunerea cuprului cu 101
nanoparticule de Al2O3, pe un electrod din oţel OL 37, dintr-o baie acidă de sulfat de cupru. Comportarea la coroziune a acestor acoperiri compozite de cupru s-a investigat în soluţii de Na2SO4 (pH 3). Studiile de coroziune au fost efectuate prin măsurători de potenţial de circuit deschis, prin spectroscopie de impedanţă electrochimică şi prin voltametrie hidrodinamică. Interpretarea cantitativă a rezultatelor obţinute a dus la concluzia că nanoparticulele de oxid de aluminu încorporate în cuprul electrodepus au mărit rezistenţa la coroziune a depozitelor compozite de 1.32 ori în comparaţie cu depozitele de cupru pur.
Dizolvarea zincului ca proces de coroziune Rezumat: În acest studiu s-a investigat posibilitatea dizolvării accelerate a zincului metalic în acid sulfuric prin introducerea unui catod de cupru, în care hidrogenul degajat este mult mai uşor decât zincul. S-a constatat că accelerarea dizolvării zincului este posibilă şi, la o suprafaţă constantă a catodului de cupru, depinde de contactul intim între electrodul de cupru şi zinc.
4.5. Utilitati si energie Functie de utilizarea care se da apei se deosebesc mai multe categorii: apa tehnologica, apa de racire, apa potabila, apa de incendiu, apa de incalzire.
Apa Apa ca agent de incalzire poate fi : apa calda cu temperatura pana la 90 °C; apa fierbinte, sub presiune, pana la temperatura de 130 – 150 °C. Apa este un agent termic cu capacitate calorica mare, usor de procurat. Pentru incalzire, se prefera apa dedurizata in scopul evitarii depunerilor de piatra.
Aburul Aburul este cel mai utilizat agent de incalzire si poate fi: abur umed; abur saturat; abur supraincalzit. Aburul umed contine picaturi de apa si rezulta de la turbioanele cu contra presiune sau din operatiile de evaporare, ca produs secundar. Este cunoscut sub denumirea de abur mort. Aburul saturat este frecvent folosit ca agent de incalzire, avand caldura latenta de condensare mare si coeficienti individuali de transfer de caldura mari. Temperatura aburului saturat poate fi reglata usor prin modificarea presiunii. Incalzirea cu abur se poate realiza direct, prin barbotare, sau indirect, prin intermediul unei suprafete ce separa cele doua fluide. Aburul supraincalzit cedeaza, in prima faza, caldura sensibila de racire, pana la atingerea temperaturii de saturatie, cand coeficientul individual de transfer de caldura este mai mic si apoi caldura latenta prin condensare. 102
Energia electrica Aceasta reprezinta una din formele cele mai folosite datorita usurintei de transport la distante mari si la punctele de consum si randamentelor mari cu care poate fi transformata in energie mecanica, termica sau luminoasa. Energia electrica transformata in energie mecanica este utilizata la actionarea motoarelor cu care sunt dotate diversele utilaje. Energia electrica este folosita si la incalzire, prin transformare in caldura, folosind mai multe tehnici: - trecerea curentului prin rezistente electrice; - transformarea energiei electrice in radiatii infrarosii; - folosirea curentilor de inalta frecventa, medie si mica; - folosirea pierderilor dielectrice; - incalzirea prin arc electric. Avantajul incalzirii electrice consta in reglarea usoara a aparaturii, posibilitatea generarii caldurii intr-un punct, introducerea unei cantitati mari de caldura intr- un volum mic, realizarea unei incalziri directe, fara impurificarea mediului si la orice presiune. Dezavantajul utilizarii energiei electrice il costituie costul ridicat si impunerea unor masuri speciale de protectia muncii. Aerul comprimat Aerul comprimat poate fi utilizat in urmatoarele scopuri: - ca purtator de energie (pentru actionarea aparatelor de masura si de reglare, in atelierul mecanic); - pentru amestecare pneumatica; - pentru diferite scopuri(curatirea utilajelor, uscare, etc).
4.5.1. Operarea instalatiei de epurare 4.4.2. Dimensionarea tehnologică a utilajelor 4.4.2.1. Calculul de dimensionare al grătarelor Dimensionarea grătarelor pentru staţia de epurare se face ţinând cont de următoarele date: Oraşul pentru care este proiectată această staţie de epurare are o populaţie de 40.000 locuitori, sistemul de canalizare este unitar, clima temperat continentală. Debitele care sosesc în staţia de epurare, prin reţeaua de canalizare sunt următoarele: Debitul zilnic maxim Qzi max = 290[l/s] ; Debitul zilnic mediu Qzi med = 250[l/s ]; 103
Debitul orar maxim Qu o max = 350[l/s] ; Debitul orar minim Qu o min = m Qzi max = 0,02 procentul minim orar din debitul zilnic maxim .
×
290
×
24 = 140[l/s], unde m este
Proiectarea grătarelor implică stabilirea unor condiţii corespunzătoare de curgere a apei în camera grătarului, precum şi determinarea dimensiunilor constructive ale camerei. Debitele de dimensionare şi de verificare Q c, respectiv Qv sunt redate în tabelul 4. Tabelul.4.1 Debite hidraulice de dimensionare şi verificare ale obiectelor din staţia de epurare. Sistemul de canalizare Obiectul staţiei de epurare
Separativ
Unitar
Debit de: Dimensionare
Verificare
Dimensionare
Verificare
Qs o min
2Qu o max
Qu o min
Qs zi max
Qs o max
Qu zi max
2Qu o max
Construcţii pentru epurarea biologică (filtre biologice, Qs zi max bazine cu nămol activ)
Qs o max
Qu zi max
Qu o max
Decantorul secundar
Qs o max
Qu zo max
Qu o max
Grătar, debitmetru, repartiţie
deznisipator, camera de Qs o max
Separator de decantor primar
grăsimi,
Qs zi max
g) Iniţialele s si u arată că apele uzate provin dintr-o reţea dimensionată în sistem
separativ respectiv unitar. h) Qu este debitul de calcul pentru sistemul unitar, în care sunt incluse diferite
categorii de ape uzate, de suprafaţă şi subterane, Q s este debitul de calcul pentru sistemul separativ, în care sunt incluse toate categoriile de ape. Grătarele se dimensionează la 2Qu o max deci, 2Quo max = 2 × 350 = 700 [dm3/s]. Se proiectează două grătare dese cu curăţire mecanică, cu înclinarea faţă de orizontală de 75[°]; lăţimea interspaţiilor dintre bare se ia b = 20 [mm], iar lăţimea barelor de secţiune dreptunghiulară cu colţurile amonte rotunjite s=10 [mm] (β = 1,83). Fiecare grătar va prelucra un debit Q u o max = 350 [dm3/s], respectiv Q u o min = 70 [dm3/s]. Viteza amonte grătarului V a, respectiv viteza în partea amonte camerei grătarului, trebuie menţinută între anumite limite pentru a obţine o bună exploatare a acestora. Viteaza trebuie să fie suficient de mare pentru a împiedica depunerea materiilor în suspensie mari şi a corpurilor din apa uzată, iar pe de altă parte nu prea mare pentru a produce dislocarea 104
depunerilor de pe grătar. În acest sens, Fair – Geyer recomandă ca viteza în amonte V a = 0,40…0,75[m/s]; pentru debite maxime şi cele din timp de ploaie, viteza amonte poate creşte la Va = 0,90[m/s], pentru a antrena nisipul adus de apa uzată care are tendinţa de a se depune în amonte de grătar. Viteza printre interspaţiile grătarului V g trebuie să fie maxim 0,70[m/s] la debitul zilnic mediu şi maxim 1,00[m/s] la debitul maxim.
Pierderile de sarcină prin grătar trebuie să rămână întotdeauna între anumite limite, acestea variind cu cantitatea şi natura depunerilor acumulate pe grătar. Pierderea de sarcină se calculează cu relaţia lui Kirschmer: 4/3
s h = β b
V a
2
2 g
sin θ ;
4/3
2 0,6 0,01 ⋅ 75 h = 1,83 ⋅ ⋅ 0,02 2 ⋅10 h = 0,43[m]
h = pierderea de sarcină prin grătar [m]; β = coeficientul de formă al barelor, se alege între 2,42 pentru secţiune dreptunghiulară, şi 1,79 pentru secţiune sferică; s = lăţimea barelor [m] [ m] b = lăţimea interspaţiilor dintre bare [m]; Va = viteaza apei în amonte de grătar [m/s]; θ = unghiul unghiul pe care-l face face grătarul grătarul cu suprafaţa. Chiar în perioadele când grătarul este puternic colmatat, pierderea de sarcină nu trebuie să depăşească 0,75[m], printr-o curăţire regulată, ea trebuie ţinută sub această valoare. Pentru grătarele grătarele cu curăţire curăţire manuală trebuie să se ţină seama în calcule calcule de o pierdere pierdere de sarcină sarcină minimă de 15[cm], ceea ce necesită o atentă supraveghere din partea personalului de exploatare. Pentru grătarele cu curăţire mecanică pierderea de sarcină poate fi ţinută aproape constantă prin automatizarea dispozitivului de curăţire. Pentru o bună funcţionare a grătarului, radierul camerei grătarului are o pantă de cel puţin 0,001. Lăţimea camerei grătarului se stabileşte astfel :
B c
Bc
s + b = ∑b + C ; b
b ∑
Qc = V g max hmax
;
= lăţimea lăţimea camerei camerei grătarului grătarului [m]; 105
b = suma lăţimilor interspaţiilor dintre bare [m]; ∑
C = lăţi lăţime meaa pies piesel elor or de de prin prinde dere re a gră grăta taru rulu luii în per pereţ eţii ii cam camer erei ei [m] [m];; se ia înt între re 0,2 0,255 şi 0,3 [m]; Qc
= debitul de calcul [l/s]
Vg max = viteza maximă a apei prin grătar [m/s]; hmax = adâncimea maximă a apei în faţa grătarului, corespunzătoare vitezei şi debitului maxim [m]. Lăţimile uzuale ale camerei camerei grătarului după normele germane germane sunt: 50; 60; 80; 100; 125; 160; 180; 225; 250, primele valori fiind folosite numai pentru grătare cu curăţire manuală. Secţiunea amonte a camerei grătarului . Condiţia de bază este:
Va = 0,4…0,9[m/s]. Se ia o înălţime maximă de apă, un h verifică condiţia de viteză.
, şi cu acesta se determină lăţimea camerei B c şi se
max
hmax = 0,35[mm], şi B c= 2[m], viteza fiind de 0,9[m/s] . b ∑
Quo max = V h g max
=
0,35
= 1,11 .
0,9 × 0,35
Pentru grătarul ales, lăţimea camerei este : B c
=
s + b b
b ∑
C =1,11 ×
+
0,01
+
0,02
0,02
+ 0,03 = 2 [ m] .
Pe această lăţime vor există un număr de 55 bare × 0,01[m]+56 interspaţii × 0,22 [m]+2 spaţii pentru piesele de prindere × 0,165 = 2[m]. Raza hidraulică a camerei este: R
2 × 0,35
= 2 + 2 × 0,35
0, 41
=
.
Luând o pantă pentru pentru camera grătarului după calculele anterioare, anterioare, viteza apei în amonte de grătar este: V a
=
74 × R 2 / 3
×
I 1 / 2
=
74 × 0,412 / 3
×
0,0011 / 2
=
0,94 [ m / s ] ,
unde I = 0,001 . În concluzie, viteza viteza stabilită îndeplineşte îndeplineşte condiţia de bază. bază. La debitul minim,
Q u o min
= 0,7[dm 3
/ s ] şi la viteza minimă
V a = 0,4[ m / s ]
106
se obţine o înălţime de apă minimă h valoarea razei hidraulice R 2 / 3 valoarea hmin din ecuaţia R =
=
0, 4 74
2hmin 2
, pentru stabilirea căreia se determină în prealabil
min
× 0,031
=
0,174
+ 2hmin = 0,074 074 şi
;
R
hmin
=
0,074
; se determină apoi
= 0,08[m] .
Viteza apei prin interspaţiile grătarului V g g .
Condiţia de bază este
V g
=
0,4... 1[m / s] .
Pentru debitul orar maxim de 350 [dm 3/s] rezultă: Amax V
= 0,35 × 56 × 0,02 = 0,39
g max
= 0,350 = 0,89 0,39
[m / s] .
Pentru debitul minim ( Q u o min Amin min
Vg min
[m 2 ] ;
0,070 [ m 3 / s ] ),
=
= 0,08 × 56 × 0,02 = 0,09 [m ] ; 2
=
0,07 0,09
= 0,077
[m / s] .
Vitezele obţinute se încadrează în limitele admise. Pierderea de sarcină prin grătar: 4/3
s h = β b
V a
2
2 g
sin θ ;
4/3 0,01 0,92 2 sin sin 75 0 = 0,028 h =1,83 0,02 2 × 9,81
[ m] .
Pentru calculele necesare profilului tehnologic al apei, se va considera o pierdere de sarcină de 15[cm]. Cantitatea de reţineri pe grătar depinde de lăţimea interspaţiilor, sistemul de canalizare, provenie provenienţa nţa apelor apelor uzate uzate industria industriale, le, etc. În tabelul tabelul 4 sunt prezentate prezentate cantităţi cantităţile le medii de reţineri pe grătare, ele putând ajunge la valori de 5 ori mai mari. Tabelul.4.2. Cantităţi de reţineri reţineri pe grătare. grătare. Cantitatea de reţineri Lăţime Lăţimeaa inters interspaţ paţiil iilor or între între bare bare [l/om an] la curăţire [mm] Manuală Mecanică 16
5
6
20
4
5
25
3
3,5
107
30
2,5
3
40
2
2,5
50
1,5
2
Analizele făcute asupra reţinerilor au arătat că umiditatea acestora este de 80[%], restul reprezentând substanţe solide. Substanţele minerale reprezintă cca. 13[%], iar cele organice 87[%]. Greutatea specifică a depunerilor este de 750[kg/m 3]. Conform tabelului 4, cantitatea de reţineri este: 2 V r
=
40000 × 5[dm 3 / om × an] = 200000[dm 3 / an] .
Greutatea depunerilor este: Gr
=
3
3
200[ m / an] × 750[kg / m ] = 150000[kg / an]
Fig. 4.14.Dimensionarea grătarelor din staţia de epurare
4.4.2.2. Calculul de dimensionare al deznisipatorului Debitele de calcul şi de verificare în procedeul separativ sunt debitul orar maxim, respectiv debitul orar minim, iar în procedeul unitar de două ori debitul orar maxim, respectiv debitul orar minim. La dimensionarea deznisipatoarelor orizontale vitezele de mişcare a apei pe verticală V s şi de mişcare a apei pe orizontală V o sunt de o mare importanţă.
108
În ceea ce priveşte viteza de sedimentare, tabelul 5 furnizează valorile corespunzătoare diametrului particulelor de formă sferică pentru temperaturi ale apei de 10[°C] într-un bazin cu apa în repaus.
Tabelul 4.3. Vitezele de sedimentare V s [cm/s] în funcţie de diametrul particulelor [mm] Diametrul particulei [mm]
1,0
0,5
0,2
0,1
0,05
0,01
0,005
14,0
7,2
2,3
0,7
0,17
0,008
0,002
4,2
2,1
0,7
0,2
0,04
0,002
0,00004
Materii în suspensie din apele uzate orăşeneşti: 3,4 γ =1,20[kg/dm3]
1,7
0,5
0,08
0,02
0,0008
0,0002
Nisip: γ =2,65 [kg/dm3]
Cărbune: γ =1,50 [kg/dm3]
În general, proiectarea deznisipatoarelor se bazează pe premisa reţinerii particulelor de nisip, cu dimensiuni mai mari de 0,20-0,25[mm] până la dimensiuni de maxim 1[mm]. S-a constatat că dacă 50[%] din particule sau mai mult au dimensiuni mai mici de 0,21[mm] eficienţa deznisipatorului scade. Viteza de mişcare - de deplasare – a apei pe orizontală V o trebuie discutată în paralel cu viteza de antrenare a suspensiilor de pe radierul deznisipatorului, numită viteză critică V cr . Viteza orizontală trebuie să fie mai mică sau egală cu viteza critică, la care apa uzată antrenează suspensiile depuse pe radierul bazinului. Vitezele critice, care pot fi în calcule ca viteze orizontale, stabilite de Camp şi Shiels în [cm/s] sunt date în tabelul 6. Tabelul 4.4. Vitezele critice Vcr [cm/s] în funcţie de diametrul particulelor [mm] Diametrul particulei 1,0 [mm]
0,5
0,2
0,1
0,05
0,01
0,005
41,0
30,0
19,0
13,0
9,0
4,1
3,0
23,0
16,0
10,0
7,0
5,0
2,3
1,6
Materii în suspensie 18,0 din apele uzate orăşeneşti:
13,0
8,0
5,5
4,0
1,8
1,3
Nisip: γ =2,65 [kg/dm3[
Cărbune: γ =1,50 [kg/dm3]
109
γ =1,20[kg/dm3]
Se recomandă a se utiliza în calcule drept viteză orizontală maximă V o=0,30[m/s] pentru debitul orar maxim, şi viteză minimă 0,05[m/s] pentru debitul orar minim.
Secţiunea transversală A tr a deznisipatoarelor: Qc
Atr = V 0 Qc = debitul de calcul al deznisipatorului; Vo = viteza orizontală stabilită anterior. Secţiunea orizontală A o a deznisipatorului rezultă din împărţirea debitului de calcul la viteza de sedimentare; pentru a ţine seama de curenţii care se formează în deznisipator, aceasta trebuie mărită, în care scop se înmulţeşte cu un coeficient α : Ao
= α
Qc V S
.
Coeficientul α se calculează din figura 4.15. α =
V s V s'
Fig. 4.15. Coeficienţi de corecţie pentru dimensionarea deznisipatoarelor
Lungimea deznisipatorului L: L
=α V 0 t ;
t = timpul de rămânere a apei în deznisipator; 110
Timpii de rămânere a apei în deznisipator de 30 - 50[s] şi chiar de 90[s] trebuie avuţi în vedere la proiectare. Imhoff – Fair recomandă ca lăţimile compartimentelor să fie de până la 5,00[m], lungimile de 12,00 – 36,00[m], iar raportul dintre lungime şi lăţime să fie cuprins între 10 şi 15. În general, adâncimile deznisipatoarelor variază între 0,50 şi 2,50[m], ajungând uneori chiar până la 3,00[m] şi mai mult, în acestea fiind inclusă şi înălţimea volumului de nisip, la deznisipatoarele cu curăţire manuală; se recomandă totuşi ca adâncimile să nu depăşească 1,00 – 1,50[m], pentru a nu rezulta lungimi prea mari. Numărul minim al compartimentelor trebuie să fie cel puţin două, exploatarea lor urmând să fie făcută periodic – alternativ; proiectarea unui singur compartiment implică prevederea unui canal de by-pass pentru timp de ploaie. Dacă deznisipatorul epurează apele uzate provenite dintr-un sistem separativ, el poate fu curăţit manual; dacă epurează ape provenite dintr-un sistem unitar, se recomandă să fie prevăzut cu curăţire mecanică. În ceea ce priveşte pierdere de sarcină, în general, este minimă (sub 6 [cm]) în deznisipatoarele de dimensiuni mici, unde nu sunt prevăzute dispozitive pentru menţinerea vitezei constante. Radierul deznisipatoarelor se aşează mai jos ca al canalului de intrare a apei cu 15 45[cm]; el trebuie să fie orizontal, fără denivelări, în care s-ar putea acumula substanţele floculente. În camera de racordare a grătarelor cu deznisipatorul viteza orizontală nu trebuie să coboare sub 0,40[m/s] pentru debitul orar minim. Cantitatea de nisip care poate fi colectată în deznisipator depinde de felul, suprafaţa şi întreţinerea pavajului, condiţii climaterice, intensitatea ploilor, etc. Normativele recomandă a se lua în calcule, pentru sistemul de canalizare unitar, cantităţi de nisip de 0,015 – 0,020[dm 3/om × zi] şi pentru procedeul separativ, 0,005 – 0,01[dm3/om × zi]. Dispozitivele pentru menţinerea vitezei constantă la variaţii de debit, sunt de tipul canalelor cu secţiune îngustată Venturi sau Parshall. Debitul Q care trece printr-un deznisipator a cărui secţiune transversală este o parabolă, este în funcţie de înălţimea h a apei în deznisipator: Q
= kh n ,
unde k şi n sunt constante.
Pentru menţinerea vitezei constantă, lăţimea b a deznisipatorului trebuie aleasă astfel încât: h
Q = kh
n
= V 0 ∫ bdh 0
Această condiţie este satisfăcută când: Pentru n =
3 2
, rezultă:
b=
nk
n −1
.
V 0
b=
3 2
nk n −
1
×
V 0
=
3 2
×
Q hV 0
.
2
Ecuaţia parabolei este, deci:
b 2
=
2 ph
;
unde p este parametrul parabolei.
111
Se alege lăţimea B a canalului Venturi în funcţie de debit (0,6; 0,8; 1,00…) şi se stabileşte raportul de similitudine αe ca fiind raportul dintre lăţimea canalului în natură şi lăţimea canalului în model. Se alege apoi coeficientul de strangulare în funcţie de debit: b
=
b B
;
din care rezultă b, lăţimea canalului în zona strangulată. Din ecuaţiile cunoscute: hnatură = αehmodel; Qnatură = (αe)5/2Qmodel, Rezultă Qmodel, şi cu acesta rezultă h aval model şi h amonte model. Se calculează apoi h natură amonte şi aval. În continuare cu următoarele ecuaţii se stabilesc celelalte dimensiuni ale canalului strangulat: e
=
B
−b
2
; CE = B ;
2
R 1 =
C
E +
e
2
2e
;
R 2 = 1.66 R 1; CD =
1 3
B; CF =
13 6
B.
Debitmetrul Venturi trebuie amplasat pe un canal, în aliniament, care în amonte trebuie să aibă o lungime de 6,00 – 16,00[m], iar în aval 10,00 – 15,00[m].
Calculul deznisipatorului Se dimensionează deznisipatorul orizontal cu curăţire mecanică la care se cunosc: dimensiunea granulelor 0,2[mm] şi gradul de îndepărtare al suspensiilor 85[%]. 13.
Debitul de dimensionare al deznisipatorului este:
Qc = 2 Qo max = 2 14.
×
350 = 700 [dm 3/s]
Se proiectează 3 compartimente cu secţiune parabolică, care vor trebui să
prelucreze fiecare un debit de 233[dm 3/s]. Qc 15.
Secţiunea transversală Atr deznisipatorului este: Atr = V 0
Pentru o viteză orizontală de 0,19[m/s], conform tabelului 2.5, corespunzătoare dimensiunii granulelor de 0,2[mm], deci: Atr
=
0, 233 0,19
=1, 22 [
m2 ].
Dacă se ia înălţimea parabolei h 0 =1.10m, lăţimea parabolei este: 112
B
=3
Atr
= 3×
2 h0
16. Secţiunea
1, 22 2
× 1,10
1,66 [ m]
=
orizontală, lungimea şi timpul de traversare se determină pentru
dimensiunea granulelor de0,20[mm], raportul V s/V's = 1,90. A0
=
α
Qc V S
=1,90 ×
0,233
=19 , 24 [
0,023
Lungimea deznisipatorului:
L
=
t =
Timpul de traversare:
m2 ];
A0 b
=
19 ,24 1,30
L 14 ,80 = 0,19 V 0
14 ,80 [ m ]
=
= 78′′
5. Volumul unui compartiment este:
V0 =1,22
×
14,80 =18,06[m3].
Volumul de nisip colectat: Vn = 50 000 [loc] × 6[dm3/loc
×
an] = 300[m 3/an]
2
b = 2ph . 0 2
Pentru determinarea parametrului p se dau pentru b şi h0 valori limită, pentru b = 1,66[m], iar pentru h0 = 1,10[m]; rezultă: 2
1,66 = 2p 2
×
1,10 şi p = 0,30.
Ecuaţia parabolei, va fi : 2
b = 2 2
×
0,30 h0,
dând diferite valori pentru b şi h 0 se poate trasa parabola. 7. Se proiectează un singur canal Venturi cu radier orizontal pentru toate trei compartimentele. Se alege lăţimea canalului B = 0,80[m]. Raportul de similitudine:
α
=
0,8 0,30175
=
2,65
;
coeficientul de strangulare este:
=
b B
0, 4 ;
=
b = 0,40
×
0,80 = 0,32[m]. 113
4.4.2.3. Calculul de dimensionare al decantorului (utilajul principal) Bazele proiectării decantoarelor Proiectarea decantoarelor depinde de numeroşi factori, dintre aceştia cei mai importanţi fiind: natura particulelor ce trebuie îndepărtate şi scopul bazinului (decantor pentru epurarea mecanică a apelor, decantor secundar după filtre biologice şi bazine cu nămol activ, etc.). Dacă la deznisipatoare parametrul principal de dimensionare este încărcarea superficială, la decantoare este important timpul de vărsare. Timpul de decantare t d de rămânere a apei uzate în decantoare trebuie să fie de 1,5[h] pentru apele uzate ce conţin o cantitate de suspensii mai mare de 200[mg/dm 3], şi de 1[h] pentru cantităţi mai mici. Literatura germană recomandă timpii de decantare din tabelul 7: Tabelul 4.5. Timpi de decantare t d [h] Tipul staţiei de epurare Staţia are numai epurare mecanică După instalaţiile de coagulare La staţii cu filtre biologice La staţii cu bazine cu nămol activ
Decantoare primare Decantoare secundare La debit La debit La debit pe La debit pe maxim pe timp maxim pe timp timp uscat timp uscat de ploaie de ploaie 1,7-2,5
0,3-0,5
-
-
1,5-0,8 1,7-2,5 0,5-1,0
0,3-0,5 0,3-0,5 0,3-0,5
1,5-2,0 1,5-2,0 2,0-3,5
0,8-1,0 1,8-1,0 1,0-1,7
Debitul de calcul – debitul de timp uscat al staţiei de epurare este
1 18
×Q
zi med
(după
literatura germană). Literatura americană „ Standardul celor 10 state S.U.A” recomandă datele din tabelul 8: Tabelul 4.6. Timpi de decantare t d[h] Adâncimi medii ale bazinului [m] Încărcarea superficială [m/h] 2,00
2,50
3,00
1,00
2,00
2,50
3,00
1,40
1,60
1,80
2,25
1,70
1,25
1,40
1,75
Debitul de calcul al staţiilor de epurare este de obicei debitul zilnic mediu. Aceeaşi literatură americană recomandă ca timpul de rămânere al apei în bazin de 2[h] să se reducă sau să se mărească în conformitate cu recomandările date în continuare: 114
Timpul mediu de 2[h] se reduce: -
la 1[h] când apele uzate după decantare sunt folosite la irigaţii;
-
la ½[h] când apele uzate au concentraţii în materii în suspensie de maxim 200
[mg/dm3 şi sunt tratate biologic în bazine cu nămol activ; -
la ½[h] când apele uzate au fost trate prealabil cu coagulanţi;
-
la 1[h] când apele uzate meteorice amestecate cu alte ape uzate urmează a fi
tratate mecanic. Mărirea timpului mediu de 2[h] se face când: -
decantarea primară singură trebuie să conducă la o reducere importantă a CBO 5
şi a substanţelor in suspensie – un timp de decantare de până la 3 ½ h poate reţine şi suspensiile fine care contribuie la menţinerea unui CBO 5 ridicat; -
decantoarele primesc ape uzate industriale care conţin substanţe bactericide.
Fermentarea în aceste condiţii este practic imposibilă şi drept urmare nămolul nu trebuie să fie evacuat imediat, deoarece rămânerea lui un timp mai îndelungat în decantoare poate conduce la îngroşarea lui, necesitând pentru aceasta volume mai mari pentru înmagazinare în decantoare; -
apele uzate industriale cu conţinut mare de substanţe toxice sau ape calde
amestecate cu ape uzate menajere au nevoie de un timp de contact mai mare (peste 2h), pentru o mai bună decantare; -
cantităţi mari de apă de ploaie trec prin bazinul de decantare, de exemplu,
dublul debitului pe timp uscat. Imhoff recomandă pentru ape uzate orăşeneşti: -
un timp de decantare de 1 ½ [h], atunci când adâncimea decantorului este de
aproximativ 2[m]; -
3[h] când staţia de epurare are numai epurare mecanică;
-
supraîncărcări pe timp de ploaie până la cantităţi duble faţă de debitul pe timp
uscat sunt admisibile. Încărcarea superficială [m 3/m2h] sau viteza de sedimentare u [m/h] este de asemenea un parametru important în dimensionarea decantoarelor. Viteza de sedimentare, în funcţie de reducerea suspensiilor în decantor şi de concentraţia lor iniţială sunt arătate în tabelul 9:
115
Tabelul 4.7. Viteze de sedimentare în decantoare. Viteze de sedimentare u[m/h] Reducerea suspensiilor în decantor [%] C
≤ 200
200
≤C ≤300
C
≥300
40-45
2,3
2,7
3,0
45-50
1,8
2,3
2,6
50-55
1,2
1,5
1,9
55-60
0,7
1,1
1,5
„Standardul celor 10 state din S.U.A” prevede pentru: -
decantoare primare care nu sunt urmate de instalaţii de epurare biologică şi care
nu prelucrează debite mai mari de 3785[m 3/zi], o încărcare superficială de 1[m/h] ; -
pentru decantoarele primare urmate de instalaţii de epurare biologică încărcarea
maximă este de 1,7[m/s]; -
decantoarele secundare urmând filtrelor biologice de mică încărcare,
u=1,7[m/h]; filtrelor biologice de mare încărcare, u=1,4[m/h]; bazinelor cu nămol activ cu debite peste 7570[m 3/zi], u= 1,7[m/h]; bazinelor cu nămol activ cu debite sub 7570[m 3/zi], u= 1,4[m/h]. Literatura germană furnizează următoarele date: Tabelul 4.8. Încărcarea superficială a decantoarelor u [m/h]1). Decantoare primare Tipul staţiei de epurare
La debit timp uscat
pe
Decantoare secundare
La debit maxim La debit pe timp de timp uscat ploaie
pe
La debit maxim pe timp de ploaie
Staţia are numai epurare mecanică
1,5 - 0,8
6-4
-
-
După instalaţiile de coagulare
4,0 – 2,5
6-4
1,5 - 1,0
2,5 - 2,0
La staţii cu filtre biologice
1,5 – 0,8
6-4
1,5 - 1,0
2,5 - 2,0
La staţii cu bazine cu nămol activ
4,0 - 2,5
6-4
*
*
116
1)încărcarea superficială a decantoarelor verticale se măreşte cu 20% faţă de datele din tabel datorită filtrului de suspensii care se formează în aceste decantoare, şi care conduce la eficienţe mai mari. * Problema dimensionării decantoarelor secundare amplasate după bazinele cu nămol activ este mai complicată decât a celorlalte, deoarece depinde de cantitatea şi concentraţia de nămol în exces şi de recirculare, de indicele nămolului, etc. Încărcarea cu materii solide în suspensie a decantoarelor primare nu constituie un parametru important pentru dimensionarea acestora, deoarece în general nu influenţează eficienţa lor.
Proiectarea decantoarelor Debitele de dimensionare şi verificare a decantoarelor radiale sunt atât pentru canalizările în sistem separativ, cât şi pentru cele în sistem unitar; verificarea se face la debitul orar maxim pentru canalizările în sistem separativ, şi la de două ori debitul orar maxim pentru canalizările în sistem unitar. Dimensiunile uzuale sunt date în tabelul de mai jos: Tabelul 4.9 . Elementele geometrice ale decantoarelor radiale. Elemente geometrice
Dimensiuni [m]
d1
8
0
2
5
8
0
2
5
0
d2
3.0 : 4.0
4.0 : 6.0
cmin
0,2
0,2
0,4
k 1 max
1,0
1,5
2,04
h8
0,3…1,0
nmin
0,2
Suprafaţa orizontală a decan-torului [m2]
01
hu
Volumul decantorului [m3]
1,2
241
305
1,4
281
1,6
254
14
5
0
80
91
16
07
04
62
257
590
964
375
456
589
739
848
964
1154
1508
1908
2356
355
440
532
687
862
989
1125
1346
1760
2260
2750
322
406
502
608
785
985
1131
1286
1539
2011
2544
3142
1,8
362
457
565
684
883
1108
1272
1447
1731
2262
2862
3535
2,0
402
508
628
760
982
1232
1414
1608
1924
2514
3180
3928
2,2
442
558
690
836
1080
1355
1555
1768
2116
2765
3498
4320
2,5
502
635
785
950
1227
1540
1767
2010
2405
3142
3975
4910
2,8
711
879
1001
1374
1724
1980
2201
2003
3520
4452
5500
3,0
762
942
1140
1473
1848
2121
2442
2336
3771
4770
5892
117
3,2
1005
3,6
1216
1571
1971
2262
2572
3076
4022
5088
6284
1368
1767
2217
2545
2894
3463
4525
5724
7070
1964
2404
2828
3216
3848
5028
6360
7856
4,0
Debitul de dimensionare este Qc =290 [dm3/s];
Vdec = Qctd = 0,290
Volumul decantorului:
×
1,70 =1774,8[m 3];
Qc = debitul de calcul (Q zi max); td = timpul de decantare, conform tabelului 7. Secţiunea orizontală: A0 =
Qc u
=
0,290 1,50
×3600
= 696[m2];
în care u este încărcarea superficială conform tabelului 2.8. Înălţimea utilă a spaţiului de decantare: hu = utd = 1,5
×
1,7 = 2,55[m].
Cu aceste date se intră în tabelul 7.13 şi se stabilesc dimensiunile principale d 1, d2, h, A0 şi Vdec respectiv numărul de decantoare, verificând în acelaşi timp relaţiile: 6
≤
15
d 1 hu
≤ 10, pentru decantoare cu diametrul de 16 – 30[m];
d 1
≤ h ≤ 20, pentru decantoare cu diametrul de 30 – 50 [m]; u
20
≤
d 1 hu
≤ 25, pentru cazul apelor uzate cu cantităţi mari de materii organice.
Se iau două decantoare, fiecare cu d 1=20[m]; hu=2,80[m]; Vdec = 879 [m3]; A0 = 314 [m2]; d2 = 3,00 [m]. Se determină raportul
d 1 hu
=
20,00 2,80
= 7,18 deci se respectă relaţia de mai sus, valoarea
raportului fiind cuprinsă între 6 şi 10. Se verifică apoi încărcarea deversorului de la ieşirea apei decantate. Încărcarea deversorului de pe jgheabul de colectare a apei decantate este: 118
Qd =
0,145 ×
86400 24
× 3,14 × ( 20 − 2 × 0,60 ) = 8,80 [m/h × ml],
admisibil conform recomandărilor. Volumul de nămol depus într-o zi se determină cu ecuaţia următoare: r
100
Vd= γ n CQzimax 100
−
p
=
0,55 1200
× 0,350 × 0,290 ×86400 ×
100 100
− 95
= 80 ,40
[m3/zi];
respectiv 40,00[m 3/zi] pentru un decantor. r = procentul de reducere al suspensiilor; = greutatea specifică a nămolului cu 1,10 -1,20[t/m 3], pentru o umiditate a nămolului de 95[%]; γ n
p = umiditatea nămolurilor decantate, aproximativ 95[%]; C = concentraţia iniţială a depunerilor.
Tabelul 4.10.. Debite de nămol în staţiile de epurare. Tipul instalaţiilor
Materii solide totale Conţinutul în apă Cantitatea de nămol [%] [%] [dm3/loc zi]
Epurare mecanică 1) Nămol din 2,5 decantoare 2) Nămol fermentat, 13,0 umed 3) Nămol fermentat, 45,0 uscat în aer liber
97,5
2,16
87,0
0,26
55,0
0,13
Încărcări Epurarea mecano – biologică 4) Nămol din decantoarele secundare 5) Nămol din decantoarele principale secundare amestecat 6) Idem 5) fermentat 7) Idem 5) fermentat, uscat în aer liber Bazine cu nămol activ
Mică
Mare
Mică
Mare
Mică
Mare
8,0
5,0
92,0
95,0
0,16
0,40
5,5 şi
5,0
94,5
95,0
1,22
1,48
10,0
10,0
90,0
90,0
0,43
0,48
45,0
45,0
55,0
55,0
0,17
0,19
119
8) Nămol decantoarele secundare 9) Idem 5) 10) Idem 6)
din 0,7
1,5
99,3
97,5
4,43
1,67
4,5 7,0
4,5 10,0
95,5 93,0
95,5 90,0
1,87 0,79
1,75 0,52
Se determină volumul pâlniei de nămol şi se stabilesc condiţiile de evacuare a nămolului (perioade, diametru, conducte, etc.). Se stabilesc apoi dimensiunile jgheabului de colectare a apelor decantate, vitezele minime în acestea fiind de 0,7[m/s]. Se dimensionează deversorul de evacuare a apei decantate. Volumul pâlniei de nămol este: V p =
1 3
×
(3,14
×
3,0
×
1,52 – 3,14
×
1,00
×
0,252) = 7,0[m3].
Jgheabul de colectare a apei decantate se dimensionează la 2Q o max, deci debitul pentru decantor este de 0,350 [dm 3/s]. Dacă se ia o înălţime de jgheab de 0,6[m], lungimea jgheabului:
L=2
×
3,14 (10,00 – 0,60) = 59,00 [m],
debitul este de 0,006 [m 3/s]; viteza minimă în jgheab fiind de 0,70[m/s], rezultă următoarea suprafaţă a jgheabului în secţiunea 1-1 : A j 1 =
0,350 2
×
0,70 = 0,25[m 2],
iar înălţimea apei în jgheab:
h j 1 =
R=
0,60
= 0,42 [m];
V = 74 R 2/3I1/2.
Panta jgheabului rezultă din ecuaţia : Raza hidraulică:
0, 25
0,25 2 ×0,42 + 0,60
= 0,174 şi I1/2 = 0,0009;
În consecinţă, în secţiunea 3-3 radierul jgheabului trebuie să fie mai ridicat decât în secţiunea 1-1 cu h' = (
1 2
×
59)
×
0.0009 = 0,0265 [m]; în secţiunea 2-2 lăţimea
jgheabului, de asemenea pentru o viteză de 0,70 [m/s] şi o înălţime a apei de 0,42 [m], rezultă: 0,350
b j = 0,70 ×0,42 = 1,20 [m].
Se determină adâncimea decantorului la perete şi la centru: la perete: H p =hu+hs; 120
la centru : Hc =hu+hn+h p+hs,, în care hn este înălţimea pâlniei de nămol, iar h p – diferenţa de înălţime datorată pantei. Înălţimea decantoarelor la perete:
H p = hu + hs = 2,80 + 0,30 = 3,10[m] iar la centru: Hc = hu + hn+ h p + hs = 2,80 + 2,00 +10
×
1 15
+ 0,30 =5,80 [m]
4.4.2.4. Probleme de coroziune si sau alegerea a materialeleor de constructie. Coroziunea galvanică a cuplului oţel inoxidabil 316L / TiAlV a fost studiată prin măsurători electrochimice. Din măsurători potenţiostatice s-a observat o deplasare a potenţialului critic de pitting (Ecp) în direcţie negativă. Rezistenţa de polarizare (Rp,cuplu) a fost de aproximativ 5 ori mai mică în cazul oţelului cuplat, iar curentul de coroziune, determinat din diagramele Tafel, a avut valoarea de 1,1 μA/cm2. Deoarece aliajul de TiAlV potenţează activitatea oţelului inoxidabil 316L, se recomandă ca acest cuplu să nu fie utilizat pentru bioimplanturi în organismul uman. Studiu privind acţiunea anticorozivă a tufului vulcanic zeolitic în staţiile de epurare a apelor uzate În această lucrare este prezentată acţiunea tufului vulcanic zeolitic, ce conţine clinoptilolit, asupra echipamentelor metalice dintr-o staţie de epurare a apelor uzate din punctul de vedere al coroziunii. Tuful vulcanic zeolitic poate fi folosit în treapta biologică a instalaţiilor de epurare pentru îmbunătăţirea capacităţii de biodegradare a nămolului activ. Acest tuf are proprietatea de a reduce substanţele organice prin adsorbţie, de a creşte capacitatea de sedimentare a nămolului activ în decantoare, dar la fel de bine ar putea avea proprietatea de a scădea acţiunea corosivă a apei uzate asupra conductelor şi utilajelor dinamice, precum rotorii pompelor sau podurile racloare ale decantoarelor secundare. Experimentele au fost efectuate prin metoda pierderii în greutate, folosind eşantioane metalice, care au fost ţinute diferite periode de timp în ape uzate atât fără cât şi cu adaos de tuf zeolitic, simulând condiţiile din treapta biologică. Rezultatele au fost ilustrate grafic. Diferenţe semnificative între comportarea anodică a oţelulului inoxidabil 18Cr-10Ni şi nichelului în soluţii apoase 10–80% HCOOH Rezumat: Curbe anodice potenţiostatice pe oţel inoxidabil 18Cr-10Ni şi nichel au fost trasate în soluţii apoase de 10, 20, 40, 60 şi 80% HCOOH, la temperatura camerei. Oţelul inoxidabil este activ în toate soluţiile de acid formic şi trece în stare pasivă prin polarizarea anodică, prezentând un domeniu extins de pasivitate stabilă (960 mV), deplasat spre valori mai pozitive de potenţial odată cu creşterea concentraţiei soluţiilor de acid formic. Oxidarea anodică a acidului formic are loc doar în regiunea transpasivă, simultan cu degajarea oxigenului. După polarizarea anodică, oţelul inoxidabil şi-a păstrat culoarea şi 121
luciul metalic. Nichelul prezintă efect catalitic pentru reacţia de oxidare a acidului formic. Curbele de polarizare prezintă unde anodice, care se extind pe tot domeniul pasiv al nichelului, având curenţii maximi cu două ordine de mărime mai mari decât cei obţinuţi pe oţel inoxidabil, în aceleaşi soluţii. După polarizare, suprafaţa nichelului a prezentat modificări vizibile, ca pitting, fisuri şi pierderea luciului metalic. Pe suprafaţa nichelului, se admite că au loc reacţii succesive/ simultane şi concurente, care duc la dizolvarea/pasivarea nichelului şi oxidarea acidului formic. Cuvinte cheie: oţel inoxidabil, nichel Acţiunea inhibitoare a unor compuşi organici de adsorbţie asupra coroziunii aluminiului în medii acide Rezumat: Doi surfactanţi organici: dodecil sulfat de sodiu (SDS) şi respectiv dodecil benzen sulfonat de sodiu (SDBS) au fost studiaţi ca inhibitori pentru coroziunea aluminiului în soluţii apoase de acid clorhidric folosind polarizarea electrochimică şi spectroscopia electrochimică de impedanţă (EIS). S-a studiat, de asemenea, influenţa concentraţiei de inhibitor asupra eficienţei anticorozive a acestora. La valori mici ale supratensiunii, procesul de dizolvare este controlat de activare, în timp ce la valori mai mari ale supratensiunii procesul de dizolvare este controlat de difuzie. Viteza de coroziune scade cu creşterea concentraţiei de inhibitor. La valori ale concentraţiilor celor doi surfactanţi mai mici decât concentraţia critică micelară (CMC) efectul de inhibare este neglijabil. La concentraţii mai mari decât CMC efectul de inhibare creşte rapid cu creşterea concentraţiei surfactantului până la o valoare limită. Inhibarea procesului de dizolvare în prezenţa surfactanţilor poate fi explicată prin adsorbţia acestora în zonele active ale suprafeţei. În cazul nostru, presupunem că inhibitorii de acest tip sunt puternic adsorbiţi la suprafaţa metalului, având loc formarea unui film protector, iar reacţia dintre metal şi soluţia corozivă poate avea loc numai prin difuzia anionilor mediului agresiv prin porii fini ai filmului protector. Măsurătorile EIS au fost realizate pe electrodul de aluminiu în soluţii 0.5M HCl în absenţa şi prezenţa celor doi surfactanţi în diferite condiţii (timp de imersare şi concentraţie de surfactant). Acoperiri compozite cu proprietăţi anticorozive îmbunătăţite obţinute prin co-electrodepunerea cuprului cu nanoparticule de Al2O3 Rezumat: În lucrarea de faţă, sunt prezentate rezultate referitoare la comportarea la coroziune a unor acoperiri compozite obţinute prin co-electrodepunerea cuprului cu nanoparticule de Al2O3, pe un electrod din oţel OL 37, dintr-o baie acidă de sulfat de cupru. Comportarea la coroziune a acestor acoperiri compozite de cupru s-a investigat în soluţii de Na2SO4 (pH 3). Studiile de coroziune au fost efectuate prin măsurători de potenţial de circuit deschis, prin spectroscopie de impedanţă electrochimică şi prin voltametrie hidrodinamică. Interpretarea cantitativă a rezultatelor obţinute a dus la concluzia că nanoparticulele de oxid de aluminu încorporate în cuprul electrodepus au mărit rezistenţa la coroziune a depozitelor compozite de 1.32 ori în comparaţie cu depozitele de cupru pur.
Dizolvarea zincului ca proces de coroziune Rezumat: În acest studiu s-a investigat posibilitatea dizolvării accelerate a zincului metalic în acid sulfuric prin introducerea unui catod de cupru, în care hidrogenul degajat este mult mai uşor decât zincul. S-a constatat că accelerarea dizolvării zincului este 122
posibilă şi, la o suprafaţă constantă a catodului de cupru, depinde de contactul intim între electrodul de cupru şi zinc.
4.5. Utilitati si energie Functie de utilizarea care se da apei se deosebesc mai multe categorii: apa tehnologica, apa de racire, apa potabila, apa de incendiu, apa de incalzire.
Apa Apa ca agent de incalzire poate fi : apa calda cu temperatura pana la 90 °C; apa fierbinte, sub presiune, pana la temperatura de 130 – 150 °C. Apa este un agent termic cu capacitate calorica mare, usor de procurat. Pentru incalzire, se prefera apa dedurizata in scopul evitarii depunerilor de piatra.
Aburul Aburul este cel mai utilizat agent de incalzire si poate fi: abur umed; abur saturat; abur supraincalzit. Aburul umed contine picaturi de apa si rezulta de la turbioanele cu contra presiune sau din operatiile de evaporare, ca produs secundar. Este cunoscut sub denumirea de abur mort. Aburul saturat este frecvent folosit ca agent de incalzire, avand caldura latenta de condensare mare si coeficienti individuali de transfer de caldura mari. Temperatura aburului saturat poate fi reglata usor prin modificarea presiunii. Incalzirea cu abur se poate realiza direct, prin barbotare, sau indirect, prin intermediul unei suprafete ce separa cele doua fluide. Aburul supraincalzit cedeaza, in prima faza, caldura sensibila de racire, pana la atingerea temperaturii de saturatie, cand coeficientul individual de transfer de caldura este mai mic si apoi caldura latenta prin condensare. Energia electrica Aceasta reprezinta una din formele cele mai folosite datorita usurintei de transport la distante mari si la punctele de consum si randamentelor mari cu care poate fi transformata in energie mecanica, termica sau luminoasa. Energia electrica transformata in energie mecanica este utilizata la actionarea motoarelor cu care sunt dotate diversele utilaje. Energia electrica este folosita si la incalzire, prin transformare in caldura, folosind mai multe tehnici: - trecerea curentului prin rezistente electrice; - transformarea energiei electrice in radiatii infrarosii; - folosirea curentilor de inalta frecventa, medie si mica; - folosirea pierderilor dielectrice; 123
- incalzirea prin arc electric. Avantajul incalzirii electrice consta in reglarea usoara a aparaturii, posibilitatea generarii caldurii intr-un punct, introducerea unei cantitati mari de caldura intr- un volum mic, realizarea unei incalziri directe, fara impurificarea mediului si la orice presiune. Dezavantajul utilizarii energiei electrice il costituie costul ridicat si impunerea unor masuri speciale de protectia muncii.
Aerul comprimat Aerul comprimat poate fi utilizat in urmatoarele scopuri: - ca purtator de energie (pentru actionarea aparatelor de masura si de reglare, in atelierul mecanic); - pentru amestecare pneumatica; - pentru diferite scopuri(curatirea utilajelor, uscare, etc).
4.5.1. Operarea instalatiei de epurare Pentru debitul minim ( Q u o min Amin
Vg min
0,070 [ m 3 / s ] ),
=
= 0,08 × 56 × 0,02 = 0,09 [m ] ; 2
=
0,07 0,09
= 0,077
[m / s] .
Vitezele obţinute se încadrează în limitele admise. Pierderea de sarcină prin grătar: 4/3
s h = β b
V a
2
2 g
sin θ ;
4/3 0,01 0,92 2 h =1,83 sin 75 0 = 0,028 0,02 2 × 9,81
[ m] .
Pentru calculele necesare profilului tehnologic al apei, se va considera o pierdere de sarcină de 15[cm]. Cantitatea de reţineri pe grătar depinde de lăţimea interspaţiilor, sistemul de canalizare, provenienţa apelor uzate industriale, etc. În tabelul 4 sunt prezentate cantităţile medii de reţineri pe grătare, ele putând ajunge la valori de 5 ori mai mari. Tabelul.4.2. Cantităţi de reţineri pe grătare. Cantitatea de reţineri Lăţimea interspaţiilor între bare [l/om an] la curăţire [mm] Manuală Mecanică 16
5
6
20
4
5
25
3
3,5
124
30
2,5
3
40
2
2,5
50
1,5
2
Analizele făcute asupra reţinerilor au arătat că umiditatea acestora este de 80[%], restul reprezentând substanţe solide. Substanţele minerale reprezintă cca. 13[%], iar cele organice 87[%]. Greutatea specifică a depunerilor este de 750[kg/m 3]. Conform tabelului 4, cantitatea de reţineri este: 2 V r
=
40000 × 5[dm 3 / om × an] = 200000[dm 3 / an] .
Greutatea depunerilor este: Gr
=
3
3
200[ m / an] × 750[kg / m ] = 150000[kg / an]
Fig. 4.14.Dimensionarea grătarelor din staţia de epurare
4.4.2.2. Calculul de dimensionare al deznisipatorului Debitele de calcul şi de verificare în procedeul separativ sunt debitul orar maxim, respectiv debitul orar minim, iar în procedeul unitar de două ori debitul orar maxim, respectiv debitul orar minim. La dimensionarea deznisipatoarelor orizontale vitezele de mişcare a apei pe verticală V s şi de mişcare a apei pe orizontală V o sunt de o mare importanţă. 125
În ceea ce priveşte viteza de sedimentare, tabelul 5 furnizează valorile corespunzătoare diametrului particulelor de formă sferică pentru temperaturi ale apei de 10[°C] într-un bazin cu apa în repaus.
Tabelul 4.3. Vitezele de sedimentare V s [cm/s] în funcţie de diametrul particulelor [mm] Diametrul particulei [mm]
1,0
0,5
0,2
0,1
0,05
0,01
0,005
14,0
7,2
2,3
0,7
0,17
0,008
0,002
4,2
2,1
0,7
0,2
0,04
0,002
0,00004
Materii în suspensie din apele uzate orăşeneşti: 3,4 γ =1,20[kg/dm3]
1,7
0,5
0,08
0,02
0,0008
0,0002
Nisip: γ =2,65 [kg/dm3]
Cărbune: γ =1,50 [kg/dm3]
În general, proiectarea deznisipatoarelor se bazează pe premisa reţinerii particulelor de nisip, cu dimensiuni mai mari de 0,20-0,25[mm] până la dimensiuni de maxim 1[mm]. S-a constatat că dacă 50[%] din particule sau mai mult au dimensiuni mai mici de 0,21[mm] eficienţa deznisipatorului scade. Viteza de mişcare - de deplasare – a apei pe orizontală V o trebuie discutată în paralel cu viteza de antrenare a suspensiilor de pe radierul deznisipatorului, numită viteză critică V cr . Viteza orizontală trebuie să fie mai mică sau egală cu viteza critică, la care apa uzată antrenează suspensiile depuse pe radierul bazinului. Vitezele critice, care pot fi în calcule ca viteze orizontale, stabilite de Camp şi Shiels în [cm/s] sunt date în tabelul 6. Tabelul 4.4. Vitezele critice Vcr [cm/s] în funcţie de diametrul particulelor [mm] Diametrul particulei 1,0 [mm]
0,5
0,2
0,1
0,05
0,01
0,005
41,0
30,0
19,0
13,0
9,0
4,1
3,0
23,0
16,0
10,0
7,0
5,0
2,3
1,6
Materii în suspensie 18,0 din apele uzate orăşeneşti:
13,0
8,0
5,5
4,0
1,8
1,3
Nisip: γ =2,65 [kg/dm3[
Cărbune: γ =1,50 [kg/dm3]
126
γ =1,20[kg/dm3]
Se recomandă a se utiliza în calcule drept viteză orizontală maximă V o=0,30[m/s] pentru debitul orar maxim, şi viteză minimă 0,05[m/s] pentru debitul orar minim.
Secţiunea transversală A tr a deznisipatoarelor: Qc
Atr = V 0 Qc = debitul de calcul al deznisipatorului; Vo = viteza orizontală stabilită anterior. Secţiunea orizontală A o a deznisipatorului rezultă din împărţirea debitului de calcul la viteza de sedimentare; pentru a ţine seama de curenţii care se formează în deznisipator, aceasta trebuie mărită, în care scop se înmulţeşte cu un coeficient α : Ao
= α
Qc V S
.
Coeficientul α se calculează din figura 4.15. α =
V s V s'
Fig. 4.15. Coeficienţi de corecţie pentru dimensionarea deznisipatoarelor
Lungimea deznisipatorului L: L
=α V 0 t ;
t = timpul de rămânere a apei în deznisipator; 127
Timpii de rămânere a apei în deznisipator de 30 - 50[s] şi chiar de 90[s] trebuie avuţi în vedere la proiectare. Imhoff – Fair recomandă ca lăţimile compartimentelor să fie de până la 5,00[m], lungimile de 12,00 – 36,00[m], iar raportul dintre lungime şi lăţime să fie cuprins între 10 şi 15. În general, adâncimile deznisipatoarelor variază între 0,50 şi 2,50[m], ajungând uneori chiar până la 3,00[m] şi mai mult, în acestea fiind inclusă şi înălţimea volumului de nisip, la deznisipatoarele cu curăţire manuală; se recomandă totuşi ca adâncimile să nu depăşească 1,00 – 1,50[m], pentru a nu rezulta lungimi prea mari. Numărul minim al compartimentelor trebuie să fie cel puţin două, exploatarea lor urmând să fie făcută periodic – alternativ; proiectarea unui singur compartiment implică prevederea unui canal de by-pass pentru timp de ploaie. Dacă deznisipatorul epurează apele uzate provenite dintr-un sistem separativ, el poate fu curăţit manual; dacă epurează ape provenite dintr-un sistem unitar, se recomandă să fie prevăzut cu curăţire mecanică. În ceea ce priveşte pierdere de sarcină, în general, este minimă (sub 6 [cm]) în deznisipatoarele de dimensiuni mici, unde nu sunt prevăzute dispozitive pentru menţinerea vitezei constante. Radierul deznisipatoarelor se aşează mai jos ca al canalului de intrare a apei cu 15 45[cm]; el trebuie să fie orizontal, fără denivelări, în care s-ar putea acumula substanţele floculente. În camera de racordare a grătarelor cu deznisipatorul viteza orizontală nu trebuie să coboare sub 0,40[m/s] pentru debitul orar minim. Cantitatea de nisip care poate fi colectată în deznisipator depinde de felul, suprafaţa şi întreţinerea pavajului, condiţii climaterice, intensitatea ploilor, etc. Normativele recomandă a se lua în calcule, pentru sistemul de canalizare unitar, cantităţi de nisip de 0,015 – 0,020[dm 3/om × zi] şi pentru procedeul separativ, 0,005 – 0,01[dm3/om × zi]. Dispozitivele pentru menţinerea vitezei constantă la variaţii de debit, sunt de tipul canalelor cu secţiune îngustată Venturi sau Parshall. Debitul Q care trece printr-un deznisipator a cărui secţiune transversală este o parabolă, este în funcţie de înălţimea h a apei în deznisipator: Q
= kh n ,
unde k şi n sunt constante.
Pentru menţinerea vitezei constantă, lăţimea b a deznisipatorului trebuie aleasă astfel încât: h
Q = kh
n
= V 0 ∫ bdh 0
Această condiţie este satisfăcută când: Pentru n =
3 2
, rezultă:
b=
nk
n −1
.
V 0
b=
3 2
nk n −
1
×
V 0
=
3 2
×
Q hV 0
.
2
Ecuaţia parabolei este, deci:
b 2
=
2 ph
;
unde p este parametrul parabolei.
128
Se alege lăţimea B a canalului Venturi în funcţie de debit (0,6; 0,8; 1,00…) şi se stabileşte raportul de similitudine αe ca fiind raportul dintre lăţimea canalului în natură şi lăţimea canalului în model. Se alege apoi coeficientul de strangulare în funcţie de debit: b
=
b B
;
din care rezultă b, lăţimea canalului în zona strangulată. Din ecuaţiile cunoscute: hnatură = αehmodel; Qnatură = (αe)5/2Qmodel, Rezultă Qmodel, şi cu acesta rezultă h aval model şi h amonte model. Se calculează apoi h natură amonte şi aval. În continuare cu următoarele ecuaţii se stabilesc celelalte dimensiuni ale canalului strangulat: e
=
B
−b
2
; CE = B ;
2
R 1 =
C
E +
e
2
2e
;
R 2 = 1.66 R 1; CD =
1 3
B; CF =
13 6
B.
Debitmetrul Venturi trebuie amplasat pe un canal, în aliniament, care în amonte trebuie să aibă o lungime de 6,00 – 16,00[m], iar în aval 10,00 – 15,00[m].
Calculul deznisipatorului Se dimensionează deznisipatorul orizontal cu curăţire mecanică la care se cunosc: dimensiunea granulelor 0,2[mm] şi gradul de îndepărtare al suspensiilor 85[%]. 17.
Debitul de dimensionare al deznisipatorului este:
Qc = 2 Qo max = 2 18.
×
350 = 700 [dm 3/s]
Se proiectează 3 compartimente cu secţiune parabolică, care vor trebui să
prelucreze fiecare un debit de 233[dm 3/s]. Qc 19.
Secţiunea transversală Atr deznisipatorului este: Atr = V 0
Pentru o viteză orizontală de 0,19[m/s], conform tabelului 2.5, corespunzătoare dimensiunii granulelor de 0,2[mm], deci: Atr
=
0, 233 0,19
=1, 22 [
m2 ].
Dacă se ia înălţimea parabolei h 0 =1.10m, lăţimea parabolei este: 129
B
=3
Atr
= 3×
2 h0
20. Secţiunea
1, 22 2
× 1,10
1,66 [ m]
=
orizontală, lungimea şi timpul de traversare se determină pentru
dimensiunea granulelor de0,20[mm], raportul V s/V's = 1,90. A0
=
α
Qc V S
=1,90 ×
0,233
=19 , 24 [
0,023
Lungimea deznisipatorului:
L
=
t =
Timpul de traversare:
m2 ];
A0 b
=
19 ,24 1,30
L 14 ,80 = 0,19 V 0
14 ,80 [ m ]
=
= 78′′
5. Volumul unui compartiment este:
V0 =1,22
×
14,80 =18,06[m3].
Volumul de nisip colectat: Vn = 50 000 [loc] × 6[dm3/loc
×
an] = 300[m 3/an]
2
b = 2ph . 0 2
Pentru determinarea parametrului p se dau pentru b şi h0 valori limită, pentru b = 1,66[m], iar pentru h0 = 1,10[m]; rezultă: 2
1,66 = 2p 2
×
1,10 şi p = 0,30.
Ecuaţia parabolei, va fi : 2
b = 2 2
×
0,30 h0,
dând diferite valori pentru b şi h 0 se poate trasa parabola. 7. Se proiectează un singur canal Venturi cu radier orizontal pentru toate trei compartimentele. Se alege lăţimea canalului B = 0,80[m]. Raportul de similitudine:
α
=
0,8 0,30175
=
2,65
;
coeficientul de strangulare este:
=
b B
0, 4 ;
=
b = 0,40
×
0,80 = 0,32[m]. 130
4.4.2.3. Calculul de dimensionare al decantorului (utilajul principal) Bazele proiectării decantoarelor Proiectarea decantoarelor depinde de numeroşi factori, dintre aceştia cei mai importanţi fiind: natura particulelor ce trebuie îndepărtate şi scopul bazinului (decantor pentru epurarea mecanică a apelor, decantor secundar după filtre biologice şi bazine cu nămol activ, etc.). Dacă la deznisipatoare parametrul principal de dimensionare este încărcarea superficială, la decantoare este important timpul de vărsare. Timpul de decantare t d de rămânere a apei uzate în decantoare trebuie să fie de 1,5[h] pentru apele uzate ce conţin o cantitate de suspensii mai mare de 200[mg/dm 3], şi de 1[h] pentru cantităţi mai mici. Literatura germană recomandă timpii de decantare din tabelul 7: Tabelul 4.5. Timpi de decantare t d [h] Tipul staţiei de epurare Staţia are numai epurare mecanică După instalaţiile de coagulare La staţii cu filtre biologice La staţii cu bazine cu nămol activ
Decantoare primare Decantoare secundare La debit La debit La debit pe La debit pe maxim pe timp maxim pe timp timp uscat timp uscat de ploaie de ploaie 1,7-2,5
0,3-0,5
-
-
1,5-0,8 1,7-2,5 0,5-1,0
0,3-0,5 0,3-0,5 0,3-0,5
1,5-2,0 1,5-2,0 2,0-3,5
0,8-1,0 1,8-1,0 1,0-1,7
Debitul de calcul – debitul de timp uscat al staţiei de epurare este
1 18
×Q
zi med
(după
literatura germană). Literatura americană „ Standardul celor 10 state S.U.A” recomandă datele din tabelul 8: Tabelul 4.6. Timpi de decantare t d[h] Adâncimi medii ale bazinului [m] Încărcarea superficială [m/h] 2,00
2,50
3,00
1,00
2,00
2,50
3,00
1,40
1,60
1,80
2,25
1,70
1,25
1,40
1,75
Debitul de calcul al staţiilor de epurare este de obicei debitul zilnic mediu. Aceeaşi literatură americană recomandă ca timpul de rămânere al apei în bazin de 2[h] să se reducă sau să se mărească în conformitate cu recomandările date în continuare: 131
Timpul mediu de 2[h] se reduce: -
la 1[h] când apele uzate după decantare sunt folosite la irigaţii;
-
la ½[h] când apele uzate au concentraţii în materii în suspensie de maxim 200
[mg/dm3 şi sunt tratate biologic în bazine cu nămol activ; -
la ½[h] când apele uzate au fost trate prealabil cu coagulanţi;
-
la 1[h] când apele uzate meteorice amestecate cu alte ape uzate urmează a fi
tratate mecanic. Mărirea timpului mediu de 2[h] se face când: -
decantarea primară singură trebuie să conducă la o reducere importantă a CBO 5
şi a substanţelor in suspensie – un timp de decantare de până la 3 ½ h poate reţine şi suspensiile fine care contribuie la menţinerea unui CBO 5 ridicat; -
decantoarele primesc ape uzate industriale care conţin substanţe bactericide.
Fermentarea în aceste condiţii este practic imposibilă şi drept urmare nămolul nu trebuie să fie evacuat imediat, deoarece rămânerea lui un timp mai îndelungat în decantoare poate conduce la îngroşarea lui, necesitând pentru aceasta volume mai mari pentru înmagazinare în decantoare; -
apele uzate industriale cu conţinut mare de substanţe toxice sau ape calde
amestecate cu ape uzate menajere au nevoie de un timp de contact mai mare (peste 2h), pentru o mai bună decantare; -
cantităţi mari de apă de ploaie trec prin bazinul de decantare, de exemplu,
dublul debitului pe timp uscat. Imhoff recomandă pentru ape uzate orăşeneşti: -
un timp de decantare de 1 ½ [h], atunci când adâncimea decantorului este de
aproximativ 2[m]; -
3[h] când staţia de epurare are numai epurare mecanică;
-
supraîncărcări pe timp de ploaie până la cantităţi duble faţă de debitul pe timp
uscat sunt admisibile. Încărcarea superficială [m 3/m2h] sau viteza de sedimentare u [m/h] este de asemenea un parametru important în dimensionarea decantoarelor. Viteza de sedimentare, în funcţie de reducerea suspensiilor în decantor şi de concentraţia lor iniţială sunt arătate în tabelul 9:
132
Tabelul 4.7. Viteze de sedimentare în decantoare. Viteze de sedimentare u[m/h] Reducerea suspensiilor în decantor [%] C
≤ 200
200
≤C ≤300
C
≥300
40-45
2,3
2,7
3,0
45-50
1,8
2,3
2,6
50-55
1,2
1,5
1,9
55-60
0,7
1,1
1,5
„Standardul celor 10 state din S.U.A” prevede pentru: -
decantoare primare care nu sunt urmate de instalaţii de epurare biologică şi care
nu prelucrează debite mai mari de 3785[m 3/zi], o încărcare superficială de 1[m/h] ; -
pentru decantoarele primare urmate de instalaţii de epurare biologică încărcarea
maximă este de 1,7[m/s]; -
decantoarele secundare urmând filtrelor biologice de mică încărcare,
u=1,7[m/h]; filtrelor biologice de mare încărcare, u=1,4[m/h]; bazinelor cu nămol activ cu debite peste 7570[m 3/zi], u= 1,7[m/h]; bazinelor cu nămol activ cu debite sub 7570[m 3/zi], u= 1,4[m/h]. Literatura germană furnizează următoarele date: Tabelul 4.8. Încărcarea superficială a decantoarelor u [m/h]1). Decantoare primare Tipul staţiei de epurare
La debit timp uscat
pe
Decantoare secundare
La debit maxim La debit pe timp de timp uscat ploaie
pe
La debit maxim pe timp de ploaie
Staţia are numai epurare mecanică
1,5 - 0,8
6-4
-
-
După instalaţiile de coagulare
4,0 – 2,5
6-4
1,5 - 1,0
2,5 - 2,0
La staţii cu filtre biologice
1,5 – 0,8
6-4
1,5 - 1,0
2,5 - 2,0
La staţii cu bazine cu nămol activ
4,0 - 2,5
6-4
*
*
133
1)încărcarea superficială a decantoarelor verticale se măreşte cu 20% faţă de datele din tabel datorită filtrului de suspensii care se formează în aceste decantoare, şi care conduce la eficienţe mai mari. * Problema dimensionării decantoarelor secundare amplasate după bazinele cu nămol activ este mai complicată decât a celorlalte, deoarece depinde de cantitatea şi concentraţia de nămol în exces şi de recirculare, de indicele nămolului, etc. Încărcarea cu materii solide în suspensie a decantoarelor primare nu constituie un parametru important pentru dimensionarea acestora, deoarece în general nu influenţează eficienţa lor.
Proiectarea decantoarelor Debitele de dimensionare şi verificare a decantoarelor radiale sunt atât pentru canalizările în sistem separativ, cât şi pentru cele în sistem unitar; verificarea se face la debitul orar maxim pentru canalizările în sistem separativ, şi la de două ori debitul orar maxim pentru canalizările în sistem unitar. Dimensiunile uzuale sunt date în tabelul de mai jos: Tabelul 4.9 . Elementele geometrice ale decantoarelor radiale. Elemente geometrice
Dimensiuni [m]
d1
8
0
2
5
8
0
2
5
0
d2
3.0 : 4.0
4.0 : 6.0
cmin
0,2
0,2
0,4
k 1 max
1,0
1,5
2,04
h8
0,3…1,0
nmin
0,2
Suprafaţa orizontală a decan-torului [m2]
01
hu
Volumul decantorului [m3]
1,2
241
305
1,4
281
1,6
254
14
5
0
80
91
16
07
04
62
257
590
964
375
456
589
739
848
964
1154
1508
1908
2356
355
440
532
687
862
989
1125
1346
1760
2260
2750
322
406
502
608
785
985
1131
1286
1539
2011
2544
3142
1,8
362
457
565
684
883
1108
1272
1447
1731
2262
2862
3535
2,0
402
508
628
760
982
1232
1414
1608
1924
2514
3180
3928
2,2
442
558
690
836
1080
1355
1555
1768
2116
2765
3498
4320
2,5
502
635
785
950
1227
1540
1767
2010
2405
3142
3975
4910
2,8
711
879
1001
1374
1724
1980
2201
2003
3520
4452
5500
3,0
762
942
1140
1473
1848
2121
2442
2336
3771
4770
5892
134
3,2
1005
3,6
1216
1571
1971
2262
2572
3076
4022
5088
6284
1368
1767
2217
2545
2894
3463
4525
5724
7070
1964
2404
2828
3216
3848
5028
6360
7856
4,0
Debitul de dimensionare este Qc =290 [dm3/s];
Vdec = Qctd = 0,290
Volumul decantorului:
×
1,70 =1774,8[m 3];
Qc = debitul de calcul (Q zi max); td = timpul de decantare, conform tabelului 7. Secţiunea orizontală: A0 =
Qc u
=
0,290 1,50
×3600
= 696[m2];
în care u este încărcarea superficială conform tabelului 2.8. Înălţimea utilă a spaţiului de decantare: hu = utd = 1,5
×
1,7 = 2,55[m].
Cu aceste date se intră în tabelul 7.13 şi se stabilesc dimensiunile principale d 1, d2, h, A0 şi Vdec respectiv numărul de decantoare, verificând în acelaşi timp relaţiile: 6
≤
15
d 1 hu
≤ 10, pentru decantoare cu diametrul de 16 – 30[m];
d 1
≤ h ≤ 20, pentru decantoare cu diametrul de 30 – 50 [m]; u
20
≤
d 1 hu
≤ 25, pentru cazul apelor uzate cu cantităţi mari de materii organice.
Se iau două decantoare, fiecare cu d 1=20[m]; hu=2,80[m]; Vdec = 879 [m3]; A0 = 314 [m2]; d2 = 3,00 [m]. Se determină raportul
d 1 hu
=
20,00 2,80
= 7,18 deci se respectă relaţia de mai sus, valoarea
raportului fiind cuprinsă între 6 şi 10. Se verifică apoi încărcarea deversorului de la ieşirea apei decantate. Încărcarea deversorului de pe jgheabul de colectare a apei decantate este: 135
Qd =
0,145 ×
86400 24
× 3,14 × ( 20 − 2 × 0,60 ) = 8,80 [m/h × ml],
admisibil conform recomandărilor. Volumul de nămol depus într-o zi se determină cu ecuaţia următoare: r
100
Vd= γ n CQzimax 100
−
p
=
0,55 1200
× 0,350 × 0,290 ×86400 ×
100 100
− 95
= 80 ,40
[m3/zi];
respectiv 40,00[m 3/zi] pentru un decantor. r = procentul de reducere al suspensiilor; = greutatea specifică a nămolului cu 1,10 -1,20[t/m 3], pentru o umiditate a nămolului de 95[%]; γ n
p = umiditatea nămolurilor decantate, aproximativ 95[%]; C = concentraţia iniţială a depunerilor.
Tabelul 4.10.. Debite de nămol în staţiile de epurare. Tipul instalaţiilor
Materii solide totale Conţinutul în apă Cantitatea de nămol [%] [%] [dm3/loc zi]
Epurare mecanică 1) Nămol din 2,5 decantoare 2) Nămol fermentat, 13,0 umed 3) Nămol fermentat, 45,0 uscat în aer liber
97,5
2,16
87,0
0,26
55,0
0,13
Încărcări Epurarea mecano – biologică 4) Nămol din decantoarele secundare 5) Nămol din decantoarele principale secundare amestecat 6) Idem 5) fermentat 7) Idem 5) fermentat, uscat în aer liber Bazine cu nămol activ
Mică
Mare
Mică
Mare
Mică
Mare
8,0
5,0
92,0
95,0
0,16
0,40
5,5 şi
5,0
94,5
95,0
1,22
1,48
10,0
10,0
90,0
90,0
0,43
0,48
45,0
45,0
55,0
55,0
0,17
0,19
136
8) Nămol decantoarele secundare 9) Idem 5) 10) Idem 6)
din 0,7
1,5
99,3
97,5
4,43
1,67
4,5 7,0
4,5 10,0
95,5 93,0
95,5 90,0
1,87 0,79
1,75 0,52
Se determină volumul pâlniei de nămol şi se stabilesc condiţiile de evacuare a nămolului (perioade, diametru, conducte, etc.). Se stabilesc apoi dimensiunile jgheabului de colectare a apelor decantate, vitezele minime în acestea fiind de 0,7[m/s]. Se dimensionează deversorul de evacuare a apei decantate. Volumul pâlniei de nămol este: V p =
1 3
×
(3,14
×
3,0
×
1,52 – 3,14
×
1,00
×
0,252) = 7,0[m3].
Jgheabul de colectare a apei decantate se dimensionează la 2Q o max, deci debitul pentru decantor este de 0,350 [dm 3/s]. Dacă se ia o înălţime de jgheab de 0,6[m], lungimea jgheabului:
L=2
×
3,14 (10,00 – 0,60) = 59,00 [m],
debitul este de 0,006 [m 3/s]; viteza minimă în jgheab fiind de 0,70[m/s], rezultă următoarea suprafaţă a jgheabului în secţiunea 1-1 : A j 1 =
0,350 2
×
0,70 = 0,25[m 2],
iar înălţimea apei în jgheab:
h j 1 =
R=
0,60
= 0,42 [m];
V = 74 R 2/3I1/2.
Panta jgheabului rezultă din ecuaţia : Raza hidraulică:
0, 25
0,25 2 ×0,42 + 0,60
= 0,174 şi I1/2 = 0,0009;
În consecinţă, în secţiunea 3-3 radierul jgheabului trebuie să fie mai ridicat decât în secţiunea 1-1 cu h' = (
1 2
×
59)
×
0.0009 = 0,0265 [m]; în secţiunea 2-2 lăţimea
jgheabului, de asemenea pentru o viteză de 0,70 [m/s] şi o înălţime a apei de 0,42 [m], rezultă: 0,350
b j = 0,70 ×0,42 = 1,20 [m].
Se determină adâncimea decantorului la perete şi la centru: la perete: H p =hu+hs; 137
la centru : Hc =hu+hn+h p+hs,, în care hn este înălţimea pâlniei de nămol, iar h p – diferenţa de înălţime datorată pantei. Înălţimea decantoarelor la perete:
H p = hu + hs = 2,80 + 0,30 = 3,10[m] iar la centru: Hc = hu + hn+ h p + hs = 2,80 + 2,00 +10
×
1 15
+ 0,30 =5,80 [m]
4.4.2.4. Probleme de coroziune si sau alegerea a materialeleor de constructie. Coroziunea galvanică a cuplului oţel inoxidabil 316L / TiAlV a fost studiată prin măsurători electrochimice. Din măsurători potenţiostatice s-a observat o deplasare a potenţialului critic de pitting (Ecp) în direcţie negativă. Rezistenţa de polarizare (Rp,cuplu) a fost de aproximativ 5 ori mai mică în cazul oţelului cuplat, iar curentul de coroziune, determinat din diagramele Tafel, a avut valoarea de 1,1 μA/cm2. Deoarece aliajul de TiAlV potenţează activitatea oţelului inoxidabil 316L, se recomandă ca acest cuplu să nu fie utilizat pentru bioimplanturi în organismul uman. Studiu privind acţiunea anticorozivă a tufului vulcanic zeolitic în staţiile de epurare a apelor uzate În această lucrare este prezentată acţiunea tufului vulcanic zeolitic, ce conţine clinoptilolit, asupra echipamentelor metalice dintr-o staţie de epurare a apelor uzate din punctul de vedere al coroziunii. Tuful vulcanic zeolitic poate fi folosit în treapta biologică a instalaţiilor de epurare pentru îmbunătăţirea capacităţii de biodegradare a nămolului activ. Acest tuf are proprietatea de a reduce substanţele organice prin adsorbţie, de a creşte capacitatea de sedimentare a nămolului activ în decantoare, dar la fel de bine ar putea avea proprietatea de a scădea acţiunea corosivă a apei uzate asupra conductelor şi utilajelor dinamice, precum rotorii pompelor sau podurile racloare ale decantoarelor secundare. Experimentele au fost efectuate prin metoda pierderii în greutate, folosind eşantioane metalice, care au fost ţinute diferite periode de timp în ape uzate atât fără cât şi cu adaos de tuf zeolitic, simulând condiţiile din treapta biologică. Rezultatele au fost ilustrate grafic. Diferenţe semnificative între comportarea anodică a oţelulului inoxidabil 18Cr-10Ni şi nichelului în soluţii apoase 10–80% HCOOH Rezumat: Curbe anodice potenţiostatice pe oţel inoxidabil 18Cr-10Ni şi nichel au fost trasate în soluţii apoase de 10, 20, 40, 60 şi 80% HCOOH, la temperatura camerei. Oţelul inoxidabil este activ în toate soluţiile de acid formic şi trece în stare pasivă prin polarizarea anodică, prezentând un domeniu extins de pasivitate stabilă (960 mV), deplasat spre valori mai pozitive de potenţial odată cu creşterea concentraţiei soluţiilor de acid formic. Oxidarea anodică a acidului formic are loc doar în regiunea transpasivă, simultan cu degajarea oxigenului. După polarizarea anodică, oţelul inoxidabil şi-a păstrat culoarea şi 138
luciul metalic. Nichelul prezintă efect catalitic pentru reacţia de oxidare a acidului formic. Curbele de polarizare prezintă unde anodice, care se extind pe tot domeniul pasiv al nichelului, având curenţii maximi cu două ordine de mărime mai mari decât cei obţinuţi pe oţel inoxidabil, în aceleaşi soluţii. După polarizare, suprafaţa nichelului a prezentat modificări vizibile, ca pitting, fisuri şi pierderea luciului metalic. Pe suprafaţa nichelului, se admite că au loc reacţii succesive/ simultane şi concurente, care duc la dizolvarea/pasivarea nichelului şi oxidarea acidului formic. Cuvinte cheie: oţel inoxidabil, nichel Acţiunea inhibitoare a unor compuşi organici de adsorbţie asupra coroziunii aluminiului în medii acide Rezumat: Doi surfactanţi organici: dodecil sulfat de sodiu (SDS) şi respectiv dodecil benzen sulfonat de sodiu (SDBS) au fost studiaţi ca inhibitori pentru coroziunea aluminiului în soluţii apoase de acid clorhidric folosind polarizarea electrochimică şi spectroscopia electrochimică de impedanţă (EIS). S-a studiat, de asemenea, influenţa concentraţiei de inhibitor asupra eficienţei anticorozive a acestora. La valori mici ale supratensiunii, procesul de dizolvare este controlat de activare, în timp ce la valori mai mari ale supratensiunii procesul de dizolvare este controlat de difuzie. Viteza de coroziune scade cu creşterea concentraţiei de inhibitor. La valori ale concentraţiilor celor doi surfactanţi mai mici decât concentraţia critică micelară (CMC) efectul de inhibare este neglijabil. La concentraţii mai mari decât CMC efectul de inhibare creşte rapid cu creşterea concentraţiei surfactantului până la o valoare limită. Inhibarea procesului de dizolvare în prezenţa surfactanţilor poate fi explicată prin adsorbţia acestora în zonele active ale suprafeţei. În cazul nostru, presupunem că inhibitorii de acest tip sunt puternic adsorbiţi la suprafaţa metalului, având loc formarea unui film protector, iar reacţia dintre metal şi soluţia corozivă poate avea loc numai prin difuzia anionilor mediului agresiv prin porii fini ai filmului protector. Măsurătorile EIS au fost realizate pe electrodul de aluminiu în soluţii 0.5M HCl în absenţa şi prezenţa celor doi surfactanţi în diferite condiţii (timp de imersare şi concentraţie de surfactant). Acoperiri compozite cu proprietăţi anticorozive îmbunătăţite obţinute prin co-electrodepunerea cuprului cu nanoparticule de Al2O3 Rezumat: În lucrarea de faţă, sunt prezentate rezultate referitoare la comportarea la coroziune a unor acoperiri compozite obţinute prin co-electrodepunerea cuprului cu nanoparticule de Al2O3, pe un electrod din oţel OL 37, dintr-o baie acidă de sulfat de cupru. Comportarea la coroziune a acestor acoperiri compozite de cupru s-a investigat în soluţii de Na2SO4 (pH 3). Studiile de coroziune au fost efectuate prin măsurători de potenţial de circuit deschis, prin spectroscopie de impedanţă electrochimică şi prin voltametrie hidrodinamică. Interpretarea cantitativă a rezultatelor obţinute a dus la concluzia că nanoparticulele de oxid de aluminu încorporate în cuprul electrodepus au mărit rezistenţa la coroziune a depozitelor compozite de 1.32 ori în comparaţie cu depozitele de cupru pur.
Dizolvarea zincului ca proces de coroziune Rezumat: În acest studiu s-a investigat posibilitatea dizolvării accelerate a zincului metalic în acid sulfuric prin introducerea unui catod de cupru, în care hidrogenul degajat este mult mai uşor decât zincul. S-a constatat că accelerarea dizolvării zincului este 139
posibilă şi, la o suprafaţă constantă a catodului de cupru, depinde de contactul intim între electrodul de cupru şi zinc.
4.5. Utilitati si energie Functie de utilizarea care se da apei se deosebesc mai multe categorii: apa tehnologica, apa de racire, apa potabila, apa de incendiu, apa de incalzire.
Apa Apa ca agent de incalzire poate fi : apa calda cu temperatura pana la 90 °C; apa fierbinte, sub presiune, pana la temperatura de 130 – 150 °C. Apa este un agent termic cu capacitate calorica mare, usor de procurat. Pentru incalzire, se prefera apa dedurizata in scopul evitarii depunerilor de piatra.
Aburul Aburul este cel mai utilizat agent de incalzire si poate fi: abur umed; abur saturat; abur supraincalzit. Aburul umed contine picaturi de apa si rezulta de la turbioanele cu contra presiune sau din operatiile de evaporare, ca produs secundar. Este cunoscut sub denumirea de abur mort. Aburul saturat este frecvent folosit ca agent de incalzire, avand caldura latenta de condensare mare si coeficienti individuali de transfer de caldura mari. Temperatura aburului saturat poate fi reglata usor prin modificarea presiunii. Incalzirea cu abur se poate realiza direct, prin barbotare, sau indirect, prin intermediul unei suprafete ce separa cele doua fluide. Aburul supraincalzit cedeaza, in prima faza, caldura sensibila de racire, pana la atingerea temperaturii de saturatie, cand coeficientul individual de transfer de caldura este mai mic si apoi caldura latenta prin condensare. Energia electrica Aceasta reprezinta una din formele cele mai folosite datorita usurintei de transport la distante mari si la punctele de consum si randamentelor mari cu care poate fi transformata in energie mecanica, termica sau luminoasa. Energia electrica transformata in energie mecanica este utilizata la actionarea motoarelor cu care sunt dotate diversele utilaje. Energia electrica este folosita si la incalzire, prin transformare in caldura, folosind mai multe tehnici: - trecerea curentului prin rezistente electrice; - transformarea energiei electrice in radiatii infrarosii; - folosirea curentilor de inalta frecventa, medie si mica; - folosirea pierderilor dielectrice; 140
- incalzirea prin arc electric. Avantajul incalzirii electrice consta in reglarea usoara a aparaturii, posibilitatea generarii caldurii intr-un punct, introducerea unei cantitati mari de caldura intr- un volum mic, realizarea unei incalziri directe, fara impurificarea mediului si la orice presiune. Dezavantajul utilizarii energiei electrice il costituie costul ridicat si impunerea unor masuri speciale de protectia muncii.
Aerul comprimat Aerul comprimat poate fi utilizat in urmatoarele scopuri: - ca purtator de energie (pentru actionarea aparatelor de masura si de reglare, in atelierul mecanic); - pentru amestecare pneumatica; - pentru diferite scopuri(curatirea utilajelor, uscare, etc).
4.5.1. Operarea instalatiei de epurare Operare. Operarea staţiei în regim de lucru începe numai după ce se dă în exploatare sistemul de epurare biologică a apei reziduale menajere. Numai o echipă antrenată şi instruită poate opera în staţie.
Unele caracteristici ale operării. Tehnologia prezentată a fost dezvoltată pentru folosirea microorganismelor fixe (biofilm) formate pe un suport din plastic special. Biocenoza rezervorului de aerare posedă caracteristicile uzuale pentru sistemele biologice organizate. Însăşi biocenoza menţine echilibrul dinamic al biomasei şi compoziţiei calitative în conformitate cu fluctuaţiile parametrilor apei reziduale (în limitele valorilor de adaptare optime şi valorilor admise ale sarcinilor calculate). Astfel, procesul de epurare are stabilitate ridicată datorită auto-reglării. La modificarea următoarelor condiţii ca :
Temperatura, grad mineralizare;
Echilibrul apei reziduale privind concentraţia şi nutritivii,
biocenoza modifică în mod independent structura calitativă şi cantitativă în noile condiţii. La scurt timp după încărcări-şoc, sistemul se regenerează singur. În cazul unei operări constante, în condiţiile în care parametrii sunt peste limitele proiectate, echilibrul sistemului va trebui menţinut prin biopreparaţii. De aceea, datorită
141
auto-adaptării şi a auto-reglării, procesul are loc fără intervenţia operatorului, ceea ce în schimb permite comanda la distanţă a staţiei.
Unele caracteristici ale operării referitoare la încărcarea periodică Opţiunea I – operarea cu parte deconectată de la rezervoarele de aerare Este posibil să scurgem o parte a rezervoarelor de aerare paralele şi să oprim alimentarea electrică, corespunzător cu micşorarea încărcării în perioada de aflux scăzut de apă reziduală. Biofilmul va seca în mod natural în rezervoarele de aerare deconectate. Microorganismele vor transforma în anabioză. Microorganismele părăsesc anabioza în decurs de câteva ore în prezenţa apei reziduale şi a aerării, când operarea rezervoarelor de aerare este pornită în modul încărcare totală. Randamentul epurării totale este refăcut în decurs de 2-7 zile. Opţiunea II - operarea cu încărcare micşorată Staţiile cu tehnologia prezentată, funcţionează foarte bine la micşorarea încărcării multiple. Transferul la încărcări maxime este caracterizat de modificările compoziţiei calitative şi cantitative a biocenozei. Această perioadă este caracterizată de obicei de creşterea spumării şi deteriorarea parametrilor de epurare. Este necesar să se folosească preparate biologice pentru micşorarea spumării şi furnizarea parametrilor de epurare necesari acestei perioade. Întreţinerea Sunt posibile două moduri de întreţinere : 1. Întreţinerea de către operatori, neîntrerupt. 2. Întreţinerea de către operatori pe un schimb cu aplicarea controlerului cu modemul telefonului mobil pentru controlul operării echipamentului sistemului de epurare biologică a apei reziduale menajere.
Substanţe chimice. Coagulantul (clorura de polialuminiu) este aplicat la:
îndepărtarea fosforului din apa reziduală,
creşterea capacităţii şi randamentului rezervoarelor de sedimentare
secundare.
4.5.2. Amplasament şi montajul utilajelor
Aşezarea în plan a construcţiilor şi instalaţiilor din staţia de epurare este cea care urmăreşte procesul de epurare. Aşezarea pe verticală este dictată de condiţiile de curgere hidraulică a apei în staţie, care trebuie să se realizeze pe cât posibil prin gravitaţie, de natura terenului de fundaţie şi de topografia amplasamentului. Materialul de construcţie al utilajelor (bazine în general) este betonul armat sub diferite forme. Pentru părţile metalice, acoperişuri, distribuitoare sau scări, cel mai des folosit este oţelul. Uneori numeroase 142
bazine sau construcţii sunt executate în pământ: iazuri de stabilizare, bazine de fermentare naturală a nămolului, filtre de nisip, câmpuri de irigare şi filtrare, platforme de uscare a nămolului. Compartimentarea construcţiilor, atât pentru a evita oprirea întregii staţii în caz de avarie, cât şi pentru o uşoară exploatare şi realizarea dezvoltării pe etape a staţiei, trebuie avută în vedere în permanenţă în proiectare. Conductele şi canalele de legătură între diferite construcţii şi instalaţii din staţie reprezintă un procent important din ansamblul staţiei de epurare. Conductele trebuie amplasate astfel încât canalul de aducţiune al apei în staţie să nu fie pus sub presiune. În staţie, de regulă, construcţiile sunt legate între ele prin canale dreptunghiulare deschise. Pe cât posibil, conductele şi canalele vor lega pe drumul cel mai scurt construcţiile şi vor fi astfel plasate încât să se realizeze o uşoară exploatare şi construcţie a unor noi legături. La canale, colţurile între radier şi pereţi vor fi rotunjite, pentru o mai bună antrenare a apei şi se vor evita curbele în loc, iar în plan se recomandă raze de curbură egale cu de 5 ori lăţimea canalului. Pe conducte, din loc în loc şi în special la cele care transportă nămol se vor monta piese de curăţire aşezate în cămine. Conductele se execută din fontă, azbociment, oţel izolat la interior şi exterior, iar canalele din beton şi de cele mai multe ori din elemente de beton armat prefabricate. Conductele de by-pass pot apare ca necesare în următoarele puncte: la intrarea în staţie, după grătare, după deznisipatoare, după decantoarele primare. Alegerea punctelor de amplasare a conductelor by-pass depinde de sistemul de canalizare, de cantitatea de apă introdusă în staţia de epurare, de condiţiile locale. Conductele pe care se transportă nămolul, executate de obicei din fontă, trebuie să fie suficient de mari în diametru, deoarece pierderile de sarcină sunt cu 50 – 100% mai mari în comparaţie cu cele care transportă ape uzate . aceste conducte trebuie să fie prevăzute cu posibilităţi de curăţire din loc în loc şi cu ventuze pentru evacuarea gazului. Pentru un uşor transport al nămolului pe conducte, trebuie eliminate în prealabil suspensiile şi corpurile mari. Camerele de repartiţie au ca scop asigurarea distribuţiei automate şi uniforme a unor cantităţi egale de ape uzate şi nămoluri la construcţii sau compartimente similare. Repartiţia apelor uzate pentru staţii mici de epurare se face prin stăvilare, aşezate în punctele de ramificaţie care sunt reglate astfel încât, indiferent de nivelul apei din canal, repartizarea să se facă uniform. În anumite puncte ale staţiei de epurare se instalează aparate de măsură a debitelor, presiunii, temperaturii, vitezelor, nivelelor de apă, etc.. În privinţa aparatelor de măsură a debitelor, o condiţie esenţială a bunei funcţionări a acestora constă în calitatea lor de a nu opri sau provoca depunerea nisipului sau a nămolului. Această condiţie este îndeplinită de canalele strangulate tip Venturi sau Parshall, care pot fi înzestrate şi cu aparate de înregistrare continuă a debitelor, acţionate de flotoare sau alte dispozitive amplasate într-un cămin lateral canalului. Debitmetrul principal al staţiei se instalează de obicei după deznisipator. Măsurarea debitelor pe conducte se face cu tuburile Venturi, care pot fi folosite atât pentru apă uzată în diferite stadii de epurare, cât şi pentru nămol şi aer. Măsurarea debitelor de nămol se poate face şi cu debitmetre de inducţie. Debitele de gaz se măsoară obişnuit cu contoare uscate. Presiunile se măsoară în modul cel mai simplu cu tubul Bourdon, iar nivelurile de 143
lichid se stabilesc prin citire directă. În staţiile de epurare sunt utilizate numeroase alte aparate de control pentru măsurarea pH-ului, potenţialului de oxido-reducere, etc.
Construcţii şi instalaţii anexe staţiei de epurare Grupul de exploatare cuprinde în principal camera dispecer, laboratorul, birourile, sala de mese şi grupul sanitar. La acestea trebuie adăugat aparatul de luat probe de apă uzată brută şi în curs de epurare, de nămol în diferite stadii de tratare, etc. Printre clădirile importante din staţie şi necesare în principal exploatării trebuie menţionate: casa pompelor, camerele vanelor la bazinele de fermentare a nămolului, construcţiile care adăpostesc utilaj uti lajele ele pentru pentru filtra filtrarea rea sau sau tratar tratarea ea nămol nămoluri urilor lor,, camere camerele le grătar grătarelo elor. r. Reţea Reţeaua ua de alimentare cu apă în staţiile de epurare trebuie să asigure necesităţile sanitare (apă de băut, spălat, pentru laboratorul staţiei), de spălare a diferitelor bazine şi instalaţii, de funcţionare a unor echipame echipamente nte (vane, (vane, stăvilare, stăvilare, boilere), boilere), de răcire răcire (compresoa (compresoare, re, pulverizat pulverizatoare, oare, incineratoare), proceselor de epurare (elutrierea nămolurilor, diluţie, distrugerea spumei). Reţeaua de canalizare din incinta staţiei de epurare are drept scop să colecteze apele uzate rezultate de la diferite folosinţe şi să le evacueze în canalul de aducţiune a apei uzate în staţie; apele meteorice pot fi evacuate şi în amonte de treapta de epurare biologică. Reţele de alimentare cu energie electrică, cu gaze, apă caldă, abur, aer comprimat sunt folosite atât pentru necesităţile instalaţiilor de epurare cât şi pentru exploatarea generală a staţiei.
Tehnologii si instalatii pentru epurarea apelor uzate studii de fezabilitate • proiecte tehnice, caiete de sarcini, detalii de executie • antreprenoriat pentru statii de epurare • instalatii complete de epurare • echipamente pentru automatizarea statiilor de epurare • montajul echipamentelor, punerea in functiune si asistenta tehnica in timpul probelor tehnologice • tehnologii si echipamente pentru instalatii de aerare • difuzoare cu membrana elastica tip DMB • agregate pentru insuflarea aerului • retele de distributie • consultanta in vederea reproiectarii sistemelor actuale de aerare din treapta biologica • sisteme pentru masurarea debitelor de apa in canal deschis • acesorii • montare AMC-uri 144
• service post garantie (scolarizarea personalului)
4.5.3. Întret Întretinere inere si reparaț ii
Inspecţia vizuală a funcţionării staţiei Se verifică dacă siguranţele echipamentelor din tabloul de comandă sunt căzute. Se verifică dacă intrarea, ieşirea şi conductele de legătură din staţ e nu sunt colmatate. Cond Conduc ucta ta de intra intrare re în staţ staţia ia de epur epurar aree va fi acce accesi sibi bilă lă după după ridi ridica care reaa capa capacu culu luii decantorului primar. Deasemenea se verifică dacă pompele aer-lift nu sunt înfundate cu substanţe plutitoare (spumă sau crustă ) şi funcţionează . La apariţia crustei în decantorul primar, aceasta trebuie spartă şi omogenizată , cu ajutorul unei scafe cu coadă lungă . Se mai inspectează inspectează funcţionarea funcţionarea aeratoarelor aeratoarelor cu bule fine din bazinul de activare activare şi dacă substanţele plutitoare din decantorul secundar nu colmatează ieşirea apei în jgheab. Funcţionarea normală a aeratorului înseamnă dispersia în apă a bulelor fine de aer, cât şi furnizarea aerului spre pompele aer-lift (fapt care se observă prin curgerea apei din aceste pompe). Dacă aerarea nu se face uniform (apar bule mari, la intervale mai lungi de timp sau aerarea se face numai într-o singură zonă , nu pe toată suprafaţa bazinului de activare), se verifică dacă membrana nu este spartă , respectiv dacă furtunele de distribuţie a aerului nu sunt înfundate. Se verifică poziţia mânerului robineţilor robineţilor ce comandă pompele pompele aer lift F2 ( pomparea apei în jgheabul de evacuare evacuare ) să fie în poziţie deschis la capacitate între 20-25 %. Cur ăţ irea conductelor de intrare, ieşire şi de legătură Curăţirea conductelor de intrare şi de ieşire, respectiv a conductelor de legătură şi a grătarului se face cu perie şi racletă . Evacuarea spumei din bazinul de activare Apariţia spumei în bazinul de activare este iminentă în prima parte a perioadei de amorsare (cca. două săptămâni). De multe ori, cantitatea de spumă formată în această perioadă este atât de mare încât ajunge la capacul staţiei. Pentru a putea efectua inspecţiile periodice, spuma se sparge stropind-o cu apă , sau utilizând aditivi antispumanţi (doar cu precau ţ ie). Dacă spuma apare în alte perioade, cauza este folosirea excesivă a detergenţilor sau chiar dispariţia nămolului activat. Evacuarea substanţelor plutitoare de la suprafaţa apei din decantorul secundar Substanţele plutitoare se vor evacua cu o scafă cu mâner lung sau cu o lopată . Substanţele plutitoare astfel adunate se golesc în decantorul primar. Măsurarea nivelului nămolului în decantorul primar
145
Nivelul nămolului se măsoară cu o tijă din material plastic, lemn sau aluminiu. Când se scufundă tija încet în apă , la apariţia stratului de nămol nămol se simte o rezistenţă la înaintare. înaintare. Adâncimea de scufundare a tijei reprezintă în acest caz înălţimea stratului de apă deasupra nă --molului. Adânci Adâncimea mea minim minim ă a stratu stratului lui de apă deasup deasupra ra nămol nămolulu ului,i, care care neces necesită ită evacu evacuare areaa nămolului este de: 0,3-0,7 m Reglarea evacuării nămolului în exces Este necesar să fie un volum optim de substană solidă în nămolul activat, pentru a avea un proces de epurare corespunză tor. Reprod Reproduce ucerea rea microo microorga rganis nismel melor or se face face în bazinu bazinull de activ activare are datori datorită tă înărcă înărcării rii cu poluanţi a apei şi datorită introducerii de aer în bazinul respectiv. Prelevarea de probe ş i analiza acestora Această operaţie trebuie să aibă la bază decizia autorităţilor de gospodărire a apelor. Locurile de prelevare sunt urmă toarele: - Intrarea în decantorul primar - Conducta de ieşire din staţie (interiorul jgheabului de evacuare). Operare pe timp de iarnă Operarea pe timp de iarnă , întreţinerea şi controlul decurg identic cu activităţile din timpul verii. Activit ăţi şi măsuri în caz de calamitate INUNDA Ţ IE – În caz de pericol de inundaţie, se scoate suflanta de sub tensiune, se demontează şi se depozitează într-un loc ferit. INCENDIU – În caz de incendiu se vor folosi stingă toare cu spumă .
ÎNTREŢINEREA ECHIPAMENTELOR Ş I A TEHNOLOGIEI Instruc ţ iuni generale Staţia va fi deservită de personal major, eligibil fizic şi psihic pentru astfel de activitate, instruit şi familiarizat cu acest manual. Orice intervenţie la echipamente sau părţi electrice ale staţiei va fi făcută doar de persone competente, calificate în acest sens. Operaţiile generale de întreţinere sunt cele descrise la capitolul Operare ş i control. ATEN Ţ IE! Orice intervent ie asupra suflantei sau altor pãrti ale sistemului de aerare va fi fãcutã cu sursa de energie decuplatã si cu prevenirea prevenirea recuplãrii acesteia în timpul lucrului la stat ie (prin încuiere sau plãcute de avertizare ). Întreţinerea suflantei - Filtrul de aer se va curăţ a odată la trei luni, sau chiar mai des, dacă se constată c ă este colmatat puternic între aceste intervale. Curăţarea se face prin scuturare şi suflarea cu aer. - Suflanta trebuie ferită de umezeală , îngheţ (sub -5°C) sau temperaturi prea ridicate (peste 40°C). - Aşezarea suflantei trebuie făcută pe o suprafaţă orizontală , netedă , rigidă . Se va evita 146
contactul carcasei suflantei cu alte corpuri (care ar putea amplifica vibraţiile). ATEN Ţ IE! Suflanta nu se va porni fãrã filtrul de aer!
4.5.4. Problme de control, reglare si automatizare Probleme particular ale epurării apelor uzate Apele uzate industriale au de regulă nivele înalte de încărcare cu poluant şi mai ales au caracteristici frecvent foarte diferite de cele uzate fecaloid-menajere. De aceea ele nu pot fi epurate direct în staţiile de epurare orăşeneşti, ci trebuie supuse unui proces de preepurare specifică, adaptată naturii poluantului sau poluanţilor în cauză, şi apoi eventual descărcate în canalizarea orăşenească şi duse la staţia clasică de epurare. Se poate face şi o staţie complet separată pentru apele industriale, care să asigure epurare până la nivelul la care pot fi descărcate legal în emisar (râu de exemplu). O asemenea staţie complet separată se poate justifica economic la mari întreprinderi... Ape industriale uzate sunt şi cele ce provin din "spălarea" gazelor, inclusiv a celor de la centralele termice sau termoelectrice, unde apele încarcă bioxid de sulf, rezultând gaze mai puţin poluante pentru atmosferă dar ape foarte poluate, ce trebuie epurate. Uneori apele uzate industriale au încărcări de poluanţi pentru care nu există tehnologie de epurare adecvată, singura soluţie rămânând în acest caz injectarea profundă.
Problema nămolului Din staţiile de epurare rezultă mari cantităţi de nămol. De exemplu în Germania se produc anual peste 100 de milioane de tone de nămol brut! Acesta este în final uscat prin diverse procedee şi poate fi utilizat ca îngrăşământ agricol sau după caz este transportat la rampa de gunoi şi haldat sau incinerat sau supus pirolizei. Utilizarea ca îngrăşământ oricum nu se face direct, ci mai întâi trebuie supus unui proces de "condiţionare" ce poate cuprinde dezinfecţie, adăugare de săruri de aluminiu şi fier, var, cenuşă, materiale de floculare apoi deshidratare prin presă sau centrifugă.... În ultimul timp în apele uzate ajung tot mai multe metale grele şi alţi poluanţi care fac ca nămolul să fie toxic şi neadecvat utilizării ca îngrăşământ. În Germania de exemplu doar circa 40% poate fi utilizat în agricultură.... Alternative sunt folosirea lui ca materie primă la cărămizi speciale şi alte materiale de construcţii. O practică larg răspândită în trecut şi din fericire abandonată după îndelungi scandaluri a fost deversarea în ocean a nămolului provenit din staţii de epurare a apelor.
REGLEMENTĂRI Epurarea apelor uzate este o disciplină tehnică, în care se întâlnesc ştiinţele inginereşti, fizica, chimia şi biologia. Există o bogată literatură de specialitate legată de operarea staţiilor de epurare. Sunt însă şi reglementări legale şi tehnice detaliate. 147
Principalul act normativ specific este Hotărârea Guvernului nr. 188 din 28 februarie 2002 pentru aprobarea unor norme privind condiţiile de descărcare în mediul acvatic a apelor uzate, publicată în Monitorul Oficial, Partea I nr. 187 din 20 martie 2002, din care reproducem în extras o serie de prevederi importante:
· Hotărârea Guvernului nr. 188 / 2002 pentru aprobarea unor norme privind condiţiile de descărcare în mediul acvatic a apelor uzate Art. 1. - Se aprobă Normele tehnice privind colectarea, epurarea şi evacuarea apelor uzate orăşeneşti, NTPA-011, prevăzute în anexa nr. 1. Art. 2. - Se aprobă Normativul privind condiţiile de evacuare a apelor uzate în reţelele de canalizare ale localităţilor şi direct în staţiile de epurare, NTPA-002/2002, prevăzut în anexa nr. 2. Art. 3. - Se aprobă Normativul privind stabilirea limitelor de încărcare cu poluanţi a apelor uzate industriale şi orăşeneşti la evacuarea în receptorii naturali, NTPA-001/2002, prevăzut în anexa nr. 3.
4.5.5. Norme de securitatea muncii, igena, prevenirea acceidentelor, incendiilor, exploziilor. 4.5.5.1. Norme de protecţie a muncii Protecţia muncii reflectă grija deosebită care se acordă pentru asigurarea condiţiilor de muncă, pentru apărarea sănătăţii celor ce muncesc.problemele legate de protecţia muncii nu pot fi separate de procesul muncii , de planul de producţie. Pe lângă măsurile de ordin material luate de fiecare întreprindere, trebuie să se asigure o permanentă ocupare de ridicare a calificării lucrătorilor prin instruirea lor organizată sau ori de câte ori este nevoie, atât în ceea ce priveşte respectarea normelor de exploatare a utilajelor, cât şi din punct de vedere al protecţiei muncii şi tehnicii securităţii. Lucrătorilor noi angajaţi li se face instructajul general şi specificul locului de muncă, consemnându-se într-o fişă situaţia la zi. Dacă se schimbă locul de muncă sau utilajul deservit, respectiv procesul tehnologic, lucrătorul va fi instruit corespunzător. La fiecare loc de muncă vor fi afişate instrucţiunile privind tehnica securităţii muncii, care se vor adapta în funcţie de necesităţi.se va acorda o deosebită atenţie normelor de protecţia muncii la utilajele care folosesc ca utilităţi energia electrică, apă fierbinte, curenţi de aer reci sau calzi etc. Lucrătorii vor purta echipament de protecţie şi de lucru, conform normelor şi vor respecta regulile igienico-sanitare. În cele ce urmează, se vor prezenta unele măsuri de tehnica 148
securităţii şi protecţia muncii mai importante, care trebuie respectate cu stricteţe de către cei care deservesc instalaţiile şi utilajele în industria prelicrării fructelor. Instalaţiile şi utilajele termice necesită o atenţie deosebită în ceea ce priveşte tehnica securităţii, deoarece lucrează în anumite condiţii, cum sunt temperatura înaltă şi presiunea superioară celei atmosferice. Înainte de a le pune în exploatare, se verifică aparatele de măsurat şi control, precum şi toate legăturile, armătura de siguranţă şi izolaţiile. Aparatele de măsurat şi control vor fi supuseperiodic controlului şi verificării organelor de metrologie. Benzile transportoare, transportoarele elicoidale şi elevatoarele vor fi protejate cu gratii, respectiv carcase. Benzile vor fi astefel instalate ca să poată fi controlate pe tot parcursul lor. Libera trecere va fi asigurată. Este interzis să se facă repraţii în timpul funcţionării benzilor. Se va acorda o deosebită atenţie conductelor de abur şi de aer. La apariţia loviturilor hidraulice sau vibraţii anormale, se opreşte funcţionarea lor. Pentru asigurarea protecţiei muncii, pe lângă măsurile tehnice luate, este necesar ca personalul care coordonează producţia, inginerii şi tehnicienii, să controleze şi să îmbunătăţescă permanent mijloacele de protecţie, această acţiune trebuie să aibă un caracter educativ în aşa fel încât fiecare lucrător să fie conştient de fapătul că prin respectarea normelor de tehnica securităţii şi protecţia muncii se previn atât accidentele şi îmbolnăvirile profesionale, cât şi prejudiciile materiale aduse întreprinderilor.
Instrucţiuni pentru siguranţa şi protecţia muncii - Instalaţia va fi transportată , instalată , deservită şi întreţinută doar de personal major, eligibil fizic ş i psihic pentru astfel de activitate, instruit ş i familiarizat cu acest manual. - Orice interven ţ ie la echipamentele electrice sau părţi ale acestor echipamente se va fi făcut ă doar de personal competent, autorizat. - Personalul este obligat să respecte instrucţiunile din acest manual şi din regulamentul elaborat de autorităţile de gospodărire a apelor. - Nu se permite nici o intervenţie sau manevrare a staţiei sau a unor părţi ale acesteia, dacă acestea nu corespund cu instrucţiunile din acest manual sau regulamentul de operare. - La orice activitate de operare la staţie, se va evita contactul direct cu apa uzată sau nămolul, utilizând, după caz, echipament de protecţie adecvat. În caz de necesitate, se va utiliza apă curată pentru spălare. - Apa uzată poate fi sursă a diverselor maladii, în special boli de piele. Din acest motiv este necesară evitarea contactului direct. În timpul operării la staţia de epurare se interzice luarea mesei, consumarea de băuturi de orice fel şi fumatul. După terminarea lucrului la staţie, mâinile se vor spăla cu apă caldă şi săpun. - Capacul deschis al staţiei va fi sprijinit cu bara de sprijin. - Operatorii staţiei vor fi vaccinati cel putin anti tetanos. - Trebuie asigurat ă interzicerea accesului neautorizat şi mai ales accesul pe capacul staţiei. Se interzice personalului - Orice intervenţie sau operare care nu corespunde instrucţiunilor din acest manual sau regulamentul de operare; - Să consume băuturi alcoolice înainte sau în timpul activităţii la staţie sau medicamente care 149
ar putea micşora vigilenţa; - Să intre în bazinele staţiei sau să păşească pe capacul acesteia; - Să facă orice intervenţie în interior fără a sprijini capacul staţiei.
4.5.5.2. Igienizarea Igienizarea cuprinde procesul de curăţire a zonelor de prelucrare a materiilor prime. Scopul igienizării este de a îndepărta resturile, de a reduce populaţia bacteriană şi a distruge microorganismele generatoare de afecţiuni. Igienizarea este o componentă importantă şi permanentă a activităţii de producţie, ea neluând practic sfârşit niciodată întro întreprindere de prelucrare a fructelor. Etapele igienizării sunt: curăţirea şi dezinfecţia, fiecare dintre ele având scopuri şi necesităţi de realizare diferite. Curăţirea constă în: pregătirea zonei pentru curăţire- se dezasambleză părţile lucrative ale echipamentului tehnologic şi se plasează piesele componente pe o masă sau rastel. - curăţirea fizică – se colectează resturile de pe echipamente şi pardoseli şi se depozitează într-un recipient. - prespălarea – se spală suprafeţele murdare ale utilajelor, pereţilor şi, în final pardoseala cu apă la 50-55º C. - curăţirea chimică – operaţia de îndepărtare a murdăriei cu ajutorul unor substanţe chimice aflate în soluţie, operaţia fiind favorizată de executarea concomitentă a unor operaţii fizice (frecare cu perii, tratarea cu ultrasunete, tratare cu abur prin intermediul dispozitivelor de pulverizare). Agenţii de curăţire, în mod ideal, trebuie să îndeplinească următoarele condiţii: - să aibă o capacitate de umectare mare, - să fie solubili în apă, iar după clătirae suprafeţelor curăţite să nu rămână urme de substanţe de curăţire, - să aibă toxicitate cât mai redusă şi să fie aprobate de organele sanitare, - să aibă efecte reduse ( sau să fie fără efect) asupra instalaţiei şi utilajului supuse operaţiei de curăţire chimică, - să fie cât mai inodor. - să fie ieftin, - să fie manipulat uşor, - să poată fi regenerat, - să nu fie sensibilă la variaţiile de duritate ale apei folosite, 150
- să aibă capacitate de dizolvare a sărurilor organice şi să le mărească solubilitatea în apă, - să nu formeze depuneri pe suprafeţele care au fost tratate cu soluţia chimică de curăţire, - să nu aibă capacitate de spumare prea mare, - să aibă şi capacitate antiseptică, - să poată fi degradat pe cale biologică. După ce a fost îndepărtată murdăria, pe suprafeţele curăţate va fi aplicat un dezinfectant pentru distrugerea microorganismelor. Substanţele dezinfectante trebuie să îndeplinească următoarele condiţii: - să nu fie toxice pentru om la dozele care se utilizează, - să nu imprime miros şi gust produselor alimentare, - să nu fie periculoase de manipulat, - să nu aibă acţiune corozivă, - să fie solubile în apă, - să aibe efect bactericid cât mai mare, - să aibă o bună capacitate de pătrundere, - să fie cât mai ieftine. Reguli de igienizare pentru personalul activ: Activităţile desfăşurate de angajaţii unităţii sunt foerte importante pentru controlul dezvoltării bacteriilor. Angajaţii trebuie să respecte următoarele cerinţe generale: -
să păstreze zonele de prelucrare şi manipulare foarte curate, să spele şi să dezinfecteze frecvent ustensilele în timpul lucrului,
-
să nu lase produsele să vină în contact cu suprafeţele ce nu au fost igienizate, să utilizeze numai cârpe de unică folosinţă pentru ştergerea mâinilor şi ustensilelor, să-şi asigure curăţenia corporală şi a îmbrăcămintei în mod permanent, să poarte capişon sau beretă curată pe cap pentru a evita o eventuală contaminare a produselor datorită căderii părului pe suprafaţa lor, la părăsirea WC-ului trebuie să-şi spele şi să-şi dezinfecteze mâinile, să nu fumeze în zonele in care se prelucrează fructele şi sucul, să păstreze îmbrăcămintea şi obiectele în vestiare, departe de orice zonă de producţie.
-
151
4.5.5.3. Norme de prevenire şi stingere a incendiilor Aceste norme prevăd în principal următoarele: - Toate clădirile de producţie vor fi prevăzute cu hidranţi de incendiu, interiori şi exteriori, având în dotare materialele şi mijloacele de prevenire a incendiilor; - Unitatea va dispune de o instalaţie de apă pentru stingerea incendiilor, separată de cea potabilă şi industrială şi va avea în permanenţă asigurată o rezervă suficientă pentru cazurile de întrerupere a alimentării cu apă; - Curtea întreprinderii va fi nivelată şi împărţită în mod corespunzător, pentru a asigura un acces uşor la clădiri şi interveni rapid în caz de incendiu, la mijloacele de prevenire şi stingere; - Personalul muncitor folosit la prevenirea şi stingerea incendiilor trebuie să cunoască şi să aplice întocmai normele, să întreţină în stare perfectă de funcţionare toate mijloacele de stingere, să menţină libere, curate şi în bună stare căile de acces, culoarele, scările şi să intervină imediat şi eficient la stingerea eventualelor incendii.
4.6. Deseuri, subproduse, coproduse, emisii de noxe Subproduse materiale si energetice, deseuri O cantitate importantă de deşeuri provin de la treapta mecanică de epurare şi sunt constituite din corpuri plutitoare de dimensiuni mari care sunt reţinute de grătare şi site şi din depuneri minerale de la deznisipatoare. Aceste deşeuri sunt colectate în containere unde se usucă şi apoi sunt deversate la groapa de gunoi a localităţii Epurarea apelor uzate, in vederea evacuarii in receptorii naturali sau recircularii lor, conduce la retinerea si formarea unor cantitati importante de namoluri ce inglobeaza atat materiile poluante din apele brute, cat si cele formate in procesul de epurare. O statie de epurare poate fi considerata eficienta nu numai daca efluentul se incadreaza in limitele impuse de calitatea receptorului, ci si daca namolurile rezultate au fost tratate suficient de bine in vederea valorificarii lor finale, fara a afecta calitatea factorilor de mediu din zona respectiva. La baza tuturor procedeelor de tratare a namolurilor stau doua procese tehnologice si anume stabilizarea prin fermentare (anaeroba sau aeroba) si eliminarea apei din namol (deshidratarea). Intre aceste doua procedee de baza exista diverse combinatii de procedee a caror aplicare se face diferentiat in functie de conditiile locale definite de cantitatea si calitatea namolurilor, de posibilitatea asigurarii terenurilor pentru amplasarea instalatiilor si constructiilor respective, de disponibilitatea de energie. 152
Procedeele de prelucrare conduc la obtinerea urmatoarelor tipuri de namoluri: - namol stabilizat (aerob sau anaerob); - namol deshidratat (natural sau artificial); - namol igienizat (prin pasteurizare, tratare chimica sau compostare); - namol fixat rezultat prin solidificare in scopul imobilizarii compusilor toxici; - cenusa rezultata din incinerarea namolurilor
Tratarea nămolului activ Procedeele de tratare a nămolurilor sunt multiple şi variate, cu mult mai multe faţă de cele folosite în tehnica epurării apelor uzate Nu se pot stabili reţele şi tehnologii universal valabile, ci fiecare obiectiv trebuie studiat în condiţiile sale specifice, pe baza cunoaşterii aprofundate a caracteristicilor nămolurilor supuse prelucrării şi a performanţelor obţinute în procesele unitare. La baza tuturor procedeelor de tratare a nămolurilor stau două procese tehnologice şi anume stabilizarea prin fermentare (anaerobă sau aerobă) şi eliminarea apei din nămol (deshidratare). Între aceste două procedee de bază există diverse combinaţii de procedee a căror aplicare se face diferenţiat în funcţie de condiţiile locale definite de calitatea şi cantitatea nămolurilor, de posibilitatea asigurării terenurilor pentru amplasarea instalaţiilor şi construcţiilor respective, de disponibilitatea de energie. Clasificarea procedeelor de tratare a nămolurilor se poate face după criteriul reducerii umidităţii, după criteriul diminuării componentei organice, după criteriul preţului de cost. Procedeele de prelucrare conduc la obţinerea următoarelor tipuri de nămoluri: - 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; - cenuşă, rezultată din incinerarea nămolurilor. Principalele tipuri de nămol ce se formează în procesele de epurare a apelor uzate sunt: - nămol primar, rezultat din treapta mecanică de epurare; - nămol secundar, rezultat din treapta de epurare biologică; -nămol amestecat (mixt), rezultat din amestecul de nămol primar cu nămol activ în exces; - nămol de precipitare, rezultat din epurarea fizico-chimică a apei uzate prin adaos de agenţi de neutralizare, precipitare, coagulare-floculare. În funcţie de compoziţia chimică, nămolurile pot fi: - nămoluri cu compoziţie predominant anorganică, care conţin peste 50 % substanţe minerale; - nămoluri cu compoziţie predominant organică, care conţin peste 50 % substanţe volatile. Ţinând seama de stadiul de prelucrare în cadrul staţiei de epurare, deosebim: - nămol primar brut; - nămol activ în exces proaspăt (nămol secundar); 153
- amestec de nămol proaspăt; - nămol stabilizat (aerob sau anaerob). Tratarea preliminară a nămolurilor Tratarea preliminară a nămolurilor constă în crearea condiţiilor favorabile necesare prelucrării ulterioare (deshidratarea naturală, artificială şi avansată). Condiţionarea chimică a nămolurilor cu reactivi chimici este o metodă de modificare a structurii sale, cu consecinţe asupra caracteristicilor de filtrare. Faza solidă a nămolului este formată, în principal din particule fine dispersate şi coloizi care sedimentează greu. Agenţii de condiţionare chimică a nămolului se pot grupa în trei categorii: - minerali: sulfat de aluminiu, clorhidrat de aluminiu, clorură ferică, sulfat feros, oxid de calciu; - organici: polimeri sintetici, produşi de policondensare, polimeri naturali; - micşti: amestec de polimeri sintetici cu săruri minerale sau amestec de coagulaţi minerali. Condiţionarea termică are în vedere modificarea structurii nămolului cu ajutorul temperaturii şi presiunii ridicate, astfel că nămolul poate fi deshidratat mecanic fără a apela la condiţionarea chimică. Condiţionarea termică se realizează la temperatura de 100 – 200 °C, presiunea de 1 – 2,5 bar şi durate de încălzire până la 60 minute, depinzând de tipul şi caracteristicile nămolului şi de procedeul utilizat.
Elutrierea (spălarea nămolurilor), împreună cu condiţionarea chimică ocupă un loc important în cadrul tratării importante a nămolurilor. Elutrierea nămolului este un proces fizic de condiţionare care asigură scăderea rezistenţei specifice la filtrare prin eliminarea din nămolul fermentat sau brut mineral a coloizilor şi a particulelor fin dispersate. Pe de altă parte, elutrierea reduce şi alcalinitatea nămolului, necesară în special, când se prevede folosirea de reactivi pentru condiţionarea nămolului (cazul vacuumfiltrelor). Alte procedee de condiţionare se referă la procedeul prin îngheţarea nămolului care este similar cu condiţionarea termică. La temperaturi scăzute, structura nămolului se modifică, iar la dezgheţare cedează cu uşurinţă apa. Condiţionarea cu material inert trebuie analizată pentru anumite tipuri de nămol şi surse de materiale inerte locale, fie pentru creşterea puterii calorice a nămolului, fie pentru valorificarea nămolului în agricultură. Deshidratarea nămolului. În mod obişnuit, nămolurile trebuie transportate cu vehicule la locul de valorificare sau de depozitare finală. Această operaţie nu este posibilă deoarece nămolurile fermentate conţin mari cantităţi de apă, umiditatea lor ajungând la 95 – 97%. Această situaţie impune aplicarea unui proces de deshidratare chiar în staţia de epurare; prin aceasta volumul lor se reduce considerabil şi devin transportabile la uscat. Deshidratarea se poate realiza prin următoarele procedee: - naturale, de evaporare şi drenare; - artificiale care pot fi mecanice şi termice. 154
În funcţie de gradul de reducere a umidităţii, deosebim următoarele metode de prelucrare a nămolurilor: - deshidratarea naturală cu reducerea de umiditate la 75 – 80%; - deshidratarea mecanică, până la 50 – 75%; - deshidratarea termică, până la 20 – 30%.
Valorificarea şi evacuarea finală Valorificarea nămolurilor nu constituie un scop în epurarea apelor uzate urbane, ea trebuie considerată numai ca fiind un mijloc de îndepărtare raţională a substanţelor nocive din apele uzate. Nămolul din staţiile de epurare urbane conţin, în afară de gazele de fermentare, unele substanţe care pot fi valorificate. Unele dintre acestea, cum sunt substanţele hrănitoare pentru sol şi plante şi-au găsit o largă utilizare. În schimb, recuperarea de metale şi de alte substanţe utile se aplică în special la nămolurile provenite din apele uzate industriale. Folosirea nămolului în agricultură se face sub formă de nămol lichid proaspăt, nămol lichid stabilizat aerob, nămol lichid pasteurizat, nămol deshidratat, nămol compostat, nămol uscat, în toate cazurile fiind obligatoriu a respecta normele şi restricţiile ecologice recomandate de agenţiile de protecţia mediului. Pentru nămoluri ce nu se pretează la valorificare sau pentru cele care nu au încă create condiţii de valorificare, se pune problema unei depozitări finale, în condiţii corespunzătoare de protecţie a mediului înconjurător. În acest scop, se pot folosi iazurile de nămol, halde speciale de depozitare, în subteran, evacuarea în mare la distanţe convenabile faţă de ţărm şi la o anumită adâncime.
155
Cap. 5. Analiza tehnico-economica Calculul economic 1. Valoarea terenului, clădirilor şi amenajărilor
Element construcţie
Suprafaţă(m2)
Teren
Teren construcţie
15.000
Clădiri
Birouri, ateliereanexe
300
Preţ total (RON) 40.000
315.000 480.000
Utilaje
14.450
Amenajări
Zone de circulaţie, 150 acces, parcare
10.000
Spaţii verzi
5.000
100
850.000
2. Valoarea utilajelor Valoarea totală
Nr.crt.
Denumire utilaj
1.
Grătare
2.500
2.
Deznisipatoare
3.000
3.
Separatoare de grăsimi
2.500
4.
Decantoare
10.000
5.
Bazin de aerare
5.000
6.
Îngroşător de nămol
4.200
7.
Metatancuri
3.700
8.
Gazometre
2.700
Valoarea totală
(RON)
33.600
156
3. Valoarea mobilierului şi a obiectelor de inventar
Sectoare
Obiecte mobilier
Valoare argintie
Nr.
500
1
500
50
4
200
500
1
500
Băncuţe
50
4
200
Birou
450
1
450
Scaune
150
3
450
Cuier
60
1
60
Corp bibliotecă
500
1
500
Calculator
3.500
1
3.500
Vestiar oraş
ţinută Dulap
Vestiar lucru
ţinută Dulap
Băncuţe
Birou
Laborator
Valoare dotare
Dotare ustensile, aparatură, etc
(RON)
20.000
Valoare totală
26.360
4. Aprovizionare materiale
Element
Valoare totală ( RON/lună)
Materiale igienizare
2.000
Reactivi analize
12.000
Echipamnet protecţia muncii
800
Formulare, evidenţă, certificate de calitate
1.800
Valoare toatală
16.600
Valoare aprovizionare materiale anual 199.200
5. Aprovizionare cu materiale de întreţinere, reparaţii şi piese de schimb Cotă din valoarea utilajelor
3%
157
Valoare în lei
1.008
Valoarea investiţiei va fi de : 1.200.168 RON
6. Cheltuieli cu utilităţile Element
UM
Necesar zilnic
Necesar lunar
Preţ unitar
Energie elecrică
kWh
1.200
36.000
0,36
Valoare (RON) Zilnic
Lunar
432
12.960
Total
12.960
7. Salarii directe
Denumire post
Necesar
Salariu brut lunar Total (RON) (RON)
Maistru
1
750
750
Necalificat
12
500
6.000
Verificator canal
2
500
1.000
Şofer
1
550
550
Electromecanic
2
600
1.200
Electrician
4
500
2.000
Lăcătuş
1
500
500
Maşinist
4
550
2.200
Mecanic
11
550
55.000
Sudor
1
550
550
Laborator
Laborant
9
650
5850
Laborator
Biolog
1
800
800
49
7.000
76.400
Secţia
Staţia de epurare
Total
lunar
8. Salarii indirecte Denumire post
Necesar
Salariu brut lunar
Total lunar (RON)
Femeie de serviciu
2
375
750
158
Portar
3
375
1125
Total
5
750
1875
9. Salarii personal TESA Denumire post
Necesar
Salariu (RON)
Director
1
1.500
1.500
Contabil
2
850
1.600
Ingineri
3
900
2.700
3.250
5.800
TOTAL
brut
lunar Total lunar (RON)
10. Cheltuieli întreţinere – reparaţii Element
Cota lunară (%)
Valoarea lunară (RON)
Utilaje
1
336
Clădiri
0,15
562,5
TOTAL
898,5
Costul apei epurate : C =
A [lei / m 3 ] Q
A – cheltuieli anuale de exploatare ; Q – cantitatea de apă epurată într-un an [m 3 ]
C =
2375370 2967888
= 0,8 ( RON )
Cap. 6. Bibliografie 1.
Angelescu A., Ponoran I., Ciubotaru V. – Mediul ambiant şi dezvoltarea durabilă, Bucureşti, Editura ASE, Bucureşti, 1999.
159
2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19.
20.
Banu, C. coordonator, ş.a. - Manualul inginerului de industrie alimentară, vol. 1, Ed. Tehnică, Bucureşti 2002. Banu, C. coordonator, ş.a. - Manualul inginerului de industrie alimentară, vol. 2, Ed. Tehnică, Bucureşti 2002. Banu, C. - Progrese tehnice, tehnologice şi ştiinţifice în industria alimentară, Vol. 2, Ed. tehnică, Bucureşti, 1993. Blitz E. – Epuarea apelor uzate menajere şi orăşeneşti, Editura Tehnică Bucureşti, 1966. E.A. Bratu. - Operaţii unitare în ingineria chimică, Vol. II si III Chiriac V. – Instalaţii pentru epurarea apelor uzate reziduale, Editura Tehnică, Bucureşti, 1966. C. Gheorghe, Ianuli V. – Staţii de epurare a apelor uzate orăşeneşti, exemple de calcul, Institutul de construcţii Bucureşti. Dima M. s.a. – Bazele epurării biologie a apelor uate, Editura ETP Tehnopress, Iaşi, 2002. Dima. M. – Epurarea apelor uzate urbane, Editura Junimea Iaşi, 1998. Dumitrescu D. – Manualul inginerului hidro-tehnician, Editura Tehnică, Bucureşti, 1970. Gavrilă, L. – Apele industriale, Ed. Tehnica – Info, Chişinău, 2002 Gavrilă, L. – Transportul fluidelor în industria alimentară, Ed. Tehnica – Info, Chişinău, 2002 Gavrilă, L. - Fenomene de transfer, Vol. 1, Ed. Alma Mater, Bacău, 2000 Gavrilă, L. - Fenomene de transfer, Vol. 2, Ed. Alma Mater, Bacău, 2000 Ghederim V. – Condiţionarea nămolurilor, în protecţia, tratarea şi epurarea apelor, Editura Tehnică, Bucureşti, 1975. Ionescu T.D. – Schimbători de ioni, Editura Tehnică, Bucureşti, 1964 Macovei, M.V.- Culegere de caracteristici termofizice pentru biotehnologie şi industrie alimentară, Ed. Alma, Galaţi, 2000. Murgoci C. – Contribuţii la optimizarea procesului de epurare biologică a apelor uzate, orăşeneşti în bazine cu nămol activ, Teză de doctorat I.C.B., Bucureşti, 1987. Neculescu M. – Epurarea apelor uzate orăşeneşti, Editura Tehnică, Bucureşti, 1974.
160
21. 22.
23.
24.
25. 26.
27. 28. 29. 30. 31. 32. 33.
Neculescu M. – Epurarea apelor uzate industriale, Editura Tehnică, Bucureşti, 1987. Nistor D., Siminiceanu L., Azzouz A. – Clays for treatment of Nicontaing waterwastes – Effect oftemperatur, Studii şi Cercetări Ştiinţifice, vol.III, 2002. Nistor D., Siminiceanu L., Azzouz A. – Comparative stidy of the depolluting performnces of chemically modified clays, Studii şi Cercetări Ştiinţifice, vol.HI, (ISSN 1582 – 540X), 2002. Nistor D., Surpăţeanu G., Miron D., Azzoz A. – Etude par TPD des proprietes acido-asiques d’argiles modifiees, Accepted for publication in J. Therm. Analysis, 2003. Răşenescu, I. - Operaţii şi utilaje în industria alimentară, Ed. tehnică, Bucureşti, 1987 Robescu Dan, Robescu Diana, Lanyi S., Ionel C. – Tehnologii, instalaţii şi echipamente pentru epurarea apei, Editura Tehnică, Bucureşti, 2000. Robescu Dan Robescu Diana. – Instalaţii şi ehipamente pentru epurarea apei, Curs Lito, U.P.B., 1995. Robesen D. – Tehnologii, instalaţii şi echipamente pentru epurarea apei, Editura Tehnică, Bucureşti, 2000. Rojanschi V., Ognea T. – Cartea operatorului din staţiile de tratare şi epurare a apelor, Editura Tehnică, Bucureşti, 1989. ***STAS 10859-84. – Staţii de epurare a apelor uzate provenite de la centrale populate, Studii şi cercetări pentru proiectare. Stoianovici S., Robescu D. – Procedee şi echipamente necesare pentru tratarea şi epurarea apei, Editura Tehnică, Bucureşti, 1982. http://www.utm.md/master/curs/man_ape.html www.amistad.as.ro/Teau.
161
