Cal In

8/4/2019 Cal In

1/187

MINISTERUL EDUCAIEI, CERCETRII I TINERETULUIUNIVERSITATEA TEHNIC DE CONSTRUCII BUCURETI

FACULTATEA DE HIDROTEHNICCatedra de Inginerie Sanitari Protecia Apelor

-Bucureti 2008-

8/4/2019 Cal In

2/187

PREFATA

Lucrarea cu titlul EPURAREA AVANSAT A APELOR UZATE - Staii

compacte de capacitate mic a aprut dintr-o necesitate obiectiv privind epurarea apelor

uzate din comunitile cu un numr mic de locuitori. Atenia acordat calitii mediului i

noile cerine, din ce n ce mai restrictive, att cu privire la emisiile de substane poluante, ct

i la controlul acestora, impune ca aceste staii compacte s realizeze parametrii conform

normativele n vigoare.

Lucrarea are la baz sinteza cercetrilor efectuate pe plan mondial privind procesele de

epurare avansat (nitrificare, denitrificare i eliminarea fosforului) a apele uzate precum i

cercetrile in situ efectuate pe trei staii compacte de capacitate mic.

Pentru stabilirea performanelor staiilor de epurare compacte am urmrit funcionarea

staiilor compacte cu pelicul fixat, folosite n aplicaii diferite:

epurarea apelor uzate rurale; epurarea apelor uzate din Parcurile industriale; epurarea apelor uzate de la o fabric de igarete unde staia compact

este folosit ca treapt de epurare avansat.

Doresc s mi exprim mulumirea i recunotina fa de domnul prof. univ. dr. ing.

Marin SANDU care mi-a oferit un sprijin deosebit pe parcursul elaborrii tezei de doctorat.

Mulumesc colegilor din catedra Inginerie Sanitari Protecia Apelor pentru sprijinul moral.

Mulumesc conducerii firmei DANEX Consult pentru permisiunea de a efectua

experimentrile in situpe staiile de epurare i de-a folosi datele n tez. Mulumesc n mod

deosebit domnului Director General Dan Dumitrescu pentru tot sprijinul oferit n obinerea

datelor tehnico-economice.

Angela CLIN

8/4/2019 Cal In

3/187

CUPRINS

2

C U P R I N S

Pag.

1. OBIECTIVELE LUCRRII......................................................................... 51.1. Necesitatea obiectiv.................................................................................5

1.2. Obiectivele studiilori cercetrilor...........................................................6

1.3.Reglementri legislative.............................................................................7

2. CALITATEA APELOR UZATE.................................................................12

2.1. Caracteristicile calitative ale apelor uzate menajere................................12

2.1.1.Caracteristici fizice...........................................................................122.1.2 Caracteristici chimice.......................................................................13

2.1.3. Caracteristici bacteriologice............................................................15

2.1.4.Caracteristici biologice....................................................................16

2.2. Caracteristicile apelor uzate provenite de la colectiviti mici.................16

2.3. Metode de determinare a principalilor indicatori de calitate ai apelor

uzate.............................................................................................................18

2.3.1. Determinarea consumului biochimic de oxigen (CBO5).................18

2.3.2. Determinarea consumului chimic de oxigen CCO).........................19

2.3.3. Determinare materiilor totale n suspensie (MTS)..........................202.3.4. Determinare azot Kjeldahl...............................................................21

2.3.5. Determinare fosfor total..................................................................23

2.4. Efectele nutrienilor asupra resurselor de ap..........................................25

2.4.1. Efectele eutrofizrii asupra mediului...............................................27

2.4.1.1. Influenele asupra ecositemului.................................................27

2.4.2.2 Influenele asupra microbiotei acvatice......................................27

3. PROCESE I TEHNOLOGII DE EPURARE AVANSAT....................323.1.Procese biochimice folosite pentru ndeprtarea azotului din apele

uzate........................................................................................................32

3.1.1. Procese de nirificare........................................................................32

3.1.1.1.Fundamentele nitrificrii.....................................................32

3.1.1.2. Metabolism i stoichiometrie.................................................32

3.1.1.3. Cinetica nitrificrii.................................................................35

3.1.1.4. Factori care influeneaz nitrificarea.....................................38

3.1.1.4.1. Temperatura................................................................383.1.1.4.2. Concentraia de oxigen dizolvat..................................38

3.1.1.4.3. pH ul.........................................................................393.1.1.4.4. Inhibitori......................................................................39

8/4/2019 Cal In

4/187

CUPRINS

3

3.1.2. Procesele de denitrificare.................................................................39

3.1.2.1. Introducere.............................................................................39

3.1.2.2. Microbiologie i ci metabolice.............................................39

3.1.2.3. Ecuaiile teoretice stoichiometrice........................................41

3.1.2.4. Denitrificarea heterotrof.......................................................423.1.2.5. Denitrificarea autotrof..........................................................44

3.1.2.6 Cinetica denitrificrii...............................................................45

3.1.2.7. Factori care influeneaz procesul de denitrificare.................47

3.2.Procese folosite pentru ndeprtarea fosforului din apele uzate....................493.2.1.Procese biochimice folosite pentru ndeprtarea fosforului

din apele uzate......................................................................................49

3.2.1.1.Procesele metabolice................................................................493.2.1.2.Cinetica procesului de eliminare a fosforului pe cale

biologic..................................................................................523.2.2.Procese chimice folosite pentru ndeprtarea fosforului din apele

uzate.....................................................................................................56

3.2.2.1. Precipitarea chimic.................................................................56

3.2.2.2.Precipitarea fosforului cu var....................................................57

3.2.2.3. Precipitarea fosforului cu aluminiu..........................................57

3.2.2.4. Precipitarea fosforului cu fier...................................................58

3.3. Tehnologii de epurare avansata....................................................................59

3.3.1.Tehnologii de ndeptare a azotului.....................................................59

3.3.1.1.Preanoxic................................................................................593.3.1.2.Postanoxic................................................................................64

3.3.1.3. Nitrificare/Denitrificare simultan...........................................67

3.3.1.4.Tehnica de epurare biologic n trepte (STEP-FEED)..............68

3.3.1.5.Tehnica de cascad....................................................................70

3.3.2.Tehnologii de ndeprtare a fosforului..................................................73

3.3.2.1.Tehnologii de ndeprtare biologic a fosforului.......................73

3.3.2.2. Tehnologii de ndeprtare biologic combinat a azotului

i fosforului...............................................................................79

4. STADIUL ACTUAL AL EPURRII AVANSATE CU STAII

COMPACTE.....................................................................................................85

4.1. Staie de epurare compact cu epurare biologic Resetilovs...................85

4.1.1.Schema tehnologic.........................................................................85

4.1.2 Alegerea tipului de staie.................................................................92

4.2.Statie de epurare cu namol activat tip ADIPUR....................................98

4.2.1.Obiectele tehnologice din staia de epurare.....................................98

4.2.2.Filiera tehnologic .........................................................................99

4.2.3.Fluxul tehnologic...........................................................................994.3. Staii de epurare a apelor uzate tip BIO CLEANER..............................101

8/4/2019 Cal In

5/187

CUPRINS

4

4.3.1. Elemente componente...................................................................1014.3.2. Fluxul tehnologic..........................................................................101

4.4. Staie de epurare mecano-biologic cu nmol activate i filtrare prin

membrane, (DAUSER)........................................................................1074.4.1.Fluxul tehnologic...........................................................................107

4.4.1.1.Treapta de epurare mecanica..............................................107

4.4.1.2.Treapta de epurare biologica..............................................1074.4.1.3.Treapta de tratare a namolului............................................110

5. EXPERIMENTRI IN SITU A STAIILOR DE EPURARE AVANSAT

COMPACTE.........................................................................................................................112

5.1. Experimentri in situ............................................................................112

5.1.1 Obiectivele cercetrilor experimentale..........................................112

5.1.2 Staia de epurare Parc Industrial SA Valenii de Munte............1155.1.3 Statia de epurare Comuna ORLAT, jud. Sibiu..............................119

5.1.4 Staia de epurare de la fabrica de igarete Philip Morris...............124

5.2 Interpretarea rezultatelor experimentale....................................................131

5.2.1. Statia de epurare Parc Industrial SA Valenii de Munte.............131

5.2.2. Staia de epurare ORLAT, jud. Sibiu............................................140

5.2.3. Staia de epurare Philip Morris......................................................148

6.OPERAREA STAIILOR DE EPURARE COMPACTE. .....................158

6.1. Monitorizarea staiilor de epurare compacte de capacitatemic...................................................................................................................158

6.2. Msuri pentru remedierea defeciunilor care apar n staiile de epurare

compacte de capacitate mic...............................................................162

6.3. Indicatori tehnico-economici...................................................................168

7. CONCLUZII................................................................................................172

7.1. Coninutul lucrrii...................................................................................172

7.2. Elemente originale n lucrare..................................................................175

7.3. Perspectiva dezvoltrii Staiilor compacte.............................................176

BIBLIOGRAFIE........................................................................................178

8/4/2019 Cal In

6/187

Capitolul 1- OBIECTIVELE LUCRRII

5U.T.C.B. Catedra ISPA

OBIECTIVELE LUCRRII

1.1. Necesitatea obiectivn perioada actual, pe fondul dezvoltrii zonelor de locuit, inclusiv n zone izolate,

necesitatea epurarrii apelor uzate din comuniti reduse a impus folosirea unor staii de

epurare compacte de capacitate mic. Atenia acordat calitii mediului i noile cerine din ce

n ce mai restrictive, att cu privire la emisiile de substane poluante, ct i la controlul

acestora, impune ca aceste staii compacte s realizeze parametrii impui pentru evacuarea

apelor uzate conform normativele n vigoare.

Necesitatea abordrii lucrrii intitulat EPURAREA AVANSAT A APELOR

UZATE- Staii compacte de capacitate mic este dat i de obligaiile din Capitolul 22

Mediu. Ca urmare a acestor negocieri au rezultat pentru Romnia o serie de angajamente ce

implic investiii considerabile n sectorul de api ap uzat n decursul unor perioade de

tranziie relativ scurte. n conformitate cu Tratatul de Aderare, Romnia a obinut perioade de

tranziie pentru conformarea cu aquis-ul comunitar pentru colectarea, descrcarea i epurarea

apelor uzate: pn n 2015 pentru 263 de aglomerri mai mari de 10.000 locuitori echivaleni

(l.e) i pn n 2018 pentru 2346 de aglomerri ntre 200 i 10.000 locuitori echivaleni.

Respectarea acestor angajamente presupune investiii de aproximativ 19 miliarde Euro

n infrastructura de ap, presiunea cea mai mare fiind n urmtorii 6 - 7 ani din cauza

termenelor de conformare foarte stringente.

Extinderea i modernizarea sistemelor de ap i ap uzat reprezint domeniul

prioritar de finanare din Programul Operaional Sectorial Mediu (POS Mediu), document

strategic care st la baza finanrii europene a investiiilor de mediu n perioada 2007- 2013.

Pentru axa prioritar 1 contribuia financiar a Uniunii Europene poate ajunge pn la 85%

din necesarul de finanare calculat la nivelul proiectului, cofinanarea fiind asigurat din

bugetul naional i local.

Prin adoptarea aquis-ul de mediu, Romnia i-a stabilit ca obiectiv colectarea, pn n

2015, a 69% din apele deversate, ceea ce reprezint o dublare a capacitii disponibile la

nivelul anului 2004.

8/4/2019 Cal In

7/187



1.2. Obiectivele studiilor i cercetrilor

Lucrarea intitulat EPURAREA AVANSAT A APELOR UZATE- Staii

compacte de capacitate mic, prezint diferite procese, procedee i tehnologii folosite n

staiile de epurare compacte de capacitate mici pune accentul pe reinerea compuilor de

azot i de fosfor din apele uzate n vederea obinerii unor performane deosebite n privina

calitii efluenilor.

Prezenta lucrare are la baz documentarea n domeniul epurrii apelor uzate i

cercetrile "in situ" efectuate de autoare n perioadaseptembrie 2005 iulie 2008 pe staii de

epurare compacte de capacitate mic ce funcioneaz n ara noastr.

Folosirea staiilor de epurare compacte este impus de necesitatea epurrii apelor uzate

produse n folosine cu un numr mic de l.e. cum sunt: coli, tabere, campinguri, hoteluri,

moteluri, hanuri, cabane, case particulare, parcuri industriale, localiti pn la 10.000

locuitori i care nu sunt ncorporate unei aglomerri care dispune de o staie de epurare. n

categoria staiilor de epurare de capacitate mic sunt cuprinse dou categorii: staii de epurare

foarte mici: Qu zi max < 5 l/s i staii de epurare mici:Qu zi max = 5 l/s....50 l/s.

Toate staiile de epurare compacte prezentate au n componen tehnologii de epurare

avansat pentru eliminarea azotului i fosforului i o serie de obiecte tehnologice: grtare rare

i/sau dese, cu/fr compactor de reineri; deznisipatoare - separatoare de grsimi; bazine deegalizare-omogenizare, toate acestea asigurnd pre-epurarea i condiiile unei epurri

biologice cu eficien sporit.

Epurarea biologic n staiile compacte se realizeaz fie cu mas biologic n

suspensie (nmol activat) fie cu mas biologic fixat (pelicul biologic). n treapta de

epurare biologic se urmrete ndeprtarea substanelor organice, a azotului prin procese de

nitrificare denitrificare i a fosforului prin procese biologice. O parte din staiile de epurare

compacte nu au prevzut decantarea secundar (Resetilovs) deoarece n treapta de epurarebiologic se produce o cantitate foarte mic de mas biologic n exces, altele prevd decantor

secundar clasic (Bio Cleaner, Adipur) iar alte tehnologii realizeaz separarea masei biologice

de ap epurat prin filtrare pe membrane (Dauser).

Avantajele folosirii staiilor de epurare compacte sunt:

- ocup o suprafa mic de teren de la 10 m2 la 500-600 m2, n funcie decapacitatea staiei;

- timp de utilizare ndelungat, datorit materialelor de construcie anticorozive (oelinox, PVC, PP, etc.) ;

8/4/2019 Cal In

8/187



- staiile de epurare sunt containerizate ;- consum redus de energie, ntre 0,45 i 1,45 kWh/m3 ap epurat ;- complet automatizate;- necesit personal redus de exploatare; 1- 2 persoane.

Dezavantajele folosirii staiilor de epurare compacte de capacitate mic sunt:

- pentru staiile de epurare de capacitate foarte mic nu este avantajos, din punct devedere economic, s se prevad deshidratarea nmolului. n lipsa deshidratrii

nmolului (primari secundar), acesta este ndeprtat din staie prin vidanjare;

- costuri de investiie/m3 ap uzat mai mari dect la staiile de capacitate mare.Pentru stabilirea performanelor staiilor de epurare compacte am urmrit funcionarea

staiilor compacte cu pelicul fixat folosite pentru epurarea apelor uzate n aplicaii diferite:

epurarea apelor uzate comunale; epurarea apelor uzate dintr-un parc industrial; epurarea apelor uzate de la o fabric de igarete unde modulul biologic

cu pelicul fixat este folosit ca treapt de epurare avansat.

Concluziile monitorizrii acestor staii pe perioade diferite de timp sunt prezentate nlucrarea de fa.

1.3. Reglementri legislative

Date fiind problemele complexe pe care le ridic existena poluanilor n efluenii

staiilor de epurare, descrcai n emisarii naturali i eforturile financiare deosebite pe care le

presupune rezolvarea lor, sunt impuse o serie de condiii, reglementate la nivel local prin

Normele Tehnice privind colectarea, epurarea i evacuarea apelor uzate oreneti, NTPA -

011/2002 [126] i prin Normativul privind stabilirea limitelor de ncrcare cu poluani a

apelor uzate industriale i oreneti la evacuarea n receptorii naturali, NTPA - 001/2005

[125]. Limitele maxime admisibile stabilite prin aceste normative corespund directivelor

91/271/EEC [132] i 91/276/EEC , elaborate de Comisia Comunitii Economice Europene.

n tabelul nr. 1.1. sunt prezentate normele tehnice, hotrrile i standardele naionale

ce reglementeaz condiiile de descrcare n mediu natural a apelor uzate.

8/4/2019 Cal In

9/187



Tabel 1.1. -Norme tehnice, hotrri i standarde naionale care reglementeazcondiiile de descrcare n mediul natural a apelor uzate

NTPA 002/2005 Normativ privind condiiile de evacuare a apelor uzate oreneti;aprobate prin H.G. nr.188-2002, cu modificrile ulterioare.

NTPA 001/2005 Normativ privind stabilirea limitelor de ncrcare cu poluani a apeloruzate industriale i oreneti la evacuarea n receptorii naturali

NTPA 011/2005 Norme tehnice privind colectarea, epurareai evacuarea apelor uzateoreneti

Hotrrea Guvernuluinr. 188-2002

Norme privind condiiile de descrcare n mediu acvatic a apelor uzate

Hotrrea Guvernuluinr. 352/2005

Hotrrea de Guvern privind modificarea i completarea Hotrrii deGuvern nr. 188/2002 pentru aprobarea unor norme privind condiiilede descrcare n mediu acvatic a apelor uzate

Ordonana de urgen

nr. 152/2005

Ordonana de urgen privind prevenirea i controlul integrat al

polurii

Valorile limit de ncrcare cu poluani a apelor uzate industriale i oreneti

evacuate n receptorii naturali conform NTPA 001/2005 sunt prezentate n tabelul nr. 1.2. i se

aplic tuturor categoriilor de eflueni provenii sau nu din staiile de epurare.

Tabel nr. 1.2. - Valorile limitde ncrcare cu poluani a apelor uzate industriale i

urbane evacuate n receptorii naturali

Nr.

crt

Indicatorul de calitate U:M: Valorile limitadmisibile

A. Indicatori fizici

1 Temperatura oC 35

B. Indicatori chimici

2 pHunitipH

6,5-8,5

3 Materii n suspensie (MS) mg/dm3 35,0 (60,0)

4Consum biochimic de oxigen la 5zile(CBO5)

mgO2/dm

320 (25,0)

5Consum chimic de oxigen - metoda cudicromat de potasiu (CCO-Cr)

mgO2/dm

370 (125,0)

6 Azot amoniacal (NH4+) mg/dm3 2,0 (3,0)

7 Azot total (N) mg/dm3 10,0 (15,0)

8 Azotai (NO3-) mg/dm3 25,0 (37,0)

9 Azotii (NO2-) mg/dm3 1 (2,0)

8/4/2019 Cal In

10/187



Nr.

crt


10 Sulfuri i hidrogen sulfurat (S2-) mg/dm3 0,5

11 Sulfii (SO32-

) mg/dm

3

1,012 Sulfai (SO4

2-) mg/dm3 600,0

13Fenoli antrenabili cu vapori de ap(C6H5OH)

mg/dm3 0,3

14Substane extractibile cu solveniorganici

mg/dm3 20,0

15 Produse petroliere mg/dm3 5,0

16 Fosfor total (P) mg/dm3 1,0 (2,0)

17 Detergeni sintetici mg/dm3 0,5

18 Cianuri totale (CN) mg/dm3 0,1

19 Clor rezidual liber (Cl2) mg/dm3 0,2

20 Cloruri (Cl-) mg/dm3 500,0

21 Fluoruri (F-) mg/dm3 5,0

22 Reziduu filtrat la 1050C mg/dm3 2.000

23 Arsen (As+) mg/dm3 0,1

24 Aluminiu (Al3+) mg/dm3 5,0

25 Calciu (Ca2+) mg/dm3 300,0

26 Plumb (Pb2+) mg/dm3 0,2

27 Cadmiu (Cd2+) mg/dm3 0,2

28 Crom total (Cr3+ + Cr6+) mg/dm3 1,0

29 Crom hexavalent (Cr6+) mg/dm3 0,1

30 Fier total ionic (Fe2+, Fe3+) mg/dm3 5,0

31 Cupru (Cu2+) mg/dm3 0,1

32 Nichel (Ni2+) mg/dm3 0,5

33 Zinc (Zn2+) mg/dm3 0,5

34 Mercur (Hg2+) mg/dm3 0,05

35 Argint (Ag+) mg/dm3 0,1

36 Molibden (Mo2+) mg/dm3 0,1

8/4/2019 Cal In

11/187



Nr.

crt


37 Seleniu (Se2+) mg/dm3 0,1

38 Mangan total (Mn) mg/dm

3

1,039 Magneziu (Mg2+) mg/dm3 100,0

40 Cobalt (Co2+) mg/dm3 1,0

Referitor la concentraiile nutrienilor n efluenii staiilor de epurare din Romnia,

prin Normele Tehnice de Protecia Apelor nr. 011 i 001 adoptate n anul 2005 i directiva

91/271/EEC, se impun limitele prezentate n tabelul 1.3. [131][132 ]

Tabel nr. 1.3.Prescripii referitoare la evacurile provenite din staiile de epurare aapelor uzate (se aplicvalorile de concentraie sau procentele de reducere)

Indicatori/Parametrii de

calitate

Concentraie

(mg/dm3)

Procentul minim de

reducere

(%)

Consum biochimic de oxigen(CBO5), fr nitrificare

25 mg O2/dm3 70 - 90

Consum chimic de oxigen(CCO-Cr)

125 mg O2/dm3 75

Materii n suspensii 35 mg /dm3 90

Evacurile din staiile de epurare a apelor uzate oreneti n zonele sensibile supuse

eutrofizrii, identificate ca atare, trebuie s ndeplineasc suplimentar prescripiile din tabelul

1.4.

Tabelul 1.4. Prescripiile referitoare la evacurile din staiile de epurare a apelor

uzate oreneti n zonele sensibile supuse eutrofizrii

Indicatori/Parametrii decalitate

Concentraie

(mg/dm3)

Procentul minim de reducere

(%)

Fosfor total 2 mg /dm3

(10.000 100.000 l.e.) 80

1 mg /dm3

(10.000 100.000 l.e.)

8/4/2019 Cal In

12/187



Indicatori/Parametrii decalitate

Concentraie

(mg/dm3)

Procentul minim de reducere

(%)

Azot total 15 mg /dm3

(10.000 100.000 l.e.) 70 -80

10 mg /dm3

(10.000 100.000 l.e.)

8/4/2019 Cal In

13/187

Capitolul 2- CALITATEA APELOR UZATE


CALITATEA APELOR UZATE

2.1. Caracteristicile calitative ale apelor uzate menajere

Caracteristicile calitative ale influentului (apele uzate brute care sunt admise n staia

de epurare) se stabilesc astfel:

Pe baza studiilor hidrochimice efectuate nainte de proiectarea staiilor noi; Prin analiza bazei de date (rezultatele rapoartelor de monitorizare) pentru

staiile de epurare existente care necesit extindere sau retehnologizare;

Prin asimilarea valorilor indicatorilor de calitate nregistrai la alte staii deepurare care deservesc localiti cu sistem de canalizare, dotri edilitare,

activiti sociale i industriale similare i un numr apropiat de locuitori;

Prin calculul principalilor indicatori de calitate pe baza ncrcrilor specificede poluant (g/om,zi).

Substanele poluante care se gsesc n apele uzate determin caracteristicile calitative

ale acestora. Principalii indicatori de calitate sunt clasificai n 4 categorii : fizice, chimice,

bacteriologice i biologice.

2.1.1. Caracteristici fizice

Caracteristicile fizice ale apelor uzate sunt : turbiditatea, culoarea, mirosul i

temperatura.

Turbiditatea apelor uzate indic n mod grosier coninutul de materii n suspensie.

Turbiditatea se exprim n grade NTU. Turbiditatea nu este o analiz curent a apelor uzate.

Culoarea apelor uzate proaspete este gri deschis, apele uzate n care substanele

organice au intrat n fermentaie au culoarea gri nchis. Apele uzate care au culori diferite de

cele de mai sus indic ptrunderea n reea a unor cantiti importante de ape uzate industriale,

care pot da culori diferite apei, n funcie de natura i proveniena impurificatorilor.Mirosulapelor uzate proaspete este un miros specific aproape insesizabil. Mirosul de

ou clocite (datorit H2S) sau alte mirosuri indic c materia organic din apa uzat a intrat n

descompunere sau existena unor substane chimice din ape uzate industriale.

Temperatura este caracteristica fizic cea mai important care influeneaz cele mai

multe reacii chimice i biologice care se produc n apele uzate. Temperatura apelor uzate este

de obicei mai ridicat dect a apelor de alimentare, cu 2 3oC. La temperaturi mai mari viteza

de descompunere a substanelor organice este mai mare, pe de alt parte, odat cu creterea

8/4/2019 Cal In

14/187



temperaturii coninutul de oxigen scade i respectiv procesele de descompunere i ncetinesc

ritmul.

2.1.2.Caracteristici chimice

Apele uzate oreneti prezint caracteristici diferite de la un ora la altul, acestea

trebuie s fie determinate pentru fiecare locaie prin analize de detaliu.

Principalele caracteristici chimice ale apelor uzate sunt :

Materiile solide totale. Materiile solide totale precum i cele dou componente ale

acestora : materiile solide n suspensie i materiile solide dizolvate, sunt caracteristici

importante, care servesc la stabilirea eficienei procesului de epurare n diferite etape.

Materiile solide n suspensie, pot fii separabile prin decantare (> 100 ) i materii coloidale

(ntre 1 i 100 ).

Materiile solide n suspensie separabile prin decantare constituie nmolul din

decantoarele primare. Materiile solide dizolvate minerale nu sunt afectate de procesele de

epurare mecanice. Materiile organice coloidale sunt eliminate n instalaiile de epurare

biologice.

Oxigenul dizolvat. Apele uzate conin oxigen dizolvat n cantiti reduse. Cnd sunt

proaspete sau dup epurarea biologic pot conine 1-2 mg/dm3.

Consumul biochimic de oxigen (CBO). Consumul biochimic de oxigen al unei ape

este cantitatea de oxigen consumat pentru descompunerea biochimic n condiii aerobe a

materiilor organice biodegradabile la temperatura i timpul standard. Timpul standard se

consider 5 zile, iar temperatura 20oC.

Consumul chimic de oxigen (CCO) sau oxidabilitatea apei, reprezint cantitatea de

oxigen, n mg/dm3, necesar pentru oxidarea tuturor substanelor organice oxidabile.

CCO se poate determina prin metoda cu permanganat de potasiu (CCO-Mn), sau prin metoda cu

bicromat de potasiu (CCO-Cr), dup cum apa uzat are o ncrcare n poluani mai mic sau mai mare.

Metoda cu bicromat de potasiu este mai exacti se bazeaz pe urmtoarele reacii redox :

OHCOCrHOCrOHC cba 2232

72 7214 ++++++ (2.1)

CCO Cr reflect consumul de oxigen al unei ape, pentru oxidarea aproape n

totalitate a substanelor organice solubile n ap, cu excepia unei serii de compui ai azotului

i a unor hidrocarburi puin solubile n ap.

Carbonul organic total (COT) pune n eviden cantitatea de materii organice din

apele uzate prin conversia lor n dioxid de carbon. Metoda este simpl i rapid (dureaz

cteva minute) i const n oxidarea substanele organice la CO2, ntr-un aparat special,

prevzut cu un tub de combustie, urmat de determinarea cantitativ a gazului format.

8/4/2019 Cal In

15/187



Pentru apele uzate urbane, valorile principalilor indicatori, n mg/dm3, variaz astfel :

- CBO5 (mg O2/l): 110 - 400 ;- CCO (mg O2/l) : 250 - 1000 ;- COT (mg /l) : 80 - 290.n normativul NTPA 003/1997 se precizeaz c din totalul substanelor organice

determinate prin CCO, numai o anumit fracie este reprezentat de substanele organice

biodegradabile (CBO5), fapt pentru care raportul concentraiilor CBO5/CCO reprezint o

primi important informaie a tratabilitii biologice.

Astfel:

- dac raportul CBO5/CCO < 0,2 apa uzat este netratabil sau cu tratabilitatebiologic slab;

- dac raportul CBO5/CCO = 0,2 . . 0,4 ap uzat cu tratabilitate medie;- dac raportul CBO5/CCO> 0,4 apa uzat este uor tratabil biologic.

Nici un proces biologic nu este capabil s reduc, n totalitate, impuritile organice; o

parte din acestea sunt rezistente la atacul microorganismelor, iar n procesul de biodegradare

este posibil s se formeze o serie de metabolii persisteni.

Indicatorii de calitate ai apelor uzate evacuate n reelele de canalizare publice sunt

stabilii n NTPA- 002/2005, iar cei ai apelor uzate epurate care se evacueaz n resursele de

ap sunt stabilii n NTPA 001/2005, indicatori prezentai n tabelul de mai jos.

Tabel nr. 2.1.- Valori maxime admisibile pentru apele uzate menajere iapele uzate epurate

Nr.crt

Indicatorul de calitate U.M. NTPA/002Valori maxime

admisibile

NTPA/001Valori maxime

admisibile1 Temperatura oC 40 302 PH 6,5-8,5 6,5-8,5

3 Materii n suspensie mg/dm3

350 604 Consumul biochimic la 5 zile (CBO5) mgO2/dm3 300 20

5 Consum chimic de oxigen (CCO-Cr) mgO2/dm3 500 70

6 Azot amoniacal (NH4+) mg/dm3 30 2,0

7 Fosfor total (P) mg/dm3 5,0 1,08 Cianuri totale (CN) mg/dm3 1,0 0,059 Sulfuri i hidrogen sulfurat (S2-) mg/dm3 1,0 0,1

10 Sulfii (SO32-) mg/dm3 2,0 1,0

11 Sulfai (SO42-) mg/dm3 600

12 Fenoli antrenabili cu vapori de ap mg/dm3 30 0,0513 Substane extractibile cu solveni

organici

mg/dm3 30 5,0

14 Detergeni sintetici biodegradabili mg/dm3 25 0,515 Plumb (Pb2+) mg/dm3 0,5 0,2

8/4/2019 Cal In

16/187



Nr.crt

Indicatorul de calitate U.M. NTPA/002Valori maxime

admisibile

NTPA/001Valori maxime

admisibile16 Cadmiu (Cd2+) mg/dm3 0,3 0,117 Crom total (Cr3+ + Cr6+) mg/dm3 1,5 0,118 Crom hexavalent (Cr6+) mg/dm3 0,2 0,1

19 Cupru (Cu2+) mg/dm3 0,2 0,120 Nichel (Ni2+) mg/dm3 1,0 0,121 Zinc (Zn2+) mg/dm3 1,0 0,522 Mangan total (Mn) mg/dm3 2,0 1,023 Clor rezidual liber (Cl2) mg/dm

3 0,5 0,05

2.1.3. Caracteristici bacteriologice

Stabilirea caracteristicilor bacteriologice ale apei au drept scop determinarea genului,

numrului i condiiile de dezvoltare a bacteriilor n efluentul staiei de epurare i n emisar.

n apele uzate se deosebesc urmtoarele categorii de bacterii ;

- banale, care nu sunt duntoare organismelor vii ;

- coliforme, care n numr redus sunt inofensive, dar n numr mare indic murdrirea

apei cu reziduuri umane sau animale i, n asemenea cazuri, n ap se gsete enterococul

Streptococcus faecalis i bacteria Clostidium perfrigens ;

- bacterii saprofite, prezente n apele bogate n substane organice, deci i n cele uzate ;

- bacterii patogene, care sunt duntoare organismului uman i care produc boli hidrice

(febra tifoid, holera, dezinteria).

PrinNTPA 001/2005 (normativ privind stabilirea limitelor de ncrcare cu poluani a

apelor uzate evacuate n resursele de ap) sunt prevzute i caracteristicile bacteriologice pe

care trebuie s le ndeplineasc apele uzate epurate nainte de deversarea n emisar.

Tabel 2.2.- Indicatori bacteriologici conform NTPA 001/2005

Nr.crt

Indicatori UM Valoare

1 Bacterii coliformetotale

nr/100ml 1.000.000

2 Bacterii coliformefecale

nr/100ml 10.000

3 Streptococi fecali nr/100ml 5.000

4 Salmonella nr/100ml absentnr/100ml

8/4/2019 Cal In

17/187



2.1.4. Caracteristici biologice

n apele uzate se ntlnesc diferite organisme, de regul microscopice. Dintre acestea

amintim: virusuri, bacterii, ciuperci, protozoare, rotiferi, larve de insecte, viermi.

Absena organismelor din ap poate indica prezena unor substane toxice.

Varietatea organismelor n apele uzate influente n staia de epurare este mult mai

redus dect n treapta de epurare biologic unde se creeaz condiii prielnice de dezvoltare

pentru unele dintre acestea (bacterii saprofite, protozoare i rotiferi).

2.2. Caracteristicile apelor uzate provenite de la colectiviti mici

Apele uzate provenite de la folosinele temporare (zone turistice, tabere, sanatorii),

prezint n general caracteristici difereniate, funcie de tipul folosinei i de gradul de confort.

n tabelul nr. 2.3. sunt prezentate ncrcrile specifice (CBO5) pentru diferite tipuri de

folosine. Se constat c aceast ncrcare organic are valori cuprinse ntre 10 g CBO5/om,zi

(campinguri pentru corturi) i 110 g/om,zi (tabere, spitale, sanatorii).

ncrcrile specifice pentru obiectivele turistice alpine (montane) prezint variaii

mari, concentraia n CBO5 g/om,zi este de la 5g CBO5/om,zi pn la 150 g CBO5/om,zi, n

funcie de perioada de edere i gradul de confort al locaiilor.

Tabel nr.2.3- Valori estimate pentru ncrcarea organicspecificgCBO5/om,zi,

n zonele montane

Nr.crt.

Tip condiii confort

Ocupare

Condiii de confort

Inexistente Superficiale Moderate Medii Bune Foartebune

1 Oaspei permaneni 25 30 25 30 55 60 60 60 75 60 90

2 Oaspei pentru 24ore

25 30 25 30 55 60 60 60 90 90 150

3 Oaspei pentru onoapte

20 35 25 50 55 55 60 60 90 75 150

4 Oaspei n timpulzilei/edere lung

5 10 10 15 20 15 20 15 20 20 30

5 Oaspei n timpulzilei/edere scurt

5 5 10 10 15 10 15 10 15 10 15

8/4/2019 Cal In

18/187



Caracteristicile apelor uzate provenite de la reedine individuale din localiti mici

sunt prezentate n tabelul nr. 2.4.

Tabel nr. 2.4. - ncrcarea organicspecificgCBO5/om,zi,

pentru reedinele individuale

Nr.crt.

Parametru ncrcarea specific

(g/om,zi)

1 Consumul biochimic de oxigen(CBO5)

81,6

2 Materii totale n suspensii (MTS) 90,7

3 Amoniu (NH4+) 3,17

4 Azot organic (Norg) 9,07

5 Azot Kjeldhal (TKN) 12,24

6 Fosfor organic (Porg) 1,36

7 Fosfor anorganic (Panorg) 2,72

Pentru micile colectiviti din ara noastr se recomand valori ale restituiei specifice

de ap uzat ntre 80 i 150 l/locuitor, zi, restituie recomandat pentru staii cu un debitul

zilnic maxim al apelor uzate sub 50 l/s, ceea ce corespunde la 23.000 locuitori.

Tabel nr.2.5.- ncrcri specifice la staii de epurare rurale din Romnia [137]

Nr.crt.

Parametru ncrcarea specific(g/om,zi)

1 Consumul biochimic de oxigen(CBO5)

30 - 40

2 Consul chimic de oxigen (CCO-Cr)

55 - 75

3 Materii totale n suspensii (MTS) 30 - 50

4 Amoniu (NH4+) 3 - 6

5 Azot organic (Norg) 1 - 2

6 Azot total (NT) 4 - 8

7 Fosfor total (PT) 1,36

8/4/2019 Cal In

19/187



2.3. Metode de determinare a principalilor parametrii de calitate ai

apelor uzate

2.3.1. Determinarea Consumului biochimic de oxigenla n zile (CBOn)

Determinarea consumului biochimic de oxigen din apele uzate se realizeaz nconformitate cu standardul SR EN 1889-2 :2003. Determinarea consumului biochimic de

oxigen dupn zile (CBOn). Partea 2: Metoda pentru probe nediluate. Partea a doua stabilete

determinarea consumului biochimic de oxigen din probe de ap nediluate i se aplic tuturor

tipurilor de ap cu un consum biochimic de oxigen mai mare sau egal cu limita de

determinare de 0,5 mgO2/l i care nu depete 6 mg O2/l.

Analiza poate fi influenat de prezena diferitelor substane. Cele care sunt toxice

pentru microorganisme, de exemplu substanele bactericide, metalele sau clorul liber inhib

oxidarea biochimic. Prezena algelor sau a microorganismelor nitrificatoare poate determina

valori mari. n aceste situaii metoda se modific.

Definitie. Consum biochimic de oxigen dup n zile (CBOn): concentraia masic de oxigen

dizolvat consumat n condiii specifice prin oxidarea biochimic a substanelor organice i/sau

anorganice din ap.

Principiu. Echilibrarea probei de ap care urmeaz s fie analizat la temperatura de 20oC

urmat de aerare, dac este necesar. Incubarea la 20oC pentru o perioad de timp, 5 zile sau 7

zile la ntuneric, n flacoane umplute complet i nchise etan. Determinarea concentraiei de

oxigen nainte i dup incubare. Calculul masei de oxigen consumat pe litru de prob.

Mod de lucru. Pentru fiecare prob se umplu dou flacoane de incubare care se las s

deverseze uor. n timpul operaiei de umplere trebuie luate msuri de prevenire a modificrii

concentraiei de oxigen din mediu. Se elimin bulele de aer care sunt aderente pe perei. Se

astup etan flacoanele astfel nct s se evite prinderea bulelor de aer. Flacoanele se mpart n

dou serii, fiecare coninnd cte un flacon din fiecare prob. Se introduce o serie de flacoane n

incubatori se las la ntuneric n zile + 4 h.

n cea de-a doua serie de flacoane se msoar concentraia de oxigen dizolvat din

fiecare flacon la momentul zero dup 15 minute, conform metodei EN 25813 cu adugare de

azid n reactivul alcalin.

Dup incubare se determin concentraia de oxigen dizolvat n fiecare din flacoanele

din prima serie, conform metodei din EN 25813.

Exprimarea rezultatelor. Consumul biochimic de oxigen dup n zile (CBOn),

exprimat n miligrame O2 la litru de oxigen, se calculeaz folosind ecuaia( )21 ccCBOn = (2.2.)

8/4/2019 Cal In

20/187



n care:

1c - concentraia de oxigen dizolvat din proba de analizat n momentul iniial,

miligrame la litru;

2c - concentraia de oxigen dizolvat din proba de analizat dup n zile, n miligrame

la litru.

2.3.2. Determinarea consumului chimic de oxigen

Determinarea consumului chimic de oxigen din apele uzate se realizeaz n conformitate

cu standardul SR ISO 6060:1996. Ape de suprafai ape uzate. Determinarea consumului

chimic de oxigen.

Metoda se aplic probelor al cror CCO este cuprins ntre 30 mg/dm3 i 700 mg/dm3.

Metoda poate fi folositi n cazul apelor cu un coninut de CCO mai mare de 700 mg/dm3,

dilund corespunzator probele de ap.

Definiie. Consumul chimic de oxigen este definit ca fiind concentraia masic de oxigenechivalent cu cantitatea de dicromat de potasiu consumat de materiile dizolvate i n

suspensie ;

Principiuldeterminrii const n fierberea sub reflux, pe o durat determinat, a unei probe de

ap n amestec cu sulfat de mercur (II), cu o cantitate cunoscut de dicromat de potasiu, n

prezena unui catalizator de argint dizolvat n mediu de acid sulfuric concentrat, astfel nct o

parte din dicromatul de potasiu este redus de materiile oxidabile prezente. Se titreaz excesul de

dicromat de potasiu cu o soluie titrat de sulfat de fier (II) i amoniu. Se calculeaz valoarea

CCO plecnd de la cantitatea de dicromat de potasiu redus. Un mol de dicromat de potasiu

(Cr2O72-) este echivalent cu 1,5 moli de oxigen (O2).

Mod de lucru.Se transvazeaz 3 ml prob pentru analiz (diluat dac este necesar) n fiola de

fierbere i se adaug n prob: 0,1 g sulfat de mercur(II), 1,5 ml 0,01ml soluie dicromat de

potasiu 0,04 mol/l, i se agit cu grij. Se adaug ncet i cu precauie 4,5 ml sol de acidsulfuric-sulfat de argint i se introduce n reactor (acesta este n prealabil nclzit la 150oC).

Se aduce amestecul de reacie la fierbere n 10 minute i se continu fierberea nc 110

min.Temperatura amestecului de reacie trebuie s fie 148 30C. Se las fiola s se rceasc.

ntr-un pahar de 100 ml se adaug 10 ml de ap distilat, se transvazeaz coninutul fiolei i

aceasta se cltete cu 15 ml de ap distilat. Se rcete la temperatura ambiant sau se rcete

fiecare vas cu jet de ap.

8/4/2019 Cal In

21/187



Se adaug 1 pictur de feroini se titreaz excesul de bicromat cu sulfat de fier

(II) i amoniu de la portocaliu-galben la viiniu caramiziu (dup ce trece prin culoarea

verde).

n paralel se efectueazi o prob martor, n aceleai condiii, nlocuind proba de

analizat cu ap distilati o prob de referin (control), prin analizarea a 3 ml soluie etalon,

urmnd acelai mod de lucru ca i pentru proba de analizat. Teoretic CCO-ul soluiei este de

500 mg/l.

Dac proba are un coninut n cloruri de peste 1000 mg/l, interferena acestora se

reduce prin :

- folosirea de sulfat de mercur (II), care se introduce n proba de analizat nainte defierberea sub reflux, cnd se formeaz clorura de mercur (II) solubil ;

- cnd nu se dispune de sulfat de mercur (II) pentru blocarea clorurilor, interferena acestorase poate corecta prin calcul (acestea se determin separat i se corecteaz valoarea CCO-

ului, innd seama c : 1mg Cl- corespunde la 0,225 mg O) ;

- diluarea probei.Exprimarea rezultatelor. Consumul chimic de oxigen (CCO) se exprim n miligrame oxigen

pe litru i se calculeaz cu formula :

( )

( )lmgV

V

/

Vc8000

)oxigen(CCOdechimicConsumul 0

21

= (2.3)

n care

8000 masa molar a O2 n mg/l

c concentraia cantitii de substan a soluiei de fier (II) i amoniu

Vo volumul probei de analizat (n ml), nainte de diluie (dac s-a efectuat);

V1 - volumul (n ml) de soluie de sulfat de fier (II) i amoniu folosit pentru titrarea probei

martor.

V2 volumul (n ml) al soluiei de sulfat de fier (II) i amoniu folosit pentru titrarea probei de

analizat

Rezultatul obinut se exprim n mg/l. Valorile CCO mai mici de 30mg/l trebuie s

se noteze "

8/4/2019 Cal In

22/187



Definiie. Materiile n suspensie reprezint substane insolubile n ap, care se pot separa prin

filtrare, centrifugare sau sedimentare (cu dimensiuni de maxim 2 mm).

Principiul. Separarea materiilor n suspensie prin filtrare sau centrifugare, urmat de uscare i

cntrirea reziduului pn la mas constant.

Filtrarea se execut prin hrtie de filtru, de preferin n cazul apelor cu un coninut

mare n suspensii. n cazul apelor cu un coninut mic de suspensii, filtrarea se execut prin

creuzet filtrant tip G4, cu stratde azbest.

Mod de lucru. Proba de ap, omogenizat n prealabil i care conine o cantitate de minim 10

mg materii totale n suspensie, se filtreaz prin hrtie de filtru. Reziduul de pe hrtia de filtru

se spal cu ap distilat, pn la ndeprtarea srurilor solubile (verificare n filtrat, cu

reactivul specific, n funcie de natura srurilor). Hrtia de filtru cu suspensii se usuc la

10530, se rcete i se cntrete. Operaiile de uscare , rcire i cntrire se repet pn la

constant.

Calculi exprimarea rezultatelor. Coninutul n materii totale n suspensie se exprim n

mg/dm3 i se calculeaz cu formula :

)/(1000 312 dmmgV

mmMTS

= (2.4.)

n care:

m1 - masa fiolei cu hrtia de filtru, n mg

m2 -masa fioleicu hrtia de filtru cu reziduu, n mg

V - volumul probei de ap luat pentru analiz, n cm3

2.3.4. Determinarea azotului Kjeldahl

Determinarea coninutului de azot Kjeldahl din ape de suprafai din ape uzate se

realizeaz n conformitate cu standardul SR EN 25663 :2000. Ape de suprafai ape uzate.

Determinarea coninutului de azot Kjeldahl. Metoda dupmineralizare cu seleniu.

Definiie. Azot Kjeldahl - azotul organic i amoniacal coninut de prob i determinat dup

mineralizare ; nu sunt inclui azotiii i azotaii;

Principiul metodei: - mineralizarea probei, pentru formarea sulfatului de amoniu,

eliberarea i distilarea amoniacului, urmat de determinarea titrimetric; - transformarea n

sulfat de amoniu a compuilor de azot, care se determin prin mineralizarea probei cu acid

sulfuric, cu o concentraie mare de sulfat de potasiu, pentru creterea punctului de fierbere alamestecului, n prezena catalizatorului de seleniu ;- eliminarea amoniacului din sulfatul de

8/4/2019 Cal In

23/187



amoniu, prin adugarea unei baze i distilarea ntr-o soluie de acid boric cu indicator ; -

determinarea titrimetric a ionului amoniu n mineralizat, conform unei variante, prin

spectrometrie la lungimea de und de 655 nm.

Mod de lucru. Proba de analizat: dac se cunoate concentraia aproximativ a probei,

volumul probei de analizat se poate alege conform tabelului :

Concentraie de azotKjeldahl,N, mg/l

Volumul probei deanalizat, V, ml

Pn la 10 250

De la 10 pn la 20 100

De la 20 pn la 50 50

De la 50 pn la 100 25

Proba martor. Se procedeaz conform modului de lucru, utilizndu-se 250 ml ap.

Determinare. Se introduce proba de analizat n balonul Kjeldahl i se adaug, cu ajutorul

unei pipete gradate, 10 ml acid sulfuric i 5,0 g 0,5g amestec catalizator. Se adaug buci

de regulator de fierbere i se pune balonul n digestor. Gazele rezultate sunt captate n

scrubber. Volumul coninutului descrete n timpul fierberii, pn la apariia unui fum alb.

Dup dispariia fumului alb, se observ de regul mineralizarea i, atunci cnd

soluia s-a limpezit i a devenit incolor sau brun, se continu nclzirea timp de 60 min.

Dup mineralizare, se las balonul s se rceasc la temperatura ambiant. n acest

timp, se prelevez 50ml 5ml indicatori se introduce n flaconul receptor al aparatului de

distilare. Se asigur c extremitatea refrigerentului se afl sub suprafaa soluiei de acid boric.

Se adaug, cu precauie, 250ml 50ml ap n balonul de mineralizare, n acelai

timp cu cteva buci de regulator de fierbere. Cu o pipet gradat se adaug 50ml soluie de

hidroxid de sodiu i se conecteaz imediat balonul la aparatul de distilare.

Se nclzete balonul de distilare astfel nct s se colecteze distilatul cu un debit de

10ml/min. Distilarea se oprete atunci cnd se colecteaz 200 ml. Se titreaz distilatul cu o

soluie de acid clorhidric, pn la virajul la rou i se noteaz volumul utilizat.

Exprimarearezultatelor. Concentraia de azot Kjeldahl, N, exprimat n miligrame

la litru, se calculeaz cu relaia :

azot Kjeldahl:

N = (V1 V2)/V0 x c x 14,01 x 100 (2.5.)

8/4/2019 Cal In

24/187



in care :

V0 = volumul probei de analizat, n mililitri ;

V1 = Volumul soluiei de acid clorhidric utilizate pentru titrare, n mililitri ;

V2 = Volumul soluiei de acid clorhidric utilizate pentru titrarea probei martor, n

mililitri ;

c = concentraia acidului clorhidic utilizat pentru titrare, n moli la litru ;

14,01 = masa atomic relativ a azotului.

2.3.5. Determinarea fosforului total

Determinarea fosforului total se realizeaz n conformitate cu standardul SR EN ISO

6878 :2005 Calitatea apei. Determinarea coninutului de fosfor. Metoda spectrometric cumolibdat de amoniu.

Modul de lucru.Se introduc, cu ajutorul unei pipete, maximum 40 ml prob de ncercare ntr-

un balon Kjeldahl. Se adaug, cu precauie, 2 ml acid sulfuric i se omogeniaz. Se adaug

temporizatori de fierbere i se nclzete moderat, pn la apariia unui fum alb. Se las s se

rceasci se adaug pictur cu pictur, cu grij, 0,5 ml acid azotic =1,4 g/ml sub agitare

continu, i se nclzete, pn cnd nu se mai degaj fum rocat. Se las s se rceasci se

continu tratarea, dac este necesar, pn la obinerea unei soluii limpezi i incolore. Sercete i se adaug, cu precauie, 10 ml ap, sub agitare continu i se ncalzete pn la

apariia unui fum alb. Dup rcire se adaug, cu precauie, 20 ml ap sub agitare continu. Se

las s se rceasci, sub agitare continu, se adaug soluie hidroxid de sodiu, dup care se

corecteaz soluia pn la un pH de 3 pn la 10. Dup rcire, se transfer soluia ntr-un

balon volumetric de 50 ml. Se cltete balonul Kjeldahl cu puin api se adaug apele de

splare la coninutul volumetric

Proba martor. n paralel cu determinarea, se efectueaz o verificare cu prob martor, urmnd

acelai mod de lucru i utiliznd aceleeai cantiti de reactivi ca la determinare, dar folosind

ap n locul probei de analizat.

Pregtirea soluiilor de etalonare. Se transfer cu ajutorul unei pipete, volume

corespunztoare, de exemplu 1 ml; 2 ml; 3 ml; 4 ml; 5 ml; 6 ml; 7 ml; 8 ml ; 9 ml i 10 ml

soluie ortofosfat, soluie etalon, = 2 mg/l n baloane Kjeldahl. Aceste soluii reprezint

concentraii n ortofosfai = 0,04 mg/l pn la 0,4 mg/l. Se adaug, cu precauie, 2 ml acid

sulfuric i se omogenizeaz. Se adaug temporizatori de fierbere i se nclzete moderat pn

la apariia unui fum alb. Se las s se rceasc i se adaug pictur cu pictur, cu grij,

0,5 ml acid azotic = 1,4 g/ml sub agitare continu, i se nclzete, pn cnd nu se mai

8/4/2019 Cal In

25/187



degaj fum rocat. Se las s se rceasci se continu tratarea, dac este necesar, pn la

obinerea unei soluii limpezi i incolore. Se rcete i se adaug cu precauie, 10 ml ap sub

agitare continu i se nclzete pn la apariia unui fum alb. Dup rcire se adaug, cu

precauie, 20 ml ap sub agitare continu. Se las s se rceasci, sub agitare continu, se

adaug soluie hidroxid de sodiu, dup care se corecteaz soluia pn la un pH de 3 pn la

10. Dup rcire se transfer soluia ntr-un balon volumetric de 50 ml. Se cltete balonul

Kjeldahl cu puin api se adaug apele de splare la coninutul volumetric.

Dezvoltarea culorii. Se adaug n fiecare balon de 50 ml, sub agitare, 1ml acid ascorbic,

soluie, = 100 g/l i dup 30 s, 2 ml soluie de molibdat acid. Se aduce la semn i se

omogenizeaz

Msurtori spectrometrice. Se msoar absorbana fiecrei soluii ntr-un interval de timp de

10 min pn la 30 min, utiliznd un spectrometru la lungimea de und de 880 nm, dac se

admite o pierdere de sensibilitate la lungimea de und de 700 nm. n cuva de referin se

utilizeaz ap.

Trasarea curbei de etalonare. Se traseaz o curb de etalonare cu absorbana (axa

ordonatelor), n funcie de concentraia n fosfor (axa abciselor), exprimat n miligram la

litru, a soluiei etalon. Relaia ntre concentraie i absorban este liniar. Se determin panta

curbei.

Se verific liniaritatea curbei de etalonare din timp n timp, n special cnd seutilizeaz un lot nou de reactivi chimici. Pentru fiecare serie de msurare a probelor se

analizeaz o soluie etalon preparat independent

Exprimarea rezultatelor. Concentraia n fosfor total, exprimat n miligrame la litru,

se calculeaz cu relaia :

p=( )

sVf

VAA

max00 (2.6.)

n care:

A = absorbana probei de analizat

A0 = absorbana probei martor

f = panta curbei de etalonare, n litri la miligram

Vmax = volumul de referin al probei de analizat,(50 ml )probei de analizat

Vs = volumul probei de analizat.

8/4/2019 Cal In

26/187



2.4. Efectele nutrienilor asupra resurselor de ap

Intervenia complex a omului n transformarea naturii face s dispar delimitrile

existente ntre noiunile de surse naturale de ncrcare a apelor cu substane eutrofizante i

surse condiionate de activitatea uman. Sursele de mbogire a apelor cu nutrieni sunt

multiple. Din punct de vedere practic, al posibilitilor de control al acestor surse, ele pot fi

mprite n punctiforme (organizate) i difuze.

n prima categorie intr apele care sunt colectate prin sistemele de canalizare din

aezrile omeneti i de la agenii economici. Aceste surse pot fi controlate prin tehnologii

care permit reducerea azotului din apele deversate, prin diferite procedee fizico chimice i

biologice.

Substanele nutritive prezente n apele uzate urbane provin fie din dejeciile umane i

animale, fie din apele uzate rezultate de la cantine, buctrii, spltorii, bi etc, care conin

concentraii importante de detergeni.

Detergenii sunt amestecuri care, n afara produsului activ propriu zis, conin i diferite

adausuri, ca polifosfai, carbonai, silicai, perborai. Deoarece fosfaii i polifosfaii au efect

sinergic asupra capacitii de splare, n unele preparate acetia se gsesc n cantiti

apreciabile (ntre 5 i 20 g PO43-/100g produs brut). Chiar dac nu ntreaga cantitate de fosforajunge n apele uzate, consumul n continu cretere al detergenilor contribuie n bun

msur la mrirea concentraiei n ape a fosforului direct asimilabil de ctre alge.

Cantitile estimate de fosfor ce revin pe cap de locuitor n raport cu produc ia de

detergeni sintetici n diferite ri sunt prezentate n tabelul de mai jos [34,35].

Tabel nr. 2.6. Cantitile estimate de fosfor n diferite ri [35]

Nr.crt

ara Producia dedetergeni

(t/an)Fosfor

(g/ loc./zi)1 Belgia 50.260 1,302 Danemarca 20.000 1,103 Germania 230.000 1,104 Marea Britanie 320.000 0,655 Frana 220.500 1,256 Italia 102.800 0,457 Olanda 26.500 0,45

8 Norvegia 7.110 0,509 Austria 20.000 0,75

8/4/2019 Cal In

27/187



Nr.crt

ara Producia dedetergeni

(t/an)

Fosfor(g/ loc./zi)

10 Spania 15.000 0,1511 Suedia 34.400 1,20

12 Elveia 1.192.200 1,7013 S.U.A. 13.800 0,60

Cantitatea medie de substane organice din apele uzate menajere este de aproximativ

100g/zi/om. Aceast cantitate conine 1-2% P i 5 10% N. Emisiile de nutrieni pe

locuitor/an sunt estimate la 3-4 kg Ni 0,6- 0,7 kg P.

Numeroase categorii de ape uzate industriale conin cantiti, uneori importante, de

substane eutrofizante. Principala surs o constituie producia de acid fosforic, avnd ca deeu

fosfogipsul. Evacurile medii de fosfor se situeaz la 8 kg P/ton P2O3 producie (circa 2%pierderi n mediu de fosfor). Pe lng aceasta, apele provenite din industria alimentar (fabrici

de drojdie de bere, sucuri, preparate de carne) i textil conin N n concentraii ce variaz

ntre 50 i 1400 mg/l, iar P2O5 n concentraii de 20 180 mg/l.

Sursele difuze. Calitatea apelor de suprafa este dependent de caracteristicile

pedologice ale teritoriilor bazinelor hidrografice. Prezena anumitor cantiti de substane

minerale reprezint unul din factorii principali de care depinde fenomenul de eutrofizare al

apelor de suprafa. Apele bogate n carbonai sunt mai puin susceptibile de a se eutrofiza,ionii de calciu fiind capabili s blocheze cantitile mici de fosfai sau s anihileze chiar

efectele substanelor eutrofizante. Apele uor acide, n prezena elementelor nutritive, devin

extrem de productive n organisme acvatice.

n a doua categorie, cu efect direct asupra polurii difuze a apelor prin scurgerile

superficiale de pe terenurile agricole sunt:

- creterea nivelului de nutrieni ca rezultat al suprafertilizrii n agricultur (attngrminte minerale ct i cele organice);

- depirea capacitii de asimilare de ctre culturi a dozelor de nutrieni aplicateprecum i la nivelul administrrii de hran cu aditivi bogai n azot i fosfor n

zootehnie ;

- amplificarea proceselor de eroziune a solurilor bogat alimentate cu fertilizani.Contribuia de fosfor din agricultur variaz ntre 15-34% la nivelul Uniunii Europene

iar cea de la fermele zootehnice (dejecii animaliere) este de 18 36%. Cele de azot att din

agricultur ct i din zootehnie sunt de 50%.

8/4/2019 Cal In

28/187



2.4.1. Efectele eutrofizrii asupra mediului

2.4.1.1. Influenele asupra ecositemului

Procesul de eutrofizare produce modificri importante ale ecosistemelor acvatice i a

folosinelor [16][135]:

- cantitative: reducerea transparenei apei, formaiuni plutitoare dense, colmatareafiltrelor la captri;

- chimice : modificarea nivelelor de oxigen, dioxid de carbon, pH, apariiacondiiilor anaerobe, alterarea gustului i mirosului prin putrefacie i degajarea de

gaze ;

- biologice : modificarea structurii biocenozei, dezvoltarea unor alge albastre cutoxicitate mare.

Eutrofizarea creeaz mari dificulti la nivelul instalaiilor de tratare n scop potabil i

industrial a apelor de suprafa, prin:

- colmatarea sistematic a filtrelor i, n consecin, scderea eficienei treptei defiltrare ;

- precipitarea fierului i a manganului, a cror prezen n ap produce disconfort;- coroziunea instalaiilor de nmagazinare i de distribuire a apei ;- alterarea proprietilor organoleptice ale apei distribuite populaiei.Ca urmare a prelucrrii nesatisfctoare a apelor eutrofizate, n apa distribuit

consumatorilor se constat prezena unui coninut ridicat de materii organice solubile, care n

reeaua de distribuie favorizeaz dezvoltarea bacteriilor. De asemenea, pentru ndeprtarea

mirosului i a gustului neplcut, se impun msuri suplimentare de tratare.

2.4.2.2 Influenele asupra microbiotei acvatice

Modificarea adesea brusci brutal a concentraiei diferiilor nutrieni, n special cu

N i P, determin o perturbare profund a ciclului trofic normal, cu repercursiuni asupra

microorganismelor acvatice. Dup Campell (1977), fosfaii stimuleaz multiplicarea

cianobacteriilor i algelor verzi, iar asocierea N+P favorizeaz dezvoltarea n exces a

bacteriilor, a algelori a protozoarelor [16][87][88].

Dezvoltarea excesiv a microorganismelor fotosintetizante duce la nfloriri , care

sunt urmate de consumul masiv al nutrienilor disponibili. Moartea organismelor lipsite de

nutrieni este urmat de eliberarea brusc a unei mari cantiti de constitueni celulari, care pot

declana o nou nflorire. La concentraii mari de nutrieni, populaiile de microorganisme

sunt att de dense nct devin ele nsele limitante pentru dezvoltare. Biomasa microbiotei este

mare, ns productivitatea per organism este mic. Apa devine tulbure, colorat i ru

8/4/2019 Cal In

29/187



mirositoare i descompunera masiv este asociat cu consumul de O2, apariia anaerobiozei,

care ncetinete viteza de degradare i, frecvent, determin moartea animalelor din bazinul

astfel modificat.

nfloririle sunt manifestri ale eutrofizrii determinate de creterea exploziv a

numrului de cianobacterii sau al algelor ntr-o anumit regiune. Fenomenul poate aprea

anual, sezonier sau sporadic n funcie de condiii. Ele pot afecta diferite tipuri de bazine

acvatice, inclusiv mrile.

Sunt puin cunoscui factorii care amorseaz nfloririle , regleaz mrimea i

compoziia speciilor de microorganisme i controleaz succesiunea lor.

nfloririle apelor dulci pot fi produse de cianobacterii sau de diferite tipuri de alge,

n funcie de condiiile de mediu.

Cianobacteriile sunt rare n lacurile oligotrofe i mai dense n cele eutrofe.

nfloririle se produc n funcie i de coordonatele geografice, primvara i toamna sau vara

i sunt limitate iniial n stratul superficial al apei (1-2 m), dnd apei o culoare verzuie. n

cazurile extreme pot invada ntreg epilimnonul (Rheinheimer, 1985).

Speciile cel mai frecvent implicate sunt : Anabaena flos-aquae, Anabaenopsis sp.,

Aphanizomenon flos-aquae, Gloeotrichia echinulata, Microcystis aeruginosa, Microcystis

flos-aquae, Oscillatoria rubescens, Synechococcus planteticus, Synechococcus parvula etc.

nfloririle produse de cianobacterii au un impact negativ major datorit capacitii

lor de a sintetiza toxine puternice (Carmichael, 1981) i substane inhibitoare pentru

dezvoltarea altor microorganisme. Toxicogeneza a fost observat prima dat n Australia, nc

din anul 1878, dup consumul apei dintr-un lac cu nfloriri cianobacteriene care au

determinat moartea mai multor mii de oi.

Bishop (1959) a izolat de la Microcystis aeruginosa un polipeptid ciclic cu proprieti

endotoxice pentru oarece, numit factorul de moarte rapid FDF (Fast death factor).

Ulterior, Goham i colab. (1964) au izolat de la Anabaena flos-aquae o toxin diferit, numitVFDF (Very fast death factor), care produce moartea foarte rapid a animalelor expuse

aciunii ei. A urmat descoperirea succesiv a unui numr mare de toxine de acest gen, active

pe diferite categorii de animale terestre sau acvatice.

Un rol important pentru echilibrul microbiotei acvatice l au diferitele substane de tip

antibiotic produse de cianobacterii. Ele pot determina diminuarea bacterioplanctonului sau

chiar dispariia algelor care se dezvoltau nainte de nflorire . Un exemplu tipic este

muscorina, antibiotic de tip dihidroxichinonic produs de Nostoc muscorum, activ pe bacterii,levuri i alge.

8/4/2019 Cal In

30/187



Moartea cianobacteriilor n nfloriri este deosebit de important din punct de

vedere practic, deoarece este adesea asociat cu eliberarea brusc i masiv a constitueilor

intracelulari i cu apariia fenomenelor toxice (Shilo, 1973).

Datele de laborator pledeaz pentru intervenia cianofagilor i a unor bacterii

Lysobacteria- capabile s determine liza cianobacteriilor. Padan i Shilo (1973) consider c

rolul acestora n natur ar fi mai degrab nesemnificativ.

Condiiile de mediu prezente n regiunile calde, n special tropicale i subtropicale,

pledeaz pentru moartea fotooxidativ a comunitilor de cianobacterii. Ea ar fi consecina

unei iluminri foate intense, ntr-un mediu cu o mare concentraie de oxigen dizolvat

(suprasaturat) n straturile superficiale menite s asigure o rezisten crescut la fotooxidare.

Fenomenul a fost confirmat de Steinitz (1976), n condiiile unui lac din Israel, asupra

unei tulpini de Microcystis marginata. Rezistena foarte mare la fotooxidare a acestei tulpini

este determinat de prezena unei superoxid dismutaze specifice, superoxid dismutaza

manganic (MnSOD), care pot reprezenta pn la 95% din totalitatea SOD (superoxid

dismutazele SOD - sunt enzime cu rol protector, avnd capacitatea de a distruge n mod

specific ionul 2O , derivat din O2, n cursul reaciilor biologice de reducere a O2). Prin

contrast, superoxid dismutaza care conine Fe(FeSOD) este caracteristic tulpinilor sensibile

la fotooxidare.

nfloririle algale ale apelor dulci sunt mai rare i neasociate cu producerea de

toxine.

Dezvoltarea masiv i ulterior descompunerea acestei mase de organisme determin

apariia unui miros i gust caracteristice apei, precum i a unei anumite coloraii (verde, verde

- albastr, brun, roie etc.), dup cum s-a dezvoltat n exces o specie sau alta de organisme.

Exemple de alge care imprim un miros i gust caracteristice sunt prezentate n tabelul nr. 2.7.

Tabel nr. 2.7. Efectele nfloririi apelor asupra gustului i mirosului apei

Nr. crt. Tip alge Caracteristica

miros i gust

1 Alge albastre

2 Anabaena cicinalis septic

8/4/2019 Cal In

31/187



Nr. crt. Tip alge Caracteristica

miros i gust

3 Anabaena planctonica septic

4 Anacystis cyanea septic5 Aphanizomenon flos-aquae septic

6 Diatomee

7 Asterionella gracillima pete

8 Cyclotela compta pete, picant

9 Diatoma vulgare aromatic

10 Fragilaria construens iarb11 Synedra ulna iarb, mucegai

12 Tabellaria fenestrata pete

13 Alge verzi

14 Chara vulgaris usturoi, putregai

15 Scenedesmus abundans iarb

16 Spiriogira majuscula iarb

17 Flagelate

18 Dinobrion divergens pete

19 Synura uvella pete

20 Volvox aureus pete

nfloririle apelor marine, care se pot extinde pe suprafee mari (uneori km2), sunt

caracterizate prin modificri ale culorii apelor n rou-brun, determinate de acumularea unor

microorganisme pigmentate. Fenomenul a fost descris sub denumirea de maree roie (Rid

tide sau Discolored water).

n cazul cianobacteriilor care conin vacuole cu gaze se poate observa

concentrarea lor la suprafaa apei sub form de spum sub aciunea vntului, a curenilor

de convecie sau datorit plutirii. Frecvent, filamentele cianobacteriilor btrne

(Aphanizomenon flod-aquae) se concentreaz la suprafaa apelor lipsite de valuri, sub formde flocoane care conin mii de filamente, colonizate de bacterii (micrococi, bacili, Nocardia),

microfungi, alge (Navicula sp. i Chlorella sp.), protozoare (amibe, flagelate i ciliate), celule

8/4/2019 Cal In

32/187



degradate, materiale neanimate etc., care pot rmne ca atare cteva sptmni. Numrul

bacteriilori a protozoarelor este de aproximativ de 10.000 de ori mai mare dect n masa

apei.

Rheinheimer (1985) consider c acest microcosmos complex este important pentru

fertilizarea mrii. Carbonul organic fixat prin fotosintez de cianobacterii este transferat n

lanul trofic prin intermediul bacteriilor, devenind n ultim instan, nutrient pentru peti.

Microorganismele cel mai frecvent implicate sunt algele (Dinoflagellatae i

Peridinales). n mare cel mai frecvent ntlnite sunt Gymnodinium, Gonyalax, Exuviella,

Peridinium i Ceratium, iar n apele salmastrePrymnesium parvum.

n Marea Neagr nfloririle algale au fost determinate de Exuviella cordata i

Gonyalax polygrama. nfloririle de acest tip au numeroase efecte nocive legate descderea concentraiei de oxigen, dar mai ales, de producerea de toxine cu efecte nocive

pentru animalele marine i chiar pentru om.

Gonyalax catenella produce o toxin puternic (DL50 pentru oarece = 8 g/kg)

numit saxitoxin (deoarece a fost izolat iniial din Saxidomus giganteus). Datorit acesteia,

molutele care se hrnesc cu microorganisme prin filtrarea apei de mare, acumuleaz

concentraii mari de saxitoxini devin toxice pentru consum, determinnd intoxicaii grave

la om. Sousa i Silva (1964) au stabilit o corelaie direct ntre toxicitatea stridiilor dintr-o

laguni densitatea algelorGonyalaxi Gymnodinium. n mod asemntor, toxina produs de

Prymnesium saltans este foarte toxic pentru peti, dar inofensiv pentru chironomide i

crustacee, ceea ce demonstreaz existena unui efect selectiv.

Fenomene similare mareelor roii pot fi produse de unele cianobacterii

(Trichodesmium erytraeum), de unele bacterii (Thiobacteriales) i mai rar de ciliate

(Cyclotrichium meunierii, Mesodinium pulex) (Pourriot, 1966).

8/4/2019 Cal In

33/187

Capitolul 3 PROCESE I TEHNOLOGII DE EPURARE AVANSAT


PROCESE I TEHNOLOGII DE EPURARE AVANSAT

3.1.Procese biochimice folosite pentru ndeprtarea azotului din apele

uzate3.1.1. Procese de nitrificare

3.1.1.1.Fundamentele nitrificrii

Nitrificarea reprezint procesul de oxidare biologic a amoniului. Procesul de

nitrificare este realizat de o populaie bacterian specific, aceasta oxidnd n mod consecvent

amoniu la nitrat, cu forma intermediar nitrit. Principalele dou specii de bacterii cunoscute a

realiza acest proces sunt Nitrosomonas i Nitrobacter [14]. Ambele specii sunt clasificate ca

organisme autotrofe, deoarece obin energia pentru cretere i dezvoltare pe baza oxidriicompuilor de azot anorganic. O alt particularitate a bacteriilor autotrofe este aceea c

folosesc carbonul anorganic (CO2) pentru sintez, mai degrab dect pe cel organic.

Cele dou specii de bacterii nitrificatoare sunt deosebite una fa de cealalt prin

abilitatea de a oxida numai anumii compui ai azotului. n timp ce Nitrosomonas poate oxida

amoniul la nitrit, dar nu poate sfri oxidarea la nitrat, Nitrobacter se limiteaz la oxidarea

nitritului la nitrat.

n afar de Nitrosomonas, mai sunt cunoscute i alte specii de bacterii nitrificatoarecapabile s oxideze amoniul la nitrat cum ar fi : Nitrosococcus, Nitrosopira, Nitrosovibrio i

Nitrosolobus [90]. De asemenea n afar de Nitrobacter capabile s oxideze nitritul la nitrat;

exist i alte genuri de bacterii cum sunt: Nitrospira, Nitrospina, Nitrococcus i Nitrocystis

[90].

Deoarece nitrificarea complet este o reacie continu, sistemele procesului n care se

dorete realizarea nitrificrii trebuie proiectate astfel nct s asigure un mediu adecvat pentru

dezvoltarea ambelor specii de bacterii nitrificatoare.

3.1.1.2. Metabolism i stoechiometrie

La nivel biochimic procesul de nitrificare implic mai mult dect o oxidare continu a

amoniacului la nitrit de ctre Nitrosomonas i a nitritului la nitrat de ctre Nitrobacter. Sunt

implicate numeroase i variate reacii intermediare i enzime. Este important de cunoscut

comportarea organismelor nitrificatoare n diferite condiii de mediu. Cunoaterea condiiilor

optime de dezvoltare a bacteriilor nitrificatoare duce la realizarea unor sisteme inginereti

optime, n care acestea i pot realiza eficient activitatea lor metabolic.

Ecuaia stoichiometric pentru oxidarea amoniului la nitrit de ctre Nitrosomonas este:

8/4/2019 Cal In

34/187



++ +++ 2224 NOOHH2O5,1NH (3.1)

Mai muli cercettori au estimat c energia eliberat din aceast reacie, n condiii

specifice celulelor bacteriene este cuprins ntre 58 i 84 kcal/mol de amoniu.

Reacia de oxidare a nitritului la nitrat de ctre Nitrobacter este :

322 NOO5,0NO (3.2)

Aceast reacie s-a estimat c elibereaz 15,4 20,9 kcal/mol de nitrit, n condiiile

specifice gsite n interiorul celulei bacteriene. n acest fel Nitrosomonas obine mai mult

energie/mol de azot oxidat dect Nitrobacter. Dac se consider cantitatea de mas celular

direct proporional cu gradul energiei eliberate, atunci trebuie s fie o mas celular maimare format de Nitrosomonas dect de Nitrobacter per mol de azot oxidat.

Expresia oxidrii amoniului la nitrat, de ambele specii este obinut combinnd

ecuaiile 3.1 i 3.2.

OHH2NOO2NH 2324 ++ (3.3)

Ecuaiile pentru sintez ale bacteriilor Nitrosomonas i Nitrobacter sunt date de

expresiile 3.4 i 3.5, presupunnd c formula empiric a celulei bacteriene este C5H7O2N

[109]:

OH4H23NOHC3NO10CO15NH13 2275224 ++ pentru Nitrosomonas (3.4)

++ HNOHCNO10OH2NHCO5NO10 27532422 pentru Nitrobacter (3.5)

Celulele bacteriene se dezvolt pe baza reaciilor ce produc energie (ecuaiile 3.1 i

3.2) cu acelea care implic sinteza celular (ecuaiile 3.4 i 3.5).Eficiena poate fi msurat n termenii produciei determinate, exprimat ca producie

de mas celular/mas substrat utilizat. Producia este specificat ca fiind masa celular

(suspensii solide volatile) produs / masa de amoniu sau de nitrit oxidat.

Produciile de biomas (randamentele) calculate din relaia energiei eliberate teoretic

sunt 0,29 g mas celular/g +4NH - N i 0,084 g mas celular /g NNO2 .

Produciile determinate experimental sunt mult mai mici dect produciile teoretice,

deoarece o fraciune a energiei eliberat prin oxidare este folosit pentru a menine funciile

bacteriene.

8/4/2019 Cal In

35/187



Producia total a bacteriilor nitrificatoare, cnd nitrificarea se consider ca un proces

ntr-o singur etap, de la amoniu la nitrat este 0,06 0,20 g mas celular /g NNH 4 + oxidat.

Produciile nregistrate vor varia cu schimbrile condiiilor de mediu nconjurtori cu

schimbrile vitezei de cretere a celulelor bacteriene.

Producia determinat este producia net a celulelor bacteriene, lund n consideraie

i procesul de descompunere endogen. Efectul descompunerii endogene asupra produciei

nete este ns considerat nesemnificativ.

Ecuaiile pentru sinteza bacteriilor Nitrosomonas i Nitrobacter, utiliznd randamente

de 0,08 g mas celular /g +4NH - N i 0,05 g mas celular /g NNO 2 , sunt urmtoarele:

(3.6)97,099,101,0990,00496,044,100,1 22752224 OHHNOHCNOCOONH +++++

++

+

+

+

H00619,0NOHC00619,0NO00,1

O50,0OH0124,0NH00619,0CO031,0NO00,1

2753

22422 (3.7)

Combinnd aceste ecuaii, reacia general care descrie complet nitrificarea este [9]:

(3.8)98,1952,00161,0984,089,10805,000,1 22753224++ +++++ HOHNOHCNOOCONH

Reaciile cuprinse n ecuaia (3.8) sunt semnificative n proiectarea sistemelor cu

nitrificare. Coeficienii stoechiometrici impun c per mol de amoniu nlturat, procesul de

nitrificare are nevoie de o cantitate semnificativ de oxigen, produce o cantitate mic de

biomasi rezult scderea substanial a alcalinitii prin producerea ionilor de hidrogen. De

exemplu, calculnd dup ecuaia 3.8, sinteza i oxidarea a 20 mg/dm3 azot amoniacal

(echivalent cu 25,7 mg/dm3amoniu) aceasta va avea ca rezultat consumul a 86,4 mg/dm3

oxigen, producerea a 2,6 mg/dm3organisme nitrificatoare i reducerea a 141,4 mg/dm3 CaCO3,

care conduce la reducerea alcalinitii. Valorile coeficienilor pentru utilizarea oxigenului,

producia de biomasi reducerea compuilor alcalini,valori care n general sunt acceptate n

practic pentru proiectarea sistemelor de nitrificare sunt prezentate n tabelul 3.1 [109].

Coeficientul privind utilizarea oxigenului este de 4,6, constant. Acest lucru reflect

doar consumul din reacia energetic (ecuaia 3.3), nu este luat n calcul azotul utilizat pentru

sinteza celular.

8/4/2019 Cal In

36/187



Tabel 3.1.Coeficienii acceptai pentru proiectarea sistemelor de nitrificare

privind utilizarea oxigenului, producia de biomasi reducerea alcalinitii

Nr.

crt.

Parametru Ecuaia Coeficient

1

Consumul oxigenului NNHg

necesarOg

4

2

4,6

2 Producia de biomas

(Randamentul)

( )NNHg

orinitrificatprodusacelularamasag

4

0,13

Modificare alcalinitate

( )NNHg

CaCOtealcalinitag

4

3

7,1

Este important de precizat c n sistemele cu nitrificare a apelor uzate sunt prezeni i

ali compui biodegradabili, n afara amoniul. Aceti compui vor avea influen asupra

oxigenului, produciei de biomasi a alcalinitii.

Producerea acidului liber (H+

) i consumul dioxidului de carbon (CO2), descrise deecuaiile (3.4) i (3.5), vor avea impact asupra pH-ul.

3.1.1.3. Cinetica nitrificrii

Reducerea amoniului n procesul de nitrificare are loc prin sintez bacterian conform

ecuaiilor (3.6) i (3.7). Expresiile cinetice pot fi dezvoltate pentru descrierea vitezei de

cretere a bacteriilor nitrificatoare i oxidarea amoniului, lund n considerare influena i

altor factori ai mediului nconjurtor asupra reaciilor.

Cinetica dezvoltrii biomaseii utilizarea amoniului

Descrierea oxidrii amoniului i nitritului se poate realiza examinnd dezvoltarea

cinetic a bacteriilor nitrificatoare: Nitrosomonas i Nitrobacter. Dezvoltarea bacteriei

Nitrosomonas este limitat de concentraia amoniului, n timp ce dezvoltarea bacteriei

Nitrobacter este limitat de concentraia nitritului. Ecuaia cinetic propus de Monod este

folosit pentru a descrie cinetica dezvoltrii biologice att pentru Nitrosomonas ct i pentru

Nitrobacter.

8/4/2019 Cal In

37/187



SK

S

S += * (3.9)

unde :

= viteza specific de cretere a microorganismelor, (zi-1);

=* viteza specific maxim de cretere a microorganismelor, (zi-1);

KS = constanta (coeficientul) de semisaturaie, (mg/dm3) ; este egal numeric cu

concentraia substratului pentru care viteza specific de cretere este jumtate

din valoarea maxim ;

S = concentraia substratului ce limiteaz dezvoltarea n bazinul de nitrificare,

(mg/dm3).

n mod normal nitritul nu se acumuleaz n cantiti mari n sistemele de nitrificare

biologic sub regim permanent, deoarece viteza specific maxim de cretere a bacteriei

Nitrosomonas este considerabil mai mare dect viteza maxim de cretere a bacteriei

Nitrobacter. Valorile KS pentru ambele organisme sunt mai mici pentru 1 mg N/dm3 la

temperaturi mai mici de 20oC. Din acest motiv, viteza creterii bacteriilor nitrificatoare poate

fi modelat pe baza ecuaiei (3.9), utiliznd conversia amoniului la nitrit ca treapt de limitare

a vitezei :

NK

N

N

NN += * (3.10)

unde :

N = viteza specific de cretere a Nitrosomonas, (zi-1);

=N* viteza specific maxim de cretere a Nitrosomonas , (zi-1);

KN = constanta (coeficientul) de semisaturaie pentru Nitrosomonas,

(mg NNH 4 + /dm3) ;

N = concentraia n NH4+_N, (mg NH4

+_N /dm3).

Viteza oxidrii amoniului este controlat de creterea bacteriei Nitrosomonas i este

raportat la cretere de coeficientul de randament al Nitrosomonas. Relaia dintre viteza de

oxidare i viteza creterii Nitrosomonas poate fi exprimat prin expresia :

8/4/2019 Cal In

38/187



NK

N'qq

N

N

N

NN +

=

= (3.11)

unde :

qN = viteza oxidrii amoniului, g NNH4

+ oxidat/g VSS/zi ;

q N = viteza maxim de oxidare a amoniului ;

N = coeficientul creterii organismelor, g Nitrosomonas dezvoltate (VSS)/g

NNH 4 + nlturat.

Datorit vitezei lente de cretere a nitrificatorilor este necesar un timp suficient de

retenie, pentru a menine o populaie corespunztoare a acestor organisme.

Timpul de retenie pentru sistemele biologice este n mod normal definit ca :

=C masa total a nmolului minus masa total a nmolului efluent din sistem/zi(3.12)

unde: =C timpul de retenie a solidelor (sau timpul de retenie a celulelor), (zi).

La un regim stabil, nmolul care iese din sistem va fi egal cu nmolul produs. Prin

urmare, viteza de cretere i timpul de retenie sunt legate conform relaiei:

NNN

C

'b1

==

(3.13)

unde := N' viteza net specific de cretere a nitrificatorilor, ( zi

-1) ;

bN = coeficientul descompunerii endogene pentru nitrificatori, (zi-1) .

La organismele nitrificatoare, bN este considerat neglijabil (bN = 0), n acest caz viteza

specific de cretere N este aceeai cu viteza net specific de cretere N' .

Valorile pentru rata maxim specific de cretere a Nitrosomonas i coeficienii

corespunztori sunt prezentai n tabelul 3.2 [9].

Tabel nr. 3.2. Valorile vitezei maxime specifice de cretere i coeficientul

de semisaturaie pentru Nitrosomonas la temperaturconstant(20oC)

N' (zi-1) KN(mg/dm

3 NNH 4 +

)

1,32 3,6

0,84 1,0

1,62 0,6

8/4/2019 Cal In

39/187



Coeficientul vitezei maxime specifice de cretere a Nitrosomonas este strns

dependent de componentele apei i trebuie determinat experimental.

3.1.1.4. Factori care influeneaz nitrificarea

3.1.1.4.1. Temperatura

Procesul de nitrificare are loc la temperaturi cuprinse ntre 4-45oC, cu o temperatur

optim de 35oC pentru Nitrosomonas i o temperatur optim de 35-42oC pentru Nitrobacter.

Cercetrile au artat c procesul nitrificrii este dependent de temperatur, dar cuantificarea

efectelor acesteia este foarte dificil. Estimrile privind viteza maxim de cretere a

Nitrosomonas n intervalul 10-30 oC sunt prezentate n tabelul 3.3 [8][48] [109].

Tabel 3.3Valorile vitezei maxime specifice de cretere pentruNitrosomonasn funcie de temperatur

TemperaturoC 1'N zi,

10 0,3

20 0,65

30 1,2

Valorile din tabelul 3.3 sunt n acord cu ecuaia vanHoff Arrhenius, care prevede

dublarea vitezei de cretere la fiecare 10oC a temperaturii.

n proiectare este acceptat o expresie tip Arrhenius care cuprinde i efectul

temperaturii asupra vitezei maxime de cretere a Nitrosomonas n intervalul 5 - 30 oC, aceasta

fiind:

( )15T098,0'N e47,0

= (3.14)

unde: T = temperatura, oC.

3.1.1.4.2. Concentraia de oxigen dizolvat

Concentraia oxigenului dizovat are un efect semnificativ asupra vitezelor de cretere a

bacteriilor nitrificatoare. Viteza de cretere a bacteriilor Nitrosomonas nu este limitat la

concentraii ale oxigenului dizolvat de peste 1,0 mg O2/l, dar n practic pot fi necesare

concentraii mai mari de 2,0 mg O2/l ( este recomandabil s fie meninut un nivel minim al

concentraiei de oxigen dizolvat de 2,0 mg O2/l) [90].

8/4/2019 Cal In

40/187



3.1.1.4.3. pH ul

Echilibrul pH-ului va fi dictat de alcalinitate. Reducerea teoretic a alcalinitii este de

7,1 mg (exprimat n CaCO3/mg NH4+ - N). Pe msur ce pH-ul tinde spre domeniul acid,

viteza oxidrii amoniului scade. Este recomandabil ca pH-ul s fie meninut n intervalul

6,5-8.

3.1.1.4.4. Inhibitori

Activitatea bacteriilor nitrificatoare poate fi inhibat de diveri compui organici

(tiosulfat de carbon, etilamine, fenol) precum i de compui anorganici i metale (perclorat,

zinc, nichel, flor, hidrazin).

3.1.2. Procesele de denitrificare

3.1.2.1. Introducere

Denitrificarea biologic implic reducerea cu ajutorul bacteriilor, n mai multe etape, a

nitratului la azot gazos. Nitratul nlocuiete oxigenul dizolvat din respiraia bacterian n

aceast reacie, astfel, denitrificarea este de obicei conceput s se produc numai n absena

oxigenului molecular. Condiiile optime pentru denitrificare sunt: absena oxigenului dizolvat

i prezena nitratului[5].

Deoarece azotul gazos este inert biologic, denitrificarea transform azotul dintr-o

form potenial inacceptabil (nitrat) ntr-o form care nu are efecte semnificative asupra

mediului nconjurtor (azot gazos).

3.1.2.2. Microbiologiei ci metabolice

Spre deosebire de nitrificare (proces realizat de bacterii specifice), denitrificarea esterealizat de un numr mare de specii bacteriene. Denitrificatorii sunt omiprezeni n cele mai

multe medii, acest lucru se datoreaz faptului c aceste bacterii sunt facultativ anaerobe-

aerobe, pot utiliza att oxigenul ct i nitratul ca surs de electroni.

Cele mai cunoscute genuri de bacterii care cuprind i bacterii denitrificatoare sunt

prezentate n tabelul 3.4 [11].

8/4/2019 Cal In

41/187



Tabel nr. 3.4.Tipurile de bacterii care includ specii denitrificatoare

1 Achromobacter 5 Chromobacterium 9 Pseudomonas

2 Acinetobacter 6 Desulfovibrio 10 Rhizobium

3 Alcaligenes 7 Neisseria 11 Thiobacillus

4 Bacillus 8 Propionibacterium 11 Vibrio

Denitrificarea este un proces n care nitratul (NO3-) este secvenial redus la nitrit

(NO2), oxid nitric (NO), oxid nitros (N2O) i azot gazos. Reaciile sunt catalizate de enzime

specifice, dup cum urmeaz [90]:

OHNOH2e2NO 223 ++++ nitrat reductaz (3.15)

OHNOH2eNO 22 ++++ nitrit reductaz (3.16)

OHONH2e2NO2 22 +++ + oxid nitric reductaz (3.17)

OHNH2e2ON 222 ++++ oxid nitros reductaz (3.18)

Oxidul nitric (NO), oxidul nitros (N2O) i azotul gazos (N2) sunt compui de natur

gazoas ce se elibereaz n atmosfer. n timp ce azotul gazos nu are un efect semnificativ

asupra mediului, oxidul nitric (NO) i oxidul nitros (N2O) sunt compui implicai n

distrugerea stratului de ozon i n nclzirea global [53].

Avnd n vedere c oxidul nitric i oxidul nitros au fost rar detectai n procesul de

denitrificare, datorit vitezelor de reducere mult mai mari ale acestora dect ale nitratului i

nitritului, procesul de denitrificare a fost redus la doar dou etape:

223 NNONO (3.19)

n procesul de denitrificare, nitritul i nitratul funcioneaz ca ioni acceptori de

electroni (n lanul de transport respirator) n acelai mod ca i oxigenul. Acest transport n

lan este mecanismul fundamental prin care celulele genereaz energie. Procesul implic

transferarea electronilor de la ionul donor redus (substrat) la ionul acceptor oxidat (oxigen,

nitrit, nitrat). Nitritul sau nitratul pot servi ca substitueni pentru oxigen n acest lan, cu doar

mici modificri n sistemul metabolic al bacteriilor. Prin utilizarea nitratului sau nitritului n

locul oxigenului n lanul electronilor se produce mai puin energie.

Sistemele de control ce exist la nivel individual ct i al populaiei indic ce form de

energie s fie folosit, astfel nct, s se obin o eficien maxim. Astfel, dac oxigenul este

prezent el va fi folosit preferenial fa de nitrat, dac oxigenul lipsete, nitratul va fi folosit

preferenial dect sulfatul. Deoarece bacteriile care reduc sulfatul (sulfobacteriile) nu pot

8/4/2019 Cal In

42/187



concura n mod efectiv cu reductorii de nitrat pentru materia organic disponibil, reducerea

sulfatului la sulfit i deci apariia de mirosuri neplcute nu este posibil n sistemele anoxice

unde ni

Cal In

Documents