-
10
4
APELE UZATE I INFLUENA LOR ASUPRA MEDIULUI NATURAL I EPURAREA
ACESTORA
4.1. Proveniena apelor uzate
Apele uzate provin din ncrcarea apei din natur cu materiale i
substane care i modific indicatorii de calitate, o polueaz.
Cantitile cele mai mari de ape uzate provin din unitile
industriale.
4.2. Influena asupra mediului nconjurtor Receptorii folosii n
mod obinuit pentru evacuarea apelor uzate colectate prin reele de
canalizare
sunt cursurile de ap de suprafa, lacurile sau marea Apele de
suprafa sunt supuse unei impurificri proprii (autogene), provenite
prin descompunerea
plantelor i animalelor moarte existente sau aduse n mod natural,
precum i impurificrii datorit apelor uzate.
4.2.1. Influena asupra receptorului
Aciunile apelor uzate asupra receptorilor difer dup tipul
acestora: ape de suprafa (ruri, lacuri, mri) sau soluri
infiltrabile.
Apele de suprafa sufer din partea-apelor uzate urmtoarele
aciuni: modificarea calitilor fizice, prin schimbarea culorii
modificarea calitilor organoleptice (gustul i mirosul); modificarea
calitilor chimice prin schimbarea reaciei apei (pH-ul), creterea
coninutului de
substane toxice, schimbarea duritii, reducerea cantitii de
oxigen distrugerea florei i faunei valoroase i favorizarea
dezvoltrii unor microorganisme, ca i mrirea
numrului de virusuri i de bacterii, printre care se pot gsi i
germeni patogeni. Apele m a r i n e .
Solurile infiltrabile.
4.2.2. Influena asupra captrilor de ap potabil si industrial
Sub influena apelor uzate neepurate satisfctor, cu coninut de
substane organice, ncep s se formeze n apa receptorului colonii
mari de microorganisme, care sunt antrenate de apa rului i apoi
blocheaz grtarele de la intrarea prizelor de ap i a filtrelor de la
instalaiile de ap potabil i industrial.
4.2.3. Influena asupra folosinelor agricole i a creterii
animalelor Apele cu un coninut mare de acizi dizolv substanele
nutritive din sol.
4.2.4. Influena asupra fondului piscicol
Pentru a permite o dezvoltare normal a petilor, apa din
resursele de suprafa trebuie s ndeplineasc anumite condiii de
calitate. Conform prevederilor STAS 4706 pentru reproducerea i
dezvoltarea salmonidelor (pstrvilor), apa trebuie s aib categoria I
de calitate, iar pentru reproducerea i dezvoltarea fondului
piscicol natural din apele de es, categoria a Il-a de calitate.
Tabelul 4.2 Exigene de epurare minimale
-
11
5. EPURAREA MECANIC
Metodele de epurare mecanic asigur eliminarea din apele uzate a
corpurilor mari vehiculate de acestea, a impuritilor care se depun
i a celor care plutesc sau pot fi aduse n stare de plutire. Metoda
este larg folosit ca epurare prealabil sau ca epurare unic (final),
n funcie de gradul de epurare necesar, dup cum trebuie s fie urmat
sau nu de alte trepte de epurare.
5.1. Generaliti
In treapta de epurare mecanic se rein suspensiile grosiere i
cele fine. Pentru reinerea lor se utilizeaz grtarele, sitele,
separatoarele de grsimi, deznisi-patorele i decantoarele.
Grtarele rein corpurile i murdriile plutitoare aflate n
suspensie n apele uzate (crpe, hrtii, cutii, fibre etc.).
Sitele cu ochiuri mai mici de1 mm s-au folosit pentru epurarea
mecanic a apelor uzate oreneti; si industriale, curn sunt cele de
la abatoare, cresctorii de porci, fabrici de conserve de legume i
fructe etc.
Separatoarele de grsimi sau bazinele de flotare au ca scop
ndeprtarea din apele uzate a uleiurilor, grsimilor i, n general, a
tuturor substanelor mai uoare dect apa.
Flotarea este folosit drept treapt suplimentar de epurare,
naintea epurrii biologice, pentru epurarea apelor uzate
industriale.
Deznisipaioarele sunt indispensabile unei staii de epurare, n
condiiile n care exist un sistem de canalizare unitar, deoarece
nisipurile sunt aduse n special de apele de ploaie. Nisipul nu
trebuie s ajung n treptele avansate ale staiei de epurare, pentru a
nu aprea inconveniente, cum ar fi:
deteriorarea instalaiilor de pompare, dificulti n funcionarea
decanoarelor;
reducerea capacitii utile a rezervoarelor de fermentare a
nmolurilor i stnjenirea circulaiei nmolurilor.
Deznisipatoarele trebuie s rein prin sedimentate particule rnai
mari de 0,2 mm; n acelai timp, trebuie s se evite depunerea
materialelor organice, pentru a nu se produce fermentarea lor,
Decantoarele sunt construcii n care sedimenteaz cea mai mare
parte a materiilor n suspensie din apele uzate.
-
12
.
innd seama de cele de mai sus, se poate scrie relaia:
H = VS td (5.1)
n care: Vs este viteza de sedimentare, n m/h;
td - durata de decantare, n h.
n acelai timp, pentru durata de decantare, td, este valabil i
relaia general dintre debit i volum:
Q
Vt dd (5.2)
n care: Vd este volumul decantorului, n m3;
Q - debitul influent decantorului, n m3/h.
In cazul de fa, pentru Vd se poate scrie relaia:
Vd = A H, (5.3)
n care A este aria suprafeei de decantare. Dac se nlocuiete
(5.3) n (5.2) i se ine seama de (5,1) se obine:
0VA
QVs (5.4)
Vs = f(C) (5.5)
-
13
Valoarea vitezei de sedimentare V5 se determin experimental prin
msurarea distanei pe care se deplaseaz planul de separare
ap-suspensie i raportarea acestei distane la timpul n care s-a
realizat deplasarea. Viteza de sedimentare se utilizeaz la calculul
ariei necesare unui decantor, utilizndu-se relaia:
A = Q/Vs (5.6)
n care: A este suprafaa zonei de sedimentare, n m ; Q - debitul
influent decantorului, n m
3/h;
Vs - viteza de sedimentare, n m/h.
Raportul dintre debitul influent Q i aria suprafeei
decantorului, A, ar putea reprezenta, de fapt, o vitez de curgere a
apelor n decantor de jos n sus, conform relaiei:
Vc = Q/A (5.7)
Avand in vedere relatiile (5.6) si (5.7) rezulta:
Vs = Q/A = Vc (5.8)
5.3. Construcii i instalaii pentru epurarea mecanic i
mecano-chimic
Pentru realizarea epurrii mecanice se folosesc: grtarele,
deznisipatoarele, separatoarele de grsimi i decantoarele, iar
pentru realizarea epurrii mecano-chimice - instalaii de
coagulare-floculare.
Grtarele. Dup mrimea interspaiilor, grtarele pot fi clasificate
astfel: grtare rare cu interspaii de 40-20 mm (uneori i 100 mm).
Viteza de curgere a apei prin grtare
se menine njur de 60-100 cm/s, pentru a evita depunerile;
materiile reinute pe grtarele rare se ridic la 2-3 l/persoan i an.
Curirea poate fi manual dar e preferabil cea mecanizat;
grtarele dese (obinuite), cu interspaii de 6 -1 mm i chiar mai
mici. Se ntrebuineaz n cazul n care staiile posed instalaii mai
sensibile, care pot fi dereglate sau nfundate de corpurile
plutitoare, nclinarea barelor e mult mai mic (uneori chiar
nul).
Curirea grtarelor se poate realiza manual sau mecanic. Curirea
manual se folosete n cazul instaliilor mai mici, cu cantiti reduse
de materii reinute. Se efectueaz cu grebla de mn, de pe o platform
situat deasupra nivelului maxim al apei.
Curirea mecanic se utilizeaz cnd cantitile de materii reinute
sunt att de mari nct necesit curirea lor frecvent sau chiar
continu.
-
14
Una dintre condiiile importante care trebuie avute n vedere la
dimensionarea grtarelor este viteza de trecere a apei printre
barele grtarului (max 1 m/s) i viteza de circulaie a apei prin
canal (min 0,4 m/s), pentru ca, pe de o parte, corpurile plutitoare
s nu fie antrenate printre barele grtarului, iar pe de alt parte, s
se evite depunerile de materii n canal.
Deznisipatoarele. Dup direcia principal a curentului de curgere,
deznisipatoarele pot fi orizontale - n cele mai dese cazuri - sau
verticale.
Deznisipatoarele orizontale constau - de obicei - din dou sau
mai multe canale nguste i relativ puin adnci, n care apa circul cu
viteza medie de circa 0,30 m/s (0,20-0,40 m/s), avnd timpul de
staionare de 0,5-1 min (fig. 5.5).
Deznisipatoarele verticale sunt cilindrice, apa micndu-se de jos
n sus cu o vitez de circa 0,02-0,05 m/s, depunerile adunndu-se jos,
ntr-o ba tron-conic.
Evacuarea mecanic a nisipului se poate realiza prin diferite
dispozitive, printre care: dispozitive cu raclei i nec; dispozitive
cu raclei, pomp fix sau hidroelevator pentru evacuarea nisipului;
dispozitiv cu pompe mobile.
Separatoarele de grsimi. Procedeele de reinere sunt n funcie de
natura grsimilor, respectiv: grsimi libere, care au tendina de a se
ridica la suprafaa apei; grsimi sau spunuri, aflate n dispersie
coloidal sau sub form deemulsii, care n mod normal
nu au tendina de a se ridica la suprafa; gudroane care au
tendina de a se depune. Pentru grsimile din prima grup, procedeul
se bazeaz pe micorarea vitezei de curgere a apei,
grsimile separndu-se la suprafa, ntr-un spaiu amenajat n acest
scop. Bazinele sunt, n general, de form dreptunghiular. Evacuarea
grsimilor se face manual, iar apa iese prin sifonare.
Pentru grsimile din grupa a doua, bazinele sunt formate din trei
compartimente, n bazinul central se face insuflarea cu aer i
separarea grsimilor, care sunt dirijate spre un jgheab colector.
Apa se evacueaz n compartimentele laterale (fig. 5.7).
Principalii parametri de proiectare pentru separatoarele de
grsimi sunt: timpul de staionare: 5-10 min; cantitatea de aer:
0,2-0,8 m3 aer/m3 ap; adncimea apei: 1,20-2,75 m.
-
15
Un dispozitiv interesant pentru separarea grsimilor este acela
care combin insuflarea de aer cu vacuumul ntreinut la suprafaa apei
printr-o pomp de vacuum, n acest scop se folosete un bazin acoperit
etan. Apa care trebuie epurat se preaereaz i se introduce la
seminlimea bazinului. Bulele de aer care se formeaz se ridic la
suprafa, antrennd cu ele materiile flotante i cele decantabile uor.
Stratul de spum care se formeaz este colectat de o lam care l
conduce spre gura de evacuare. Materiile decantabile se depun pe
fund, de unde sunt raclate i evacuate pe la fundul bazinului.
Decantoarele. Sunt instalaiile n care sedimenteaz cea mai mare
parte a substanelor n suspensie din apele uzate.
Dup direcia de curgere a apei, decantoarele se mpart n:
oiizontale i verticale. Dup forma n plan; decantoarele pot fi:
dreptunghiulare (mai rar ptrate) i circulare. In mod uzual, la noi
au cptat denumirea de decantoare orizontale" decantoarele cu
circulaie
orizontal a apei i avnd forma dreptunghiular; de asemenea, se
denumesc decantoare radiale" decantoarele cu circulaie orizontal a
apei, dar avnd forma circular.
Din punct de vedere al prelucrrii nmolului reinut n decantoare,
acestea se pot mpri n decantoare fr spaiu de fermentare
(fermentarea se face n construcii separate), sau decantoare cu etaj
(Imhoff sau Emscher), care cuprind i spaiile de fermentare.
Dup locul pe care l ocup n schema de epurare, acestea se mpart
n: primare (naintea treptei biologice) i secundare (dup treapta
biologic).
Decantoarele orizontale. Sunt bazine dreptunghiulare, n care apa
circul cu o vitez medie orizontal de 5-20 mm/s, avnd i o component
vertical de 0,05-0,5 mm/s, timpul de staionare variind ntre 1,5 i 2
h. n fig. 5.8 se dau cteva tipuri de decantoare orizontale.
-
16
Colectarea depunerilor la plnia din capul amonte se face de
cteva ori pe zi, pentru a mpiedica
fermentarea lor, folosindu-se mijloace hidraulice sau
mecanice.
Decantoarele radiale. Sunt n prezent cele mai folosite pentru
instalaiile mari. Sunt bazine cilindrice, cu adncimea apei de 3-4
m, care se dimensioneaz pe baza timpului de staionare (1,5-2 h) i a
ncrcrii superficiale (v. STAS 4162-82). Ele reprezint un dispozitiv
foarte raional, n care apa circul radial de la centru spre
periferie, avnd progresiv viteze din ce n ce mai mici; pe msur*ce
scad i dimensiunile particulelor care urmeaz a se depune (fig.
5.10).
Curirea depunerilor se face printr-un pod raclor rulant, cu
rzuitoare de fund, care conduce nmolul spre baa central, de unde
este evacuat prin pompare. Micarea podului este continu sau
intermitent. Mecanismul de comand a raclorului poate fi central sau
periferic.
-
17
__ admisia i distribuia uniform a circulaiei apei n decantor;
evacuarea uniform a apei decantate; colectarea i evacuarea continu
a spumei de pe suprafaa apei din decantor;
colectarea i evacuarea, preferabil continu, a nmolului depus pe
rundul decantorului;
golirea periodic i punerea la uscat a instalaiei pentru revizie
i reparaii.
Instalaiile de coagulare-floculare. Epurarea mecancchimic se
realizeaz n construcii pentru dozarea i prepararea reactivilor i
pentru flocularea suspensiilor, n cadrul epurrii mecano-chimice se
folosesc reactivi pentru ndeprtarea prin coagulare i floculare a
materialelor fin dispersate i a celor coloidale.
O suspensie coloidal este format din particule extrem de mici,
care posed la suprafa o anumit ncrcare electric. Aceste ncrcri
electrice induc o for de respingere ntre particulele vecine, ceea
ce explic marea stabilitate a acestor suspensii. Dac printr-un
mijloc oarecare, ca de pild modificarea pK-ul\ii sau introducerea
unui coloid de sarcin electric contrar, se reuete s se anuleze sau
s se reduc parial sarcinile electrice ale particulelor din apa de
epurat, aceste particule se aglomereaz i formeaz precipitate
-
18
relativ voluminoase (flocoane), capabile s decanteze rapid.
Efectul este nc mai rapid, dac se introduce i o agitare a
lichidului. Alegerea coagulantului optim pentru o anumit ap ce
trebuie epurat se determin pe baza cercetrilor de laborator.
Agenii de precipitare cei mai larg folosii pentru efluenii
urbani sunt sulfatul feros i clorura feric. Dozele uzuale de
coagulani folosii sunt de circa 35 g/m3 ap pentru clorura feric i
circa 55 g/m3 ap pentru sulfatul feros, putnd varia de la caz la
caz. Sulfatul feros acioneaz la un pH. cuprins ntre 6 i 7 (uneori
chiar 5); clorura feric, dimpotriv, la pH alcalin.
In unele situaii, flocularea i precipitarea sunt mult ngreunate
de variaiile pH-ului, de temperatura sczut a apei sau de faptul c
flocoanele rezultate sunt foarte uoare i se depun greu. n asemenea
cazuri, un bun factor de activare a floculrii este silicea activ,
care n sine nu este un floculant, ci un element care ajut la
neutralizarea sarcinilor electrice i obinerea unui precipitat mai
compact.
Folosirea coagulanilor produce n decantoare un volum de nmol de
2-3 ori mai mare dect cel de la decantoarele fr coagulant.
Procedeul tratrii chimice se nscrie ca eficien ntre decantare
simpl i epurare biologic. Prin adugarea procedeului dezinfectrii se
poate atinge, uneori, eficiena treptei biologice.
5.4. Utilizarea floculanilor n procesul de epurare a apelor
5.4.1. Elemente teoretice
Limpezirea apelor uzate sau a celor parial epurate a fost i rmne
o problem deosebit de important. Una din treptele eseniale ale
staiilor de epurare a apelor o constituie treapta mecanic, n care
sunt ndeprtate materiile n suspensie. Cnd dimensiunile materiilor n
suspensie n mediul apos sunt foarte mici, ntre l mm i l n, acestea
formeaz dispersii stabile (coloizi) care nu se separ
gravitaional.
Aa cum s-a artat, tratarea soluiilor coloidale cu sruri de
aluminiu sau cu sruri ale altor metale polivalente (denumite
electrolii anorganici) permite eliminarea cu succes a particulelor
electronegative cu
dimensiuni ntre l mm i l , dar nu i a fraciei de particule
foarte fine, cu dimensiuni sub l u.. Fracia de particule foarte
fine poate fi eliminat numai prin utilizarea unui polielectrolit
organic (floculant) n acelai timp cu coagulantul anorganic, n acest
caz, polielectrolitul organic a fost denumit adjuvant de
coagulare.
5.4.2. Elemente practice
Coagularea d rezultate bune cnd sunt respectai urmtorii
parametri de proces: doza optim de coagulant (ce se stabilete
experimental, n funcie de coninutul de materie n suspensie,
de substane organice dizolvate, de tria ionic a apei);
-
19
asigurarea pH-ului optim de precipitare a coagulantului (n cazul
sulfatului de aluminiu, pH-ul optim teoretic este de 5,3-5,8;
practic, ns, poate fi mai mare, depinznd de caracteristicile apei
de tratat). i acest parametru trebuie stabilit experimental.
Succesul floculrii este dependent, de asemenea, de respectarea
unor elemente eseniale, i anume: selecia floculantului; utilizarea
dozei optime din punct de vedere tehnico-economic; respectarea
tehnologiei de utilizare. Selecia floculantului. Aa cum s-a
menionat, floculanii utilizai n prezent sunt polimeri organici,
care din punct de vedere al ncrcrii electrice sunt: anionici,
cationici, neionici.
In cazul epurrii apelor uzate, se utilizeaz, n general, polimeri
cationici sau neionici. In cazul tratrii nmolurilor din staia de
epurare, se utilizeaz, cu predilecie, polimeri cationici. La
selecia floculanilor trebuie inut seama i de faptul c muli dintre
acetia nu sunt activi la
temperaturi joase ale apei (sub 10... 15 C).
De asemenea, trebuie inut cont c n timp polimerii se inactiveaz,
deci furnizorul trebuie s precizeze data de fabricaie a produsului
i timpul la care ncepe inactivarea.
Utilizarea dozei optime din punct de vedere tehnico-economic.
Doza optim tehnico-economic este doza minim cu efecte favorabile
maxime i pentru fiecare tip de ap se stabilete n mod
experimental.
Atunci cnd floculantul se utilizeaz ca adjuvant de coagulare,
dozele corect stabilite permit:
reducerea cu 20-50% a necesarului de coagulant fa de folosirea
singular, cu obinerea unei caliti superioare a apei tratate,
determinat de o remanent mult diminuat a ionului A13+ n apa tratat
(care n cazul apei potabile este de mare importan, deoarece
aluminiului i se atribuie apariia bolilor gastrice - ulcer, la
consumatori);
utilizarea unor doze foarte mici de adjuvant de coagulare (0,1-3
mg/1), paralel cu scderea dozei de agent de coagulare, determin
costuri ale reactivilor egale sau mai sczute dect n varianta
clasic;
formarea de nmoluri cu caracteristici de decantare sau
filtrabilitate mult mbuntite. Cnd floculantul se utilizeaz la
tratarea nmolurilor din staia de epurare, se obin efecte ca:
reducerea pn la eliminarea complet a utilizrii srurilor anorganice,
pentru condiionare-
ingroare; eliminarea unui procent mai mare de ap din nmol, la
ngroare; obinerea unui nmol ngroat, cu caracteristici de
filtrabilitate mult mbuntite.
Respectarea tehnologiei de utilizare a floculantului. Tehnologia
de utilizare cuprinde:
dizolvarea i/sau diluarea la concentraia de utilizare, de
0,1-0,5%, exprimat n substan activ; modul de adugare n apa de
tratat (continuu sau n arje); ordinea adugrii, atunci cnd se
utilizeaz ca adjuvant de coagulare; condiiile de amestec i reacie,
respectiv de decantare sau filtrare. Toate aceste elemente fie
sunt
precizate de furnizorul de produs, fie se stabilesc n mod
experimental, cu excepia condiiilor de dizolvare, care trebuie
specificate n fia produsului.
In multe cazuri, utilizarea industrial a floculanilor a dus la
eecuri din cauza neasigurrii unuia dintre parametrii tehnologiei de
utilizare.
6. EPURAREA BIOLOGIC
Epurarea biologic este procesul tehnologic prin care impuritile
rganice din apele_uzae sun transformate de ctre o cultur de
microrganisme, n produi de degradare inofensivi (CO2, H2O, alte
produse) i n masa celular - nou (biomas). Cultura de microorganisme
poate fi dispersat n volumul de reacie al instalaiilor de epurare
sau poate fi fixat pe un suport inert. In primul caz, cultura se
cheam, generic, "nmol activ'', iar epurarea se numeste biologica cu
nmol activ. In al doilea caz, cultura se dezvolt n film (pelicul)
biologic, iar epurarea se realizeaz, n construcii cu filtre
biologice, cu biodiscuri etc. Namolul activ fiind un material in
suspensie, trebuie separat de efluentul epurat prin: sedimentare,
flotatie, filtrare, centrirugare etc. Cea
mai aplicata metod este separarea gravitaional (sedimentarea).
In cazul filmului biologic nu se pune problema separrii acestuia de
apa epurat, ntruct este fixat pe un suport. Cu toate acestea, ca
urmare a creterii biologice, se desprind des poriuni din filmul
biologic care trebuie nlturate din apa epurat, prin
sedimentare.
-
20
Rolul principal n epurarea biologic este deinut de bacterii.
Aceste microorganisime care consurn substanele organice din apele
uzate pot trai in prezena sau n absena oxigenului (obligat aerobe,
facultativ aerobe i obligat anaerobe). In funcie, deci, de
necesarul de oxigen, procesul de epurare poate fi: aerob sau
anaerob. Procesul aerob se utilizeaz cu prioritate la ndeprtarea
poluanilor din apele uzate, pe cnd cel anaerob la prelucrarea
namolurilor.
In strns asociere cu bacteriile, in procesele aerobe triesc
protozoare (ciliate, flagelate), metazoare (rotiferi, nematode) i
ciuperci sau fungi. Aceste asociaii de microorganisme se numesc
biocenoze. Dei biocenozele sunt formate aproximativ din aceleai
microorganisme, au totui un caracter specific pentru fiecare proces
de epurare.
6.1. Metabolismul bacterian
Epurarea biologic se realizeaz ca urmare a metabolismului
bacterian. Metabolismul bacterian reprezint totalitatea proceselor
implicate n activitatea biologic a unei celule, prin intermediul
crora energia i elementele nutritive sunt preluate din mediul
nconjurtor i utilizate pentru biosintez i cretere, ca i pentru alte
activiti fiziologice secundare (mobilitate, lumimscen etc.). In
urma acestor procese, substanele din mediu (elementele nutritive)
sunt transformate n constitueni celulari, energie i produse de
uzur.
Una dintre caracteristicile distinctive ale activitii metabolice
bacteriene este intensitatea ei excepional, comparativ cu aceea a
activitilor omoloage ale organismelor superioare. Astfel,
activitatea respiratorie a unui gram (exprimat ca substan uscat) de
bacterii aerobe este de cteva sute de ori mai intens dect cea a
omului, iar potenialul metabolic al microorganismelor din cei 25 cm
superficiali ai solului de pe o suprafa de l ha este echivalent cu
acela al ctorva zeci de mii de oameni. Aceste date ilustreaz
capacitatea imens a acestor vieuitoare, caracterizate, n plus,
printr-o aptitudine cu totul deosebit de a supravieui n condiii de
via foarte variate. Pentru a atinge un astfel de nivel metabolic,
organismul uman ar avea nevoie de mai multe mii de tone de alimente
pe or. O atare intensitate a activitii metabolice, puin comun n
lumea vie, este posibil n bun parte datorit suprafeei foarte mari a
celulelor microbiene n raport cu greutatea lor. Ca urmare, aceste
organisme au o suprafa foarte larg de contact cu mediul nconjurtor,
deci de schimb de substane ntre celuia i mediu. Pe de alt parte, ar
exista n natur o regul conform creia viteza metabolismului de care
depinde viteza de cretere ar fi invers proporional cu mrimea
organismului. Ca atare, cu ct corpul unui organism este mai mic, cu
att metabolismul su este mai intens i creterea sa mai rapid.
Excepionala vitez de cretere a bacteriilor reprezint un avantaj
important pentru supravieuirea populaiilor bacteriene n natur i, n
acelai timp, constituie factorul principal care condiioneaz
dimensiunile mici ale celulei bacteriene.
Considerate n ansamblu, bacteriile i pot realiza metabolismul
utiliznd practic numeroasele i diferitele surse de substane
nutritive de la azot molecular, bioxid de carbon, sulf i pn la
substanele organice complexe. Aproape orice substan din mediu,
organic sau anorganic, din care se poate obine energie, este
accesibil metabolismului bacterian. Exist microorganisme, care
pentru sinteza constituenilor celulari pot folosi substane lipsite
de orice nrudire structural cu componentele chimice ale celulei,
sau care sunt chiar toxice, substane i materiale care acoper o gam
larg de structuri chimice, ncepnd de ia acizii formic. acetic,
oxalic i sulfuric i pn la fenoli, asfalt, parafine, hidrocarburi
din petrol, chitin, piele, cauciuc, lemn, substane antibiotice.
Aceast capacitate a microorganismelor de a metaboliza cei mai
diveri produi explic i faptul c diferitele substane organice
provenite din materiile reziduale i din cadavre au fost degradate
nc de la apariia vieii pe pmnt i astfel nu s-au putut acumula.
Reaciile biochimice metabolice sunt condiionate de prezena n
mediul natural sau n mediile de cultur artificiale a tuturor
materialelor necesare pentru sinteza constituenilor celulari i
pentru obinerea energiei. Aadar, n mediile uzuale de cultur trebuie
s se gseasc, n primul rnd, surse de C, H, O, N, P, S - apoi n
cantiti mai mici - surse de K, Mg, Mn, Na, Ca, Fe, Cl-, SO4
2- , PO4
3- i, n sfrit, n concentraii
infime Zn, Co, Mo, aa-numiteie oligoelemente, indispensabile
activitii metabolismului bacterian.
Procesele de dezasimilaie. Energia necesar reaciilor de
biosintez a constituenilor celulari se obine n procesul de
dezasimilaie. Eliberarea de energie se realizeaz n trei faze
distincte.
In prima faz a degradrii, macromoleculele de origine biologic
sunt descompuse la unitile lor de construcie: proteinele la
aminoacizi, grsimile la glicerina i acizi grai, iar glucidele la
hexoze, pentoze etc. n aceast faz se elibereaz mai puin de 1% din
energia total a macromoleculelor. Aceast energie se pierde n mare
parte sub form de cldur.
-
21
In faza a doua, moleculele rezultate din degradarea efectuat n
faza precedent sunt transformate mai departe n ali produi, cu
formare de CO2 i H2O. Se elibereaz n aceast faz circa o treime din
ntreaga energie coninut n substanele nutritive.
Cea de a treia faz a procesului de eliberare a energiei se
realizeaz pe dou ci: o cale prin care substanele nutritive sunt
descompuse integral la CO2 i H2O i n care se elibereaz o
cantitate mare de energie;
o a doua cale, prin care substanele nutritive sunt descompuse
numai parial, formndu-se o mulime de produi intermediari (numii
produi de fermentaie); eliberarea de energie n acest caz este mult
mai slab.
Toate procesele de degradare (de dezasimilaie) au loc n urma
unor reacii de oxidoreducere.
Procesele de asimilaie. Asimilaia este procesul prin care
materialul nutritiv de natur exogen (din exteriorul celulei), de
fapt produii simpli derivai din el n procesul de dezasimilaie sunt
ncorporai n substana proprie a unui organism, ncorporarea se
realizeaz printr-o serie de reacii biochimice, n conformitate cu
informaiile nscrise n codul genetic al fiecrei specii.
Asimilatia reprezint, din punct de vedere biologic, elaborarea
prin biosintez a unui compus asemntor cu o structur dat i care este
caracteristic respectivului organism. Asimilaia se realizeaz prin
asamblarea unui numr mic de blocuri de construcie (produi simpli ai
procesului de dezasimilaie), repre-zentate de aminoacizi i baze
nucleice - comune tuturor fiinelor vii - n macromoleculele cu
caracter specific (proteine, acizi nucleici etc.). Acest proces de
asimilaie, de sintez a macromoleculelor, este posibil
datorit unor enzime specifice i datorit prezenei n celula vie a
materialului genetic - purttor al informaiei ereditare - care joac
rolul de model sau de tipar n biosintez.
Reaciile implicate n metabolismul celular sunt coordonate de un
mare numr de sisteme enzimatice, care catalizeaz toate
transformrile ce au loc n procesele de dezasimilaie i asimilaie.
Natura, cantitatea i activitatea acestor enzime sunt reglate n aa
fel nct s asigure celulelor bacteriene un echilibru stabil sub
raportul conservrii caracterelor specifice, dar n acelai timp,
suficient de suplu i de dinamic pentru a le permite o adaptare
continu la condiiile schimbtoare ale mediului.
Fiecare enzim are o temperatur optim de activitate; sub aceast
temperatur, reacia se desiaoar ncet; peste aceasta, poate aprea
inactivitatea termic a enzimei, datorit degradrii structurii
proteice a acesteia.
Mediul prea acid sau prea bazic (de fapt pH-ul) poate inactiva
reaciile catalizate de enzime. Enzimele mai pot fi inactivate i de
urmtorii factori: agitare mecanic violent, ultrasunete,
radiaii,
metale grele (Fe, Mg, Ag, Cu), cianuri, ageni oxidani etc.
Totodat, concentraiile prea mari de substane nutritive prezente n
mediul de cretere
conduc la inactivarea enzimelor.
6.2. Creterea i multiplicarea celular
Creterea unui microorganism se realizeaz prin depunerea uni, bi
i tridimensional de substan nou, ceea ce determin mrirea unui
individ (celul) n sensul celor trei dimensiuni.
Creterea unei celule nu se face la infinit, ci se ntrerupe la un
moment dat, cnd se produce diviziunea i are loc multiplicarea.
Iniial, s-a crezut c ncetarea creterii ar fi rezultatul unor
factori interni, controlai genetic, iar diviziunea ar fi rezultatul
unor modificri ale raportului dintre masa citoplasmei i aceea a
substanei nucleului.
Se admite azi, c activitatea normal a unei celule este
condiionat de existena unui anumit raport ntre volumul celulei care
l consum i suprafaa ei, prin care se face adsorbia substanelor
nutritive i eliminarea produilor de degradare (de uzur). Atunci cnd
disproporia suprafa-volum atinge un punct critic, raportul lor
adevrat se restabilete prin diviziunea celulei ajuns la limita ei
de cretere.
Intruct n procesul de epurare biologic creterea i multiplicarea
bacteriilor sunt de importan deosebit, n continuare sunt prezentate
aspecte legate de aceasta.
In cazul n care condiiile de mediu sunt optime, creterea
bacterian este un proces rapid; celula se multiplic n dou, procesul
decurgnd n continuare logaritmic, cele dou celule formate simultan
crescnd pn la o nou diviziune. Timpul unei generaii, adic perioada
necesar pentru ca o populaie bacterian s-i dubleze numrul de
indivizi poate fi pentru multe bacterii implicate n epurarea apelor
destul de scurt, de 15-20 min. S-a calculat c n 48 de ore o celul
ar putea da natere la 2144 celule cu o greutate de 21028t, deci de
4000 de ori mai mare dect greutatea pmntului, n realitate, creterea
microorganismelor este restrns n
-
22
mod considerabil de unii factori principali: scderea pn la
epuizare a substanelor nutritive necesare sintezei, acumularea n
mediu a produilor de metabolism toxici, schimbrile de pH etc.
Dac ntr-un volum limitat de soluie nutritiv se introduc cteva
bacterii cu capacitate de multiplicare (inocul), iar cultura este
meninut n condiii constante, creterea bacteriilor va urma aceeai
cale pentru toate tipurile de bacterii, reprezentat prin aa-numita
curb de cretere (fig. 6.2).
In condiii experimentale procesul este bine cunoscut i evolueaz
ntr-o serie de faze succesive. Faza de laten (de lag) este cuprins
ntre momentul introducerii celulelor n mediu (nsmnare)
i momentul n care ele ncep s se multiplice. Aceast faz apare ca
o perioad de adaptare la condiiile noi de cultur, n care bacteriile
viabile din inocul i acumuleaz n celul metaboliii eseniali i
sistemele enzimatice necesare creterii, n cazul n care aceste
componente biochimice le lipseau datorit condiiilor de via
anterioare nsmnrii.
Faza de multiplicare sau de cretere logaritmic este caracterizat
prin aceea c dup o scurt perioad (circa 2h) de accelerare a
ritmului de cretere, n care multiplicarea se produce cu o vitez
progresiv mrit, acest ritm devine constant i caracteristic, pentru
un organism dat, n anumite condiii de cultur, durata unei generaii
fiind minim.
In condiii ideale de cretere i multiplicare, cantitatea de
materie vie crete n funcie de timp dup o progresie geometric, adic
se multiplic cu un factor constant la fiecare unitate de timp. Dei
tipic pentru bacterii, capacitatea de cretere exponenial se
manifest ca atare numai o scurt perioad de timp, att n natur ct i n
condiii artificiale de laborator. Dup un timp relativ scurt,
tendina de multiplicare scade progresiv, datorit epuizrii
substanelor nutritive din mediu i a acumulrii n el a produselor de
dezasimilaie n concentraii cu efect inhibitor.
Faza staionar urmeaz unei scurte perioade (de circa 2h) n care
multiplicarea nu se mai produce n progresie geometric, ci ntr-un
ritm care scade progresiv, n aceast faz, numrul celulelor viabile
este maxim i rmne constant o perioad de timp care dureaz de la
cteva ore la cteva zile, n funcie de sensibilitatea bacteriilor la
condiiile defavorabile de mediu.
Faza de declin corespunde unei scderi progresive a numrului
celulelor viabile, mergnd pn la absena lor n cultur. La un moment
dat, numrul bacteriilor viabile scade n progresie geometric n
raport cu timpul, datorit morii unui numr foarte mare de celule.
Uneori, celulele viabile pot persista cteva luni, multiplicndu-se
lent, pe seama substanelor nutritive eliberate ca urmare a
distrugerii celulelor moarte.
Spre deosebire de organismele superioare, la care abolirea
pentru o perioad relativ scurt a funciilor biologice i a capacitii
de reproducere a celulelor componente determin fenomene de
degradare cu caracter ireversibil, care determin moartea, la
bacterii activitile biologice pot fi parial sau total suspendate
pentru perioade foarte ndelungate, fr ca aceasta s provoace moartea
celulelor.
6.3. Epurarea biologic aerob
-
23
Procesul de epurare aerob are loc astfel (fig.6.3): substanele
organice din apele uzate sunt adsorbite si concentrate la suprafaa
bjiomasei; aici, prin activitatea enzimelor eliberate de celul
(exoenzimele), substanele organice sunt descompuse n uniti mai
mici, care ptrund n celula microorganismelor, unde sunt
metabolizate: prin metabolizare se obin produi de descompunere
(CO2, H2O etc.), energie i material celular nou.
Procesele n mediu aerob conduc la oxidarea complet a substanelor
organice, pn la CO2 i H2O, eliberndu-se astfel importante cantiti
de energie. De exemplu, la oxidarea glucozei conform reaciei:
C6H12O6 CO2+H2O
Epurarea biologic aerob se poate realiza att n bazine cu nmol
activ (bazine de aerare, iazuri biologice etc.) ct i n bazine cu
film biologic (filtre biologice, biodiscuri etc.).
+
6.3.1. Biodegradabilitate i tratabilitate
Pentru ca impuritile coninute ntr-o ap uzat s poat fi ndeprtate
prin epurare biologica, acestea trebuie s fie biodegradabile. Apa
uzat care conine impuriti biodegradabile este tratabil
biologic.
Biodegradabilitatea unei substane este., deci, calitatea
acesteia de a fi degradat prin procedee de
oxidare biologic (biooxidare). Apele uzate menajere conin
suficiente cantiti de substane nutritive (glucide, proteine, lipide
i
derivai ai acestora), factori de cretere, sruri minerale, pentru
a constitui un mediu adecvat dezvoltrii i mutiplicrii
microorganismelor nmolului activ i filmelor biologice.
Apele uzate industriale cu coninut de substane organice, de cele
mai multe ori de sintez, trebuie abordate cu mult atenie din acest
punct de vedere; ele conin, de cele mai multe ori, substane ce nu
se degradeaz biologic, mai mult, chiar toxice pentru cultura de
microorganisme.
..
Tratabilitatea unei ape uzate reprezint capacitatea acesteia de
a-sj micora complexitatea i numarul componenilor organici, datorit
aciunii microorganismelor prezente n instalaiile de epurare; in
acelai timp este necesar cabiomasa sa se dezvolte ca urmare a
proceselor de asimilare. Apele uzate care conin compui degradabili
se numesc tratabile biologic.
Tratabilitatea apelor uzate poate fi exprimat prin ndeprtarea
substanelor organice totale din ap sau prin ndeprtarea substanelor
asimilabile; n acelasi timp, concentartia materiilor in suspensie
da indicatii asupra cresterii biomasei.
Pot fi considerate ape tratabile biologic, in sensul definiiei
de mai sus, apele uzate care n timpul trecerii prin instalaiile de
epurare corect dimensionate permit ndeprtarea substanelor organice
totale (CCO) n procente de 60-90%: iar a substanelor asimilabile
(CBO5) n procente de 80-98%.
6.3.2. Exprimarea cantitativ a coninutului de impuriti din apele
uzate
In general, pentru uzul curent al determinrilor cantitative de
substane organice din apele naturale, apele uzate, efluenii epurai
se folosesc urmtoarele metode: consumul chimic de oxigen (CCO),
consumul biochimic de oxigen (CBO) i carbonul organic total
(COT).
-
24
Consumul chimic de oxigen, CCO-ul, este un indicator care exprim
n mod indirect coninutul materialului organic al unei soluii (ape
uzate), prin intermediul oxigenului echivalent necesar oxidrii
chimice al acestuia.
Consumul biochimic de oxigen, CBO, este un indicator care
exprim, n mod indirect, cantitatea de material organic existent n
apa uzat prin intermediul oxigenului necesar oxidrii biochimice a
acestuia.
Consumul biochimic de oxigen (CBO) este o nsumare a oxigenului
necesar urmtoarelor procese: oxidarea carbonului i a hidrogenului
din substanele organice folosite ca surs de hran de ctre
microorganismele aerobe (CBO-C);
oxidarea azotului din azotii, amoniac i substane organice cu
azot, care servete ca surs de hran pentru bacterii specifice, de
exemplu pentru Nitrosomonas i Nitrobacter (CBO-N);
oxidarea unor substane reductoare (ioni feroi, sulfii, sulfuri
etc.), care reacioneaz chimic cu oxigenul molecular dizolvat.
In general, la apele uzate brute, procesul de nitrificare
(oxidarea biochimic a azotului din diferite surse coninnd acest
element) ncepe ntre a cincea i a aptea zi de la incubarea probelor,
astfel c pentru CBO5, nitrificarea nu pune, de obicei, probleme la
evaluarea rezultatului. Testul a fost fcut mai reproductibil i mai
precis prin suprimarea nitrificrii datorit adaosului de
aliltiouree, ceea ce permite determinarea numai a CBO-carbon.
6.3.3. Microorganismele n procesul de epurare Compoziia
biomasei. Pentru a putea stabili performanele procesului de epurare
biologic este
necesar cunoaterea calitativ i cantitativ a biomasei care se
gsete n instalaie, n cazul n care biomasa este depus pe un suport
inert (film biologic), cantitatea acesteia, n proces, se consider
proporional cu suprafaa specific a umpluturii sau cu aria pe care
crete, n cazul nmolului activ, este necesar stabilirea concentraiei
de biomasa.
nmolului activ; privit la microscop, el reprezint o imagine
complex, caracterizat printr-o mas gelatinoas secretat de bacterii
(mas zoogleal), n care sunt cuprinse bacteriile, dar i substane
organice i anorganice inerte; printre flocoane triesc metazoare i
protozoare. Ca structur, flocoanele de nmol activ variaz n funcie
de condiiile de mediu i de principalele microorganisme existente, n
acest sens, pot exista de la flocoane dense formate din ngrmdiri de
bacterii la flocoane laxe, formate din mpslituri de bacterii
filamentoase sau din ciuperci.
Bacteriile din nmolul activ sunt organisme monocelulare, care
utilizeaz pentru cretere i n scop energetic hrana solubil; fiecare
celul este un organism independent, capabil s execute toate
funciile necesare vieii. Mrimea unei bacterii variaz n timpul
creterii ntre 0,3 i 50 ^. Bacteriile comune nmolului activ au
limitele cuprinse ntre 0,5 i 3.
In strns asociere cu bacteriile triesc bacteriofagii, protozoare
(flagelate, ciliate), metazoare (rotiferi, nematode) i uneori alge,
actinomicete, ciuperci, crustacee. Densitatea membrilor acestui
grup secundar este reglat prin interdependen direct cu membrii
grupului de bacterii.
Determinarea cantitativ a biomasei (nmolul activ). Determinarea
concentraiei de biomas ntr-o instalaie de epurare se face prin
cntrire, n mod similar cu stabilirea coninutului de suspensii
dintr-o ap uzat. Proba de nmol activ se ia, se centrifugheaz sau
filtreaz i se usuc la 103... 105 C sau la 179...181 C. STAS 6953-81
indic uscarea la 105 C. Reziduul uscat (SU) obinut la aceast
temperatur mai sczut poate reine ns ap de hidratare sau ap intern,
care se ndeprteaz greu, ceea ce necesit timp mai ndelungat pentru
atingerea greutii constante. Reziduul uscat la temperatur mai mare
pierde cu mai mult uurin apa reinut mecanic, dar poate pierde prin
volatilizare i unele substane organice i sruri anorganice. Unii
specialiti prefer totui uscarea la 179...181 C.
Materiile n suspensie ce alctuiesc biomas sunt amestecuri de
substane organice i anorganice ce intr att n compoziia materiei vii
ct i nevii. Substanele organice din biomas se determin, n ansamblu,
din reziduul uscat, deci din materiile n suspensie, prin calcinare
la 600 C. Pierderea la calcinare este
considerat ca partea organic a biomasei (materii n suspensie
volatil sau
6.4. Epurarea biologic cu nmol activ
-
25
Schema tipica a epurarii biologice aerobe cu jnmol activ este
prezentata in fig. 6.4. Influentul cu coninutul de impuriti
organice, dizolvate i/sau dispersate coloidal, este pus si conact
ntr-un bazin de aerare cu cultura mixt de microorganisme - nmol
activ - care consuma impuritaile degradabile biologic din apa uzat.
Apa epurat se separa apoi gravitaional de nmolul activ n decantorul
secundar. O parte din nmolul activ, separat n decantorul secundar,
este re-circulat n bazinul de aerare, iar alt parte este evacuat ca
nmol n exces in decantorul primar n aa fel nct n bazinele de aerare
se menine o concentratie relativ constant de nmol activ; n bazinul
de aerare cultura de microorganisme este meninut n condiii de
aerare, printr-un aport permanent de aer sau oxigen.
6.4.1. Variante ale procesului cu nmol activ
Modul n care se realizeaz curgerea apei prin bazinul de aerare,
recir-cularea nmolului activ, aportul oxigenului depind de tipul
instalaiei utilizate n operaiile de epurare, n acest sens, se
cunosc mai multe scheme tehnologice ale procesului cu nmol
activ.
Schema epurrii clasice - convenionale (fig. 6.5, a) este prima
schem folosit pentru epurarea apei cu nmol activ. Ea a fost adaptat
i ncercat la Manchester, n anul 1916, unde a fost pus n funciune
primul bazin cu nmol
activ. Schema distribuiei n etape a ncrcrii organice din ap
(fig. 6.5, b) se caraterizeaz prin alimentarea apei
n mai multe puncte de-a lungul bazinului, ceea ce conduce la
anularea n parte a efectului variaiei concentraiei impuritilor din
apa uzat asupra nmolului activ. Alimentarea biomasei este mai
echilibrat, devenind aproape egal n lungul bazinului.
-
26
Scema epurarii apei in bazine cu namol activde mare incarcare
este asemanatoare cu a epurarii
clasice (fig 6.5, a) insa aici se obtine numai o epurare
partialala a apei (60-80% eficienta din punct de
vedere al CBO-ului) prin practicarea unei scurte perioade de
aerare (cca. 2 h).
Schema de epurare cu aerare prelungit - oxidare total,
stabilizarea nmolului, bioaerarea prelungit, fermentarea aerob a
nmolului etc. - (fig. 6.5, f) presupune o aerare de durat a apelor
uzate. Procedeul conduce la cantiti mici de nmol excedentar i la o
stabilizare total a acestuia.
6.4.2. Parametrii procesului de epurare cu nmol activ (definiii
i relaii)
Procesul de epurare biologic cu nmol activ este caracterizat
prin urmtorii parametri: Raportul de recirculare a nmolului activ r
este raportul dintre debitul de nmol recirculat q i debitul
influent Q:
r = q/Q (6.1)
Raportul de evacuare a nmolului n exces (excedentar) w este
raportul dintre debitul de evacuare a nmolului activ excedentar Qw
i debitul influent instalaiei Q:
w = Qw/Q (6.2)
Att raportul de recirculare r ct i cel de evacuare w sunt mrimi
adimensionale, care se exprim n procente.
Concentraia impuritilor n influentul treptei de epurare biologic
C0 i efluentul acesteia C reprezint cantitatea de CCO sau CBO5
existent ntr-un volum dat de ap uzat sau epurat (exemplu: kg CCO
sau CBO5/m
3
ap uzat). Concentraia nmolului activ n bazinul de aerare CN
reprezint cantitatea de nmol activ exprimat ca
substan uscat (SU) sau volatil (SV) existent ntr-un volum dat de
bazin de aerare (exemplu: kg SU sau SV/m
3 bazin de aerare).
Concentraia nmolului activ n sistemul de recirculare CAK i n
sistemul de evacuare reprezint cantitatea de nmol activ exprimat ca
substan uscat (SU) sau volatil (SV) existent ntr-un volum dat de
suspensie recirculat sau evacuat (exemplu: kg SU/m3 suspensie).
-
27
Incrcarea organic a nmolului activ ION, sau raportul
hran/microorganisme este raportul dintre cantitatea total de
impuriti organice, exprimat sub form de CCO sau CB05, influent
zilnic treptei de epurare i cantitatea total de nmol activ din
bazinul de aerare. ncrcarea organic se calculeaz cu relaia:
ION = QC0/VCN, (6.3)
n care F este volumul total al bazinului, ncrcarea organic ION
se exprim n kg CCO sau CBO5 raportate la kilogramul de substan
uscat sau volatil i zi (kg/kg-zi).
Incrcarea organic a bazinului de aerare lob este raportul dintre
cantitatea de impuriti organice, exprimate sub form de CCO i CBO5,
influent zilnic treptei de epurare i volumul total al bazinelor de
aerare. Iob se calculeaz cu relaia:
I0b = QCO/V (6.4)
Acest parametru se exprim n kg de CCO sau CBO5 raportate la
metru cub de volum de aerare i zi (kg/m
3-zi).
Indicele de nmol In numit i indicele Mohlman, reprezint raportul
dintre volumul de nmol (Vn) depus, dup o decantare de 30 min,
dintr-o prob prelevat din bazinul de aerare i masa suspensiilor
exprimate ca substan uscat la 105 C (Cn) existent n acea prob:
/n = Vn/Cn (6.5)
Se exprim n ml/g. Vrsta nmolului n este considerat ca timpul
mediu n care o particul de nmol activ rmne sub
aerare. Se determin acest timp, mprind la cantitatea de nmol
evacuat ca excedentar zilnic, cantitatea de nmol care se gsete n
bazinul de aerare, conform relaiei:
Qn = NRw
N
CQ
VC (6.6)
Vrsta nmolului se exprim, n mod obinuit, n zile. Nmolul n exces
Nex reprezint nmolul care trebuie eliminat din proces pentru a
pstra n bazinele de
aerare o concentraie a acestuia ct mai constant. Acest nmol
excedentar reprezint, de fapt, cantitativ materialul biologic care
apare ca urmare a convertirii impuritilor n biomas. Cu ct apa uzat
este mai concentrat, cu att este mai mare cantitatea de nmol care
trebuie evacuat ca excedentar.
Necesarul de oxigen reprezint cantitatea de oxigen cerut pentru
ca procesul s se desfoare n condiii optime. Oxigenul n proces este
utilizat, pe de o parte, pentru oxidarea impuritilor, iar pe de alt
parte, pentru meninerea viabilitii microorganismelor (consumul de
oxigen endogen). Necesarul de oxigen trebuie s asigure cantitatea
total de oxigen cerut de proces.
Timpul de retentie hidraulic t sau durata de staionare este
raportul dintre volumul bazinelor de aerare V i debitul influent Q
conform relaiei:
t = V/Q (6.7)
Se exprim, n mod obinuit, n ore.
6.4.4. Exploatarea bazinelor cu nmol activ
Exploatarea normal. In cadrul acesteia se disting o serie de
operaii.
Pornirea unei instalaii noi. nainte de a se da n funciune o
staie nou, trebuie ca toate bazinele i conductele s fie curate de
nisip i de resturile rmase de la execuia lucrrilor, tot
echipamentul mecanic s fie n perfect stare de funcionare sabine
gresat.
Obinerea unui nmol activ corespunztor din apele uzate oreneti se
realizeaz rapid, ntr-o perioad variind de la cteva zile la 2-3
sptmni. Pentru aceasta, trebuie s fie ndeplinite urmtoarele
condiii:
s se asigure cantitatea de oxigen cerut de procesul de epurare
pentru a oxida impuritile organice i pentru meninerea viabilitii
microorganismelor;
s se dispun de un volum al bazinelor de aerare suficient de mare
pentru a asigura un timp de staionare adecvat n care s se fac
epurarea;
s se recircule nmolul depus n decantoarele secundare, n aa fel
nct acesta s nu intre n fermentare anaerob.
-
28
In ciuda simplitii aparente a cerinelor procesului de epurare,
aplicarea practic a procedeului nu se efectueaz uor. Probleme
speciale rezult din natura diferit a microorganismelor care
efectueaz epurarea, din schimbarea continu a caracteristicilor
apelor uzate, precum i din dificultile meninerii unui nmol uor
sedimentabil.
Se poate ncepe epurarea unei poriuni pn la o treime din debitul
de ape uzate influent staiei, folosind numai acele pri din staie
care sunt necesare prelucrrii acestui debit. De exemplu, se pot
pune n funciune un decantor primar, unul sau dou bazine de aerare i
un decantor secundar. Debitul efluentului decan-torului primar va
fi mrit treptat, ntregul debit de ap brut putnd fi introdus prin
staie atunci cnd concentraia solidelor n suspensie din bazinul de
aerare ajunge la 500-800 mg/1. Tot nmolul care sedimenteaz n
decantorul secundar trebuie recirculat imediat n bazinele de
aerare, fr s se evacueze nmol n exces.
Cantitatea de aer folosit trebuie s fie suficient de mare pentru
a menine n bazinul de aerare o concentraie satisfctoare oxigenului.
O concentraie de circa 2 mg/l se consider suficient. Este important
s se asigure o agitare permanent i de calitate. Nerealizarea unei
agitri corespunztoare conduce la sedimentarea nmolului la fundul
sau colurile bazinelor de aerare, unde va intra n descompunere.
Formarea nmolului activ depinde ntr-o msur foarte mare de
temperatur. Creterea masei biologice ntrzie n perioadele mai reci i
se accelereaz n perioadele cu timp mai cald. Rezult c temperaturile
predominante ale aerului i apelor uzate au o influen direct asupra
timpului n care se dezvolt flocoanele de nmol activ.
Controlul i meninerea concentraiei de nmol. Despre originea,
natura i felul n care nmolul activ acioneaz pentru ndeprtarea
materiilor organice din ap s-a vorbit anterior. Sunt trei categorii
de nmoluri care intervj in funcionarea bazinelor de aerare: nmolul
activ din bazinul de aerare. Namolul de recirculare (recirculat) i
nmolul n exces (excedentar). Staia trebuie exploatat n aa fel, prin
reglarea cantitilor de nrnol recirculat si evacuat ca excedentar,
nct in bazinul de aerare sa se pastreze o concentraie aproximativ
constant i ct mai ridicat. Totui, aceast concentraie este limitat
de capacitatea de oxigenare a staiei si de posibilitatea
decantorului secundar de a realiza o separare eficient. In mod
obinuit, performanele decantoarelor secundare sunt cele care
determin concentrarea nmolului i realizarea unei anumite
concentratii a acestuia in bazinul de aerare.
Pentru a se putea stabili concentraia nmolului activ n bazinul
de aerare se poate folosi valoarea indicelui de nmol In i a
debitului de recirculare q. Desigur c metoda este aproximativ,
ntruct indicele de nmol este un parametru cu limite largi de
variaie, chiar n cadrul aceleiai staii de epurare, nemaivorbind de
staii de epurare diferite. Cu toate acestea, aproximaiile care se
obin sunt acceptabile pentru exploatarea corect a unei staii de
epurare.
In scopul unui control operativ, se ntocmesc diagrame i
nomograme care evideniaz dependea dintre pricipalii parametri ai
procesului.
Se consider iniial c debitul mediu influent al bazinului de
aerare este Q,, debitul de recirculare al nmolului activ din
decantorul secundar este q, iar debitul de nmol n exces Qw este nul
(nu se evacueaz nmol). Volumul maxim ocupat de nmol, exprimat n ml
raportat la un litru de suspensie din bazinul de aerare, se poate
calcula cu relaia:
Volumul de namol = mlVqQ
qn
1000 (6.8)
Pentru apele uzate oreneti, acest raport variaz ntre 10 i 25%,
cu o medie de 12%, volumul de nmol depus VN reprezentnd, deci,
100-250 ml/1.
Pentru o anumit staie de epurare se poate construi o nomogram cu
ajutorul creia se determin valoarea VN, cunoscndu-se debitele Q i q
(fig. 6.12).
Obinndu-se VN n modul artat mai sus, se stabilete n continuare
debitul de evacuare a nmolului n exces Qw.
Cum se procedeaz? Se consider, pentru simplificare, urmtorul
exemplu: debitul de alimentare Q = 1000 m3/zi i debitul
de recirculare q = 300 m3/zi. Conform relaiei (6.8) se obine,
pentru VN, n absena evacurii nmolului n exces:
-
29
VN = 23010003001000
300
ml/l
In cazul evacurii nmolului excedentar, debitul de recirculare
trebuie s fie mai mic de 300 m3/zi, dar astfel ales nct nlocuit,
noua valoare a acestui q n relaia de mai sus, s nu conduc pentru VN
la o valoare mai mic de 200 ml/1 (o diferen de 30 de uniti).
Astfel, dac vechea valoare a lui VN a fost de 230 ml/1, atunci n
situaia nlturrii nmolului n exces, VN va trebui cuprins ntre 200
ml/1 i 230 ml/1.
Deci, se poate scrie:
VN = 2201000
'1000
'
q
qml/l > 200 ml/l
Din relaia de mai sus se obine pentru noul raport de recirculare
q', o valoare de 282 m3/zi. Diferena dintre 300 m
3/zi, vechea valoare a debitului de recirculare i 282 m3/zi,
noua valoare, o reprezint debitul de
nmol n exces (Qw =18 m3/zi). Deci staia se exploateaz recirculnd
n mod continuu un debit de 282 m3/zi i evacund 18 m
3/zi ca excedentar.
In situaiile n care acest control nu se poate realiza, se poate
folosi ca indicator pentru nmolul n exces, nivelul stratului
acestuia din decantorele secundare. In general, acest nivel nu
trebuie s depeasc 0,3 m de la fundul bazinului.
In continuare, folosind valoarea indicelui volumetric de nmol
In, se determin i concentraia nmolului activ din bazinul de aerare
exprimat ca substan uscat. Indicele de nmol In reprezint volumul
ocupat de un gram de substan uscat dup o sedimentare de 30 min.
Se construiete i n acest caz o nomogram care exprim relaia
dintre volumul nmolului sedimentat la 30 min VN, indicele volumului
de nmol In i concentraia nmolului exprimat ca substan uscat CN.. O
astfel de diagram construit cu date ce caracterizeaz o staie de
epurare a apelor uzate oreneti este prezentat n fig. 6.13.
-
30
-
31
Utiliznd datele exemplului de mai sus (Q = 1000 m3/zi, q = 300
m
3/zi), cu nomogramele din fig.
6.12. i 6.13 se determin concentraia de nmol din bazinul de
aerare CN i debitul de nmol excedentar Qw , tiind c valoarea
indicelui de nmol este de 90 ml/g.
Se procedeaz astfel: se determin cu nomograma din fig. 6.12
valoarea VN ;pentru aceasta, se unete punctul de
Q=1000 m3/zi cu punctul de q - 300 m
3/zi i se obine VN = 230 ml/1; se determin cu diagrama din fig.
6.13 concentraia CN ; se unete n acest scop punctul de
VN = 230ml cu punctul de IN =90 ml/g i se obine CN =2555 mg/1;
se determin cu diagrama din fig. 6.12 debitul de nmol excedentar
Qw; se unete punctul de
Q= 1000 m3/zi cu punctul q', n aa fel nct s se obin o valoare VN
cuprins ntre 200 ml/1 i 230 ml/1
(VN > 230-30);
se traseaz o linie de unire ce trece, de exemplu, prin VN = 220
ml/l i se obine pentru q' = 282 m
3/zi. Rezult pentru Qw = q - q' = 300 - 282 = 18 m
3/zi (valoare obinut i mai sus). In practic, modelele care indic
concentraia substanelor solide aflate n bazinul de aerare cu
erori de 5% fa de realitate reprezint un control foarte bun.
Prin urmare, meninerea concentraiei de nmol nre 3000-3300 mg/1
substan uscat este satisfctoare pentru aceast problem
particular.
-
32
Nu este necesar s se aduc coninutul de substane solide aflate n
suspensie n bazinul de aerare la cel mai nalt nivel, deoarece, n
cele mai multe cazuri, eficiena epurrii este aceeai i la
concentraii mici. Totui, concentraiile mai mari de nmol activ n
bazinul de aerare fac s scad tendina de umflare a nmolului i reduc
posibilitile de formare a spumei n bazinele de aerare. Mai mult
dect att, cu ct cantitatea de nmol activ existent este mai mare, cu
att va fi mai mic efectul ncrcrilor de oc sau al substanelor
toxice.
De remarcat c nomogramele prezentate mai sus sunt caracteristice
unei staii de epurare i unei anumite ape uzate (n cazul de fa apa
uzat oreneasc). Se pot construi, dup exemplul de mai sus, nomograme
pentru fiecare staie de epurare.
Nmolul excedentar (n exces). Se remarc, din ceea ce s-a
prezentat mai sus, rolul deosebit pe care l are n meninerea unei
concentraii constante de nmol n bazin, recircularea i evacuarea
nmolului excedentar. Evacuarea nmolului excedentar este o operaie
de cea mai mare importan n exploatarea unei staii.
Nmolul excedentar reprezint o parte a nmolului activ recirculat,
care nu mai este necesar procesului de epurare. Trecnd fr
ntrerupere prin bazinele de aerare, impuritile din apa uzat se
transform n nmol activ, iar concentraia acestuia n bazine s-ar mri
necontenit prin recirculare, dac nu s-ar evacua. Din materia
organic adus cu apa uzat, circa 10% este distrus n cadrul
proceselor biologice pentru obinerea de energie, restul este
utilizat pentru formarea unui nmol activ nou; de exemplu, dac nu se
elimin nmolul n exces ntr-o staie oreneasc timp de 12 h, se constat
c volumul nmolului s-a mrit cu 4%. Debitul de namol n exces care
rebuie evacuat, pentru a menine constant cantitatea de namolde
recirculare, este, de obicei, cuprins ntre l,5 i 3,0% din debitul
influent.
Astfel, cu ct apa este mai concentrat, cu att cantitatea de nmol
este mai mare i, respectiv, este mai mare i procentul de nmol n
exces.
Evacuarea nmolului n exces permite controlul a nc doi parametri
foarte importani pentru exploatarea staiilor de epurare: varsta
namolului i incarcarea organica a acestuia.
S-a artat anterior [v. relaia (6.6)] c vrsta nmolului exprim
durata n care o particul de nmol activ rmne sub aerare i c se poate
obine prin mprirea cantitii totale de nmol din bazinul de aerare la
cantitatea de nmol evacuat n exces zilnic. Se consider exemplul
discutat mai sus, n care Q =1000 m3/zi; q = 282 m
3/zi; Qw = 18 m
3/zi; CN = 2,55 g/1 i n care se mai presupune c timpul de
retenie este t = 0,166 zile (4
h) i concentraia, de nmol in debitul recirculat CNR = 12 g/l. In
aceste condiii, volumul bazinului de aerare este:
V = Q t = 1000 m3/zi 0,166 zile = 166 m3. Cantitatea totalde
nmol exprimat ca substan uscata din bazinul de aerare este: VCN =
166 2,55 kg/m
3 = 423,3 kg SU
Cantitatea total de nmol n exces evacuat zilnic, exprimat ca
substan uscat este:
Qw CNR = 18 m3/zi 12 kg/ m3 = 216 kg/zi.
Vrsta nmolului activ este dat de:
zileCQ
V
NRw
CN 96,1216
3,423
Capacitatea nmolului activ, raportat Ia masa acestuia, de a
metaboliza impuritile din apele uzate, scade cu creterea vrstei
nmolului. Cu alte cuvinte, cu ct un nmol este mai btrn (are o vrst
mai mare), cu att este mai redus cantitatea de impuriti ndeprtat de
unitatea de mas de nmol. Astfel: l gram de nmol activ (exprimat ca
substan volatil) care are vrsta de 2 zile ndeprteaz circa l gram de
CBO5 ntr-o zi, iar l gram de nmol cu o vrst de 4 zile ndeprteaz n
acelai interval de o zi numai 0,5 grame de CB05. Cu toate c
ndeprteaz o cantitate mai mic de CBO5 totui, n bazinele n care
nmolul este mai n vrst, se obtin eficiente mai mari de epurare. In
acest sens, eficienta de epurare care se obtine cu un namol care
are o varsta de doua zile poate fi de 90%, iar eficienta obtinuta
cu un namol de 4 zile poate fi de
96%. Cu toate acestea, ntr-o instalatie nut rebuie meninut un
nmol prea n vrst, ntruct sunt necesare cantiti prea mari de aer
pentru ntreinerea viabilitii acestuia i se intensific foarte mult
procesele prin care nmolul activ se autoconsum (consumul endogen).
Nmolul activ cu vrst mai mare suport mult mai bine ocurile de
concentraie i de debit care pot s apar n staiile de epurare. Pentru
o staie de epurare a apelor uzate oreneti, un nmol cu o vrst
cuprins ntre 4 i 6 zile poate s asigure o eficien de epurare de
94-96%.
Incrcarea organic a nmolului activ [v. relaia (6.3)] reprezint
raportul dintre cantitatea de impuriti introduse zilnic n bazinele
de aerare i cantitatea total de nmol din bazine. Dac se consider
aceleai
-
33
exemple de mai sus, n care se mai presupune c n influentul
bazinului de aerare concentraia de CBO5 este de C0 = 0,3 g/1, iar
de CCO de C0 = 0,4 g/1, se poate calcula ncrcarea n modul
urmtor:
Cantitatea de impuriti introdus zilnic n bazinele de aerare este
de: Q C'0 = 1000 m
3/zi 0,3 kg/m3 CBO5 = 300 kg/zi CBO5
si
Q C0 = 1000 m3/zi 0,4 kg/m3 CCO = 400 kg/zi CCO.
Cantitatea de nmol activ din bazinele de aerare este de 423 kg
SU (v. mai sus). Incrcarea organic a nmolului activ este:
zikgkgkgSU
ziCBOkgCBOION /71,0
423
/300)( 55 CBO5;
ION(Cco) = zikgkgkgSU
ziCCOkg /95,0
423
/400CCO.
Cantitatea de impuriti introdus n bazinele de aerare se poate
raporta i la volumul acestora i atunci se obine ncrcarea organic a
bazinului Iob [v. relaia (6.4)]. Folosind datele exemplelor de mai
sus, se obin urmtoarele valori:
zimkgm
ziCBOkgI CBOob
3
3
5
)( /81,1166
/3005
CBO5;
zimkgm
ziCCOkgI CCOob
3
3)(/41,2
166
/400CCO
Oxigenul necesar procesului, n staiile de epurare prevzute cu
aerare pneumatic, aerul, respectiv oxigenul este alimentat prin
difuzoare, care sunt aezate sub nivelul apei, realizndu-se
aa-numita aerare prin bule; n staiile de epurare prevzute cu aerare
mecanic, oxigenul din atmosfer este introdus n ag prin acionarea
aeratoarelor, realizndu-se aa-numita aerare de suprafa, n ambele
tipuri de aerare trebuie asigurat o cantitate de circa 2 mg/1
oxigen n tot volumul bazinului de aerare. Valori de peste 2 mg/1 nu
pot fi justificate de necesiti practice.
La orice bazin de aerare, indiferent de modul de aerare
(pneumatic sau mecanic), exist dou ci prin care se transfer
oxigenul n volumul bazinului de aerare:
transferul prin intermediul bulelor de aer, care sunt introduse
n volumul bazinului de aerare; . Meninerea unei anumite concentraii
de oxigen dizolvat ntr-un bazin de aerare depinde de urmtorii
factori:
cantitatea de oxigen transferat lichidului bazinului de aerare
prin sistemele de aerare; timpul de staionare a apei n bazinele de
aerare; concentraia apelor uzate n impuriti oxidabile; concentraia
i caracteristicile nmolului activ din bazinul de aerare. In urma
cercetrilor i ca urmare a datelor culese din exploatare, s-a
stabilit c la intrarea n bazinul
de aerare, consumul de oxigen este mai mare dect la ieire; de
aceea, se recurge la aerarea mai intens a captului amonte al
bazinului i mai puin intens al celui din aval, dac nu s-a adoptat
schema de distribuie n etape (fig. 6.5, b i c). Procedeul de a
introduce aerul n cantiti variabile de-a lungul bazinului este
cunoscut sub numele de aerare treptat. Acest tip de aerare poate
conduce, uneori, n exploatare, la economie de energie.
Initial, cantitatea de aer necesar se stabilea pornind de la
consumul biochimic de oxigen al apelor
influente staiei; se admite c este necesar un consum de l kg
oxigen pentru a ndeprta l kg CBO5. ntre timp, s-a artat c exist o
relaie ntre oxigenul necesar i cantitatea de CBO5 ndeprtat. Astfel,
pentru un randament de epurare a CBO5-ului de 80%, este necesar un
consum de 0,5 kg oxigen/kg CBO5 ndeprtat, iar pentru un randament
de 98% acest consum ajunge la 1,5 kg/kg. Pentru un randament de 95%
a CBO5-ului,
consumul de oxigen este de 0,9 kg/kg.
-
34
Sistemele de aerare trebuie s introduc n bazinele de aerare o
cantitate de oxigen mai mare dect cea necesar. Aceasta ntruct se au
n vedere o serie de factori care influeneaz transferul, ca: difuzia
oxigenului prin ap, temperatura, presiunea atmosferic, prezena
nmolului activ etc.
In acest sens, sistemele de aerare trebuie s aib o anumit
capacitate de aerare, care s asigure necesarul. De obicei, aceast
capacitate de aerare se calculeaz cu relaii mai complicate, n care
se ine seama de influena factorilor prezentai mai sus. Se poate
considera pentru simplificare, n cazul general, c ntre capacitatea
de oxigenare i necesarul de oxigen exist un raport 2:1.
Intr-o staie de epurare se pot folosi urmtoarele mijloacele prin
care s se realizeze controlul concentraiei de oxigen:
In cazul aerrii pneumatice: se mrete debitul de aer, prin:
mrirea vitezei suflantei; pornirea unor suflante suplimentare; se
micoreaz debitul de ape uzate, prin: punerea n funciune a mai
multor bazine de aerare, n
situaia n care exist n cadrul staiei; creterea debitului n
anumite bazine, astfel nct debitul n alte bazine s fie suficient de
sczut pentru a menine concentraia de oxigen dizolvat la nivel
convenabil; by-pasarea unei pri a efluentului bazinului de aerare n
receptor. Acest procedeu nu este recomandabil i ar trebui folosit
numai ca o ultim msur.
In cazul aerrii cu dispozitive mecanice: se mrete viteza
aeratorului mecanic, dac este posibil; se pun n funciune mai multe
echipamente de aerare; se by-paseaz o parte din influentul
bazinului de aerare n receptor. Acest procedeu, aa cum s-a
artat mai sus, nu este recomandabil i ar trebui folosit numai ca
ultim msur. Eficiena treptei de epurare cu nmol activ. Toate
operaiile care se execut n cadrul exploatrii
normale a unei trepte biologice urmresc obinerea unor eficiente
de epurare ct mai ridicate. Eficiena de epurare depinde de toi
parametrii procesului de epurare cu nmol activ, cum ar fi:
concentraia impuritilor n influentul bazinului de aerare
C0(CCO), C0 (CB05);
debitul influentului Q ;
timpul de retenie hidraulic t; ncrcarea organic a nmolului activ
ION; ncrcarea organic a bazinului de aerare Iob; concentraia
nmolului activ n bazinul de aerare CNR; debitul nmolului activ
recirculat q ; debitul nmolului activ n exces Qw; concentraia
nmolului n debitul recirculat CR; oxigenul introdus n bazinele de
aerare. Intre toate aceste elemente, parametrul care influeneaz
eficiena procesului de epurare biologic, n mod
deosebit, este ncrcarea organic a nmolului activ. Aceasta ntruct
ncrcarea organic a nmolului activ, ION, este o mrime care nglobeaz
influenele celor mai muli parametri ai procesului cu nmol
activ.
Cum se manifest aceast influen a diverilor parametri? Se
consider relaia de definiie a ncrcrii organice ION:
CCN
CCOCO
CCOONV
QI
)(
)( ; CN
C
CBOONV
QI
CBO )('
)(
5
5
Se urmrete, n continuare, cum parametrii enumerai mai sus
influeneaz ncrcarea: creterea debitului influent Q i concentraia
influentului n impuriti C0 sau C0' mresc ncrcarea
organic; creterea volumului V scade ncrcarea organic; raportul
Q/V care are semnificaia inversului timpului de retenie hidraulic
conine, deci,
influena lui t asupra ncrcrii; mrirea concentraiei CN a nmolului
n bazinul de aerare scade ncrcarea organic a
nmolului; dar mrirea concentraiei CN se poate realiza prin
creterea debitului de recirculare q, sau scderea debitului de nmol
n exces Qw; n acelai timp, se poate crete valoarea CN, deci se
scade ncrcarea dac se mrete concentraia nmolului activ CNR, la baza
decantorului secundar (n recirculat), creterea lui CNR depinde de
performanele decantorului;
-
35
oxigenul introdus poate influena ncrcarea n modul urmator: lipsa
de oxigen contribuie la umflarea nmolului; un nmol umflat nu
sedimenteaz bine, deci se obine o concentraie mica CNR in debitul
recirculat; reiese clar c o cantitate de oxigen insuficient n
bazinele de aerare are ca efect o cretere a ncrcrii.
Experiena a dovedit c de cele mai multe ori creterea ncrcrii
organice este asociat cu scderea eficienei de epurare, iar scderea
acesteia cu creterea eficienei.
De fapt, influena ncrcrii organice poate fi stabilit cu atta
siguran doar pentru apele uzate menajere i oreneti, n care ponderea
apelor industriale este mic i care au o compoziie destul de
asemntoare.
Pentru apele uzate oreneti, a cror epurare se studiaz nc de la
nceputul secolului, au fost ntocmite diagrame i tabele n care este
prezentat relaia dintre ncrcarea organic a nmolului activ i
eficiena de epurare (tabelul 6.1 i fig. 6.14).
Pentru celelalte ape uzate, n special cele provenite din
industrie i agricultur, i chiar pentru apele uzate oreneti cu o
pondere nsemnat de ape uzate industriale, se impune studierea lor
separat n scopul stabilirii relaiilor dintre eficien i ceilali
parametri ai procesului.
-
36
Deranjamente n exploatare. Pot s fie de mai multe feluri.
Schimbri ale indicelui de nmol. Cauza: nmolul activ este o cultur
de microorganisme, eterogen,
format dintr-un numr de specii i genuri, ale crei proprieti
specifice se modific datorit variaiei caracteristicilor apelor
uzate i a condiiilor de exploatare; ca urmare a acestor variaii,
indicele de nmol se schimb din timp n timp.
Indicele de nmolj se modifica atunci cand:. apele uzate conin
materii inerte, cu densitate mare, cum ar fi argilele, cenua,
particulele fine de
nisip etc.; n aceste condiii, indicele de nmol scade; scderea
arat c nmolul sedimenteaz cu uurin i c nu sunt probleme deosebite n
exploatarea decantoarelor secundare;
apele uzate conin mari cantitati de substane organice, care
contribuie la creterea ncrcri nmolului activ: atunci, indicele de
nmol crete. Condiiile care provoac creterea indicelui de nmol pot
crea probleme deosebite la separarea, concentrarea i recircularea
nmolului din decantoarele secundare n bazinele de aerare. Dac
indiceje de nmol crete in asemenea masur nc este afectat procesulde
epurare biologica, se spune ca nmolul" se "umfla";
concentraia de oxigen n bazinul de aerare scade sub anumite
limite. Se pare c microorganismele care populeaz nmolul umflat" se
dezvolt mai bine la concentraii sczute de oxigen.
Prevenirea i remedierea se realizeaz prin: creterea
concentraiilor de nmol activ n bazinul de aerare i meninerea
acestora la valori ridicate
ct mai mult posibil. S-a demonstrat practic c tendina spre
umflare" a nmolului este dat de unele microorganisme fila- mentoase
sau cu aspect gelatinos, a cror cretere este ncetinit de
concentraiile mari de biomas (nmol activ). Meninerea unor
concentraii ridicate de biomas n bazinul de aerare depinde de
capacitatea sistemului de aerare de a asigura cu oxigen procesul n
asemenea condiii i de cea a instalaiilor de recirculare i evacuare
a nmolului excedentar;
creterea cantitii de aer introduse n bazinele de aerare; s-a
dovedit, uneori, a avea un efect pozitiv asupra umflrii
nmolului;
administrarea nmolului recirculat, a unor doze de clor alese
judicios. Dozele considerate, n general, eficiente sunt de 10-20
mg/1 (valori raportate Ia volumul nmolului recirculat). Dozele de
clor se pot raporta si la coninutul de suspensii exprimate ca
substan uscat; n acest sens, se recomand doze de clore 0,3-0,6% din
substana uscata. Efecul clorului asupra umflrii s-a atribuit mai
multor cauze. Printe altele, el ar scoate apa strns legat de
materia gelatinoas din namolul activ. Aplicarea clorului pentru
controlul umflrii nu nltur cauzele fenomenului, aa nct tratamentul
este eficace att timp ct se aplic;
amestecarea nmolului fermentat anaerob cu nmolul activ.
Procedeul presupune amestecarea de nmol fermentat cu nmol activ
recirculat n raport de 1:1, aerarea amestecului un anumit interval
de timp i introducerea nmolului activ astfel obinut n bazinele de
aerare. Scderea indicelui de namol este cu att mai pronunat cu ct
cantitatea de nmol fermentat adugat, exprimat sub form desubstan
uscat, este mai mare.
Aceste intervenii n exploatare sunt recomandate, de obicei,
pentru combaterea umflrii nmolului n staiile de epurare a apelor
uzate oreneti. Aplicarea lor conduce mai mult sau mai puin la
scderea indicelui de nmol.
Problema umflrii nmolului este ns deosebit de important, att
pentru staiile de epurare mecano-biologice oreneti, ct i pentru
unele staii de epurare biologic industriale, iar combaterea acestui
fenomen nu este deloc simpl, ntruct umflarea" apare ca rezultatul
influenei unui foarte mare numr de factori.
-
37
Ridicarea nmolului activ la suprafa. Cauza: nitrificarea
excesiv. Nitrificarea de fapt, provoaca doua dezavantaje
majore:
flotarea nmolului separat n decantor, la suprafaa acestuia.
Aciunea se datorete gazelor produse de unele bacterii anaerobe,
care n absena oxigenului descompun azotaii dina p, producnd,
printre altele, azot i bioxid de carbon. Bulele de gaz n drumul lor
ascendent antreneaz i nmolul activ. Aceste fenomene de nitrificare
i flotare a nmolului au loc dac se las s se acumuleze la baza
decantorului (pe radier) un strat considerabil de nmol. Cnd nrnolul
plutete la suprafaa decantorului, n efluentul acestuia se
nregistreaz o cretere semnificativ a concentraiei de suspensii;
accentuarea fenomenelor de eutrofizare (degradare) a
receptorilor, din cauza coninutului mare de sruri de azot (azotai i
azotii). Aceste sruri au rolul de fertilizani pentru flora acvatic,
care se va dezvolta excesiv, iar dup moarte, materia organic pe
care o conin contribuie la o scdere pronunat a concentraiei de
oxigen, ceea ce pune n pericol existena vieii n receptor.
Prevenirea i remedierea: cnd apare nmolul plutitor la suprafaa
apei n decantoarele secundare, se pot lua urmtoarele msuri:
se mreste debitul de nmol activ recirculat, care se pompeaz din
decantorul secundar; acesta reduce timpul de staionare a nmolului
pe radierul decantorului i creste perioada de timp n care nmolul
este sub aerare;
se reduce ncrcarea cu ape uzate a bazinului de aerare, prin
punerea n funciune a unor uniti de rezerv;
se mrete viteza de micare a mecanismelor de colectare namolului;
se reduce aerarea prin scoaterea din funciune a unor echipamente de
aerare; micorarea aerrii are
ca efect o reducere a nitrificrii.
Formarea spumei. Cauza: concentraii mari de detergeni sau alte
produse tensioactive n apele uzate.
Spuma tinde s se formeze pe laturile bazinelor de aerare opuse
acelora pe care sunt amplasate dispozitivele de aerare. n cazul
turbinelor de aerare cu ax vertical, spuma se strnge la periferia
bazinelor.
Spuma se adun n cantitate mare, se revars peste pasarele i scri
de acces, fcndu-le alunecoase i periculoase, mai ales n poriunile n
care sunt murdare. Vntul poate mprtia spuma n incinta staiei,
murdrind construciile i constituind un pericol pentru sntatea
muncitorilor.
Cantitatea spumei formate crete n funcie de:
scderea concentr.aiei de materii solide (nmol activ) n lichidul
aerat; creterea aerrii si a gradului de amestec:
creterea.eficientei de epurare apapelor uzate; creterea
temperaturilor atmosferice. Prevenirea i remedierea se realizeaz
astfel:
se stropesc suprafeele acoperite cu spum cu ap curat, efluent
epurat, ap decantat etc.;
se aplic pe suprafaa bazinului cantiti mici de substane anti
spumante. Antispumanii sunt substane active care ndeprteaz rapid
spuma, dar care nu sunt eficiente dect pe perioade scurte; este de
multe ori necesar aplicarea lor de cteva ori pe or;
se mrete concentraia de nmol activ din bazinul de aerare, prin
creterea gradului de recirculare i reducerea evacurii de nmol
excedentar. Acest mod de combatere a spumei s-a dovedit cel mai
eficient. Pentru a putea fi aplicat cu rezultate bune, este necesar
ca nmolul activ a aib un indice al nmolului mic.
Determinri i nregistrri, n scopul exploatrii i realizrii unei
eficiente ct mai ridicate, se determin i se nregistreaz:
debitul de ap uzat influent bazinului de aerare; concentraia
oxigenului dizolvat din bazinele de aerare, decantoarele secundare
i sistemul de
recirculare a nmolului, cel puin o dat pe zi; concentraia
substanelor organice exprimate sub forma de CCO i CBO5 n influentul
bazinului de aerare i n efluentul decantorului secundar. Pe baza
acestor determinri se calculeaz eficiena de epurare a treptei
biologice, ncrcarea organic a acesteia, necesarul de oxigen.
Determinrile trebuie fcute zilnic pentru staiile mari i nu mai puin
de dou ori pe sptmn pentru staiile mici;
concentraia nmolului activ exprimat ca substan uscat i volatil
din bazinele de aerare, efluentul decantorului secundar i din
nmolul recirculat;
cantitatea de nmol recirculat i evacuat ca excedentar;
-
38
cantitatea de aer introdus n bazinele de aerare; consumul de
curent electric necesar funcionrii utilajelor i aparatelor de msur
i control; timpul necesar deservirii curente a bazinelor cu nmo l
activ, cel necesar reparaiilor i
remedierilor de funcionare.
8
DEZINFECIA APELOR UZATE EPURATE
Din ce n ce mai des este menionat n literatura tehnic de
specialitate utilizarea dezinfeciei apelor uzate epurate nainte de
a fi deversate n emisar.
De multe ori este considerat ca un procedeu care ine loc de
epurare teriar, dar n cele mai multe cazuri dezinfecia urmeaz dup
epurarea teriar, ca un'tratament final, n vederea evitrii
contaminrii efluentului.
Procedeul de dezinfecie se aplic n acele situaii n care este
necesar a asigura un grad sporit de protecie a emisarului (lacuri,
zone costiere), unde o activitate de agrement, turistic, sportiv
sau de conservare a biodiversitii poate fi compromis de riscul
contaminrii biologice sau bacteriologice de la ape uzate neepurate
n suficient msur.
in acest punct de vedere este de remarcat interesul ce se
manifest n rile avansate pentru inactivarea virusurilor ce pot fi
prezente n concentraii semnificative n efluentul secundar al
staiilor de epurare. Virusurile pot strbate tot procesul de
epurare, pot persista n cursurile de ap i pot intra n prizele
sistemelor de alimentare cu ap.
Determinri efectuate n acest sens au scos n eviden persistena,
de exemplu, a enterovirusurilor ntr-un procent semnificativ de
probe ale apei recoltate din ruri. Astfel, Donald Johnson prezint
pentru diferite ruri, datele din tabelul 8.1.
Din punct de vedere al inactivrii sunt raportate posibile
eficiente n cazul epurrii primare sau secundare.
Astfel, n epurarea primar performanele posibile sunt de cel mult
3%, ceea ce este total insuficient. In epurarea secundar, studii au
dovedit posibile performane de la 9-96%. Totui, aceast eficien
este
departe de aceea necesar unui efluent sigur.
i n acest caz, ca i n epurarea teriar, dezinfecia ca performan
este strict dependent de performanele treptelor anterioare de
epurare. Astfel, avnd n vedere acest aspect, abilitatea unor
tehnologi i apoi a operatorilor este de a concepe i exploata un
flux tehnologic complex, n care fiecare procedeu sau instalaie de
epurare i aduce aportul la obinerea unei eficiente finale, care n
unele cazuri este necesar s fie i de 99,99%.
Eficiena procedeului de dezinfecie poate fi redus prin
interferena unor alte impuriti sau parametri, ca de exemplu:
substane organice clorurate, materii n suspensie, pH, amoniu
etc.
Pentru orientare, sunt prezentate 5 scheme tehnologice de
epurare care includ ca obiectiv i treapta de dezinfecie, ceea ce a
atras reconsiderarea ntregii concepii de alctuire a fluxului
tehnologic: S1-S5.
De remarcat:
utilizarea clorului ca agent dezinfectant (schemele 1,3,4,5);
clorinarea este nsoit de o declorinare (schemele 1,3,4,5), posibil
a se face cu crbune activ (schema
4) sau cu SO2;
utilizarea oxigenului ca alternativ pentru dezinfecie (schema
2). Ca observaii cu caracter general, pot fi reinute urmtoarele:
utilizarea larg a proceselor de epurare fizico-chimic dup
epurareacu crbune activ; utilizarea de reactivi chimici cu var,
sulfat de aluminiu sau clorur feric, practic bine
cunoscut n tratarea apelor de alimentare; eficientele posibil a
fi atinse sunt de 99,99%. Ca elemente rezultate din practica
exploatrii unor instalaii industriale, sunt de reinut
urmtoarele
valori:
doza de clor: 2-4 mg/1; timp de contact: 30-40 min; doza de SO2
pentru declorinare: 112 din doza de clor; doza de ozon: 3-10
mg/1;
-
39
timp de contact: 5-22 min.
Desigur c exploatarea i ntreinerea unor astfel de instalaii se
impun a fi fcute la nivelul efortului depus pentru realizarea
instalaiilor.
9 TRATAREA NMOLURILOR
In staiile de epurare, ca urmare a diverselor procese
tehnologice, se formeaz nmoluri care concentreaz poluanii eliminai
din ap. Aceste nmoluri reprezint un pericol deosebit pentru mediul
nconjurtor, iar costul prelucrrilor intervine cu o pondere mare n
valoarea costurilor de investiie i exploatare a staiilor de
epurare.
Tehnologia de prelucrare a nmolurilor trebuie s fie subordonat
valorificrii i evacurii finale, n caz contrar staia de epurare va
fi compromis prin nerealizarea integral a scopului su.
Pentru tratarea nmolurilor, cu toate c nu se pot stabili reete i
tehnologii universal valabile, exist totui o serie de procedee
tehnice cu ajutorul crora se pot prelucra aceste produse rezultate
n procesele de epurare.
Printre procedeele cele mai uzuale de prelucrare se enumera:
ngroarea, fermentarea, condiionarea, deshidratarea, uscarea,
incinerarea etc.
Aplicarea unui anumit procedeu sau a unei combinaii de procedee
de prelucrare presupune cunoaterea temeinic a caracteristiclor
materialului supus tratrii, precum i a performanelor care se pot
obine n procesele unitare.
9.1. Formarea i caracteristicile nmolului Dup provenienfa apei
uzate, exist: nmoluri de la epurarea apelor uzate oreneti; nmoluri
de la epurarea apelor industriale; Dup treapta de epurare, se
disting: nmol primar din decantoarele primare; nmol secundar din
decantoarele secundare; nmol amestecat: nmol activ n exces sau nmol
de la filtrele biologice, combinat cu nmolul
primar;
Dup stadiul de prelucrare n cadrul gospodriei de nmol, se
menioneaz: - nmol proaspt; nmol fermentat, stabilizat aerob,
anaerob sau chimic;
.
Cantitile de nmol.. Astfel, pentru apele uzate oreneti,
cantitile de nmol sunt cuprinse ntre 65 i 90 g/om-zi.
In ceea ce privete cantitile specifice de nmol provenit din
apele uzate industriale, nu se pot indica valori medii, ntruct
acestea depind de o serie de factori variabili de la o unitate la
alta.
Caracteristicile fizico-chimice. Caracteristicile fizico-chimice
ale nmolurilor depind de proveniena apei uzate i tehnologia de
epurare. Pentru a caracteriza nmolurile se apeleaz la indicatori
generali (umiditate, greutate specific, pH, raport mineral/volatil,
putere caloric etc.) i la indicatori specifici (substane
fertilizante, detergeni, metale, uleiuri, grsimi etc.).
Principalele caracteristici fizico-chimice ale nmolurilor, care
prezint interes n tehnologia de prelucrare i evacuare sunt
prezentate n continuare.
Umiditatea nmolurilor variaz n limite destul de largi, n funcie
de natura nmolului, de treapta de epurare din care provine. Nisipul
reinut n deznisipatoare are o umiditate de circa 60%, nmolul primar
proaspt 95-97%, nmolul activ n exces 98-99,5%.
Greutatea specific a nmolului depinde de greutatea specific a
substanelor solide pe care le conine, de umiditatea lor i de
proveniena nmolului din cadrul staiei: nmolul primar brut are o
greutate specific de 1,004-1,014 t/m
3, nmolul activ n exces are valori n jur de 1,001 t/m3, iar dup
ngroare 1,003 t/m3.
-
40
9.2. Clasificarea procedeelor de prelucrare a nmolurilor
Alegerea procedeelor de prelucrare a nmolurilor n vederea
reducerii coninutului de ap i a creterii valorii lor economice
trebuie s in seama de o serie de aspecte.
.
-
41
-
42
Din totalul proceselor de prelucrare enumerate, de cele mai
multe ori, se combin dou sau mai multe, n funcie de
caracteristicile materialului i de aspectele economice.
9.3. Ingroarea deshidratarea nmolului
Ingroarea nmolului constituie cea mai simpl i larg rspndit metod
de concentrare a acestuia, avnd drept rezultat reducerea volumului
i ameliorarea rezistenei specifice la filtrare.
Gradul de ngroare depinde 'de mai multe variabile, dintre care
mai importante sunt: tipul de nmol (primar, fermentat, activ etc.),
concentraia iniial a solidelor, temperatura, utilizarea agenilor
chimici, durata de ngroare etc.
Prin ngroare, volumul nmolului se poate reduce de aproape 20 de
ori fa de volumul iniial, dar ngroarea este eficient
tehnico-economic pn la o concentraie de solide de 8-10%.
Ingroarea se poate realiza prin decantare-ngroare gravitaional,
flotare sau centrifugare. Cea mai aplicat metod este ngroarea
gravitaional.