1 FONDUL SOCIAL EUROPEAN Programul Operaţional Sectorial Dezvoltarea Resurselor Umane 2007-2013 Axa prioritară nr. 3 „Creşterea adaptabilităţii lucrătorilor şi a întreprinderilor” Domeniul major de intervenţie 3.2. „Formare şi sprijin pentru întreprinderi şi angajaţi pentru promovarea adaptabilităţii” Titlul proiectului: : „COPMED – COMPETENTE PENTRU PROTECTIA MEDIULUI” Contract nr. POSDRU/81/3.2./S/52242 Proiect cofinanţat din Fondul Social European prin Programul Operaţional Sectorial Dezvoltarea Resur selor Umane 2007-2013 –„Investeşte în oameni! „COPMED – COMPETENȚE PENTRU PROTECȚIA MEDIULUI” POSDRU/81/3.2./S/52242 COMPENDIU ARTICOLE BIOTEHNOLOGII
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
1
FONDUL SOCIAL EUROPEAN Programul Operaţional Sectorial Dezvoltarea Resurselor Umane 2007-2013
Axa prioritară nr. 3 „Creşterea adaptabilităţii lucrătorilor şi a întreprinderilor” Domeniul major de intervenţie 3.2. „Formare şi sprijin pentru întreprinderi şi angajaţi pentru promovarea adaptabilităţii” Titlul proiectului: : „COPMED – COMPETENTE PENTRU PROTECTIA MEDIULUI” Contract nr. POSDRU/81/3.2./S/52242 Proiect cofinanţat din Fondul Social European prin Programul Operaţional Sectorial Dezvoltarea Resurselor Umane 2007-2013 –„Investeşte în oameni!
„COPMED – COMPETENȚE PENTRU PROTECȚIA MEDIULUI”
POSDRU/81/3.2./S/52242
COMPENDIU
ARTICOLE BIOTEHNOLOGII
2
OPIS:
1. TRATAREA APELOR UZATE – O PRIVIRE GENERALĂ – SC Stathis Pantazis (Grecia), pg. 4-9
Epurarea apelor se defineşte ca fiind ansamblul de operaţii fizice, chimice şi biologice care se aplică
apelor uzate pentru a reduce concentraţia în substanţe organice, anorganice şi nutrienţi şi a obţine o apă care
poate fi evacuată ȋn mediul ȋnconjurător ȋn condiţii de siguranţă.
O staţie de epurare a apelor uzate cuprinde o serie de faze după cum urmează:
fază de preepurare care are drept scop reţinerea poluanţilor la sursă. De obicei se aplică apelor uzate
provenite din industrie sau din domeniul medical.
fază de epurare preliminară cu scopul reţinerii materialelor de dimensiuni mari, mărunţirii lor şi
protecţiei echipamentelor din staţie. Operaţiile se realizează pe grătare, site, desnisipatoare,
dezintagratoare (tocătoare).
faza de epurare primară cuprinde îndepărtarea materialelor solide în suspensie, sedimentabile sau
flotabile. Operaţiile se realizează prin sedimentare în decantoare primare. faza de epurare secundară sau treapta biologică are drept scop distrugerea sau conversia compuşilor
organici (ca CBO5 ) şi a unui procent redus de nutrienţi (10%). Tratamentul biologic se efectuează în
bazine cu nămol activ, biofiltre, biodiscuri, lagune aerate.
faza de epurare terţiară sau avansată cuprinde îndepărtarea compuşilor pe bază de azot şi fosfor
care sunt cauza eutrofizării receptorilor naturali ȋn care se evacuează apele uzatefaza de dezinfecţie
are rolul de a îndepărta agenţii patogeni nociv pentru om şi celelalte vieţuitoare. epurare specială cu scopul de a îndepărta compuşii toxici utilizând tehnici specifice cum sunt
schimbul ionic, adsorbţia pe căbune activ, extracţia. (Robescu D. şi alţii, 1999).
Faza de epurare preliminară şi cea de epurare primară constituie treapta de epurare mecanică a apelor.
Epurarea biologică prezintă avantajele eliminării compuşilor solubili organici din apă fără consum de
reactivi şi fără un consum mare de energie.
Principii generale ale epurării biologice
Tratamentul biologic se aplică în cazul în care substanţele organice prezente în apele uzate sunt
degradabile şi nu sunt însoţite de substanţe toxice. Bacteriile folosesc enzimele pentru a obţine hrana sub formă
de hidrocarburi. In procesul de conversie a hidrocarburilor ȋn hrană pentru bacterii, enzimele degradează
hidrocarburile ȋn condiţii aerobe (in prezenţa oxigenului) la dioxid de carbon (CO2 ) şi apă sau ȋn condiţii
25
anaerobe (ȋn absenţa oxigenului sau a oxigenului ȋn combinaţii chimice) prin intermediul ciclului Krebb’s la
dioxid de carbon (CO2), hidrogen sulfurat (H2S), metan (CH4) şi apă.
Pentru exemplificare se prezintă reacţiile de degradare a glucozei ȋn cele două situaţii:
Se constată că ȋn primul caz se eliberează o cantitate mare de energie necesară activităţii celulare pentru
formarea noilor structuri celulare, iar ȋn cazul al doilea o cantitate mai redusă de energie.
Descompunerea compuşilor organici ȋn condiţii aerobe sau anaerobe poate fi considerat un mod de
convertire a poluanţilor organici ȋn compuşi nepoluanţi.
Bacteriile care intervin ȋn epurarea biologică sunt, ȋn funcţie de modul lor de hrănire: bacterii heterotrofe
şi bacterii autotrofe. Cele dintâi descompun substanţele organice şi substanţele anorganice cu azot în lipsa
oxigenului molecular, pot să reducă nitraţii la nitriţi, NH3 sau N2 şi reduc sulfaţii la H2S. Bacteriile autrofe obţin
energia necesară ȋn etapa de asimilaţie prin fotosinteză sau chemosinteză din substanţe anorganice. Astfel
sulfobacteriile oxidează H2S la S sau SO4-, bacteriile nitrifiante oxidează NH3 la NO2 şi NO2
- la NO3
-.
Bacteriile au nevoie de anumite condiţii de mediu pentru a se ȋnmulţi ceea ce se petrece prin
multiplicare ȋn timpul creşterii bacteriene. In condiţii aerobe creşterea bacteriană necesită hrană (substrat),
oxigen, azot, fosfor şi conduce la eliberarea de energie şi de dioxid de carbon, iar ȋn condiţii anaerobe evoluează
după ciclul Krebb’s. Bacteriile necesită de asemenea condiţii de temperatură şi de pH şi un mediu lipsit de
substanţe toxice. In caz contrar celulele pot să moară. Când condiţiile sunt ȋndeplinite, creşterea bacteriană
decurge după curba prezentată ȋn figura 1.
In faza de lag (acomodare), are loc adaptarea celulelor şi sintetizarea enzimelor necesare metabolizării
substratului (substanţa asupra careia acţionează o enzimă în timpul unei reacţii biochimice. Substratul poate să
furnizeze substanţe nutritive organismului
respectiv sau este folosit numai ca suport. Această fază este importantă când apa nu este însămânţată în prealabil
cu germeni adaptaţi cum este cazul unor deşeuri industriale.
Fig 1. Curba de creştere bacteriană: 1-faza de lag; 2-faza de creştere exponenţială; 3-faza de încetinire; 4-faza
staţionară; 5-faza de declin.
Celulele îşi adaptează echipamentul enzimatic la mediul în care se dezvoltă. Lungimea acestei faze
depinde de durata unei generaţii, de specia bacteriană, de cantitatea de inocul şi de faza de multiplicare a culturii
folosită pentru însămânţare şi nu în ultimul rând de mediul în care a fost crescută. La schimbarea mediului, faza
1
2
3
5
nu
măr d
e celule
timp
26
de lag durează mai mult pentru ca ȋn noul mediu să apară noile enzime induse. Uneori selectarea celulelor care
au posibilităţi enzimatice de supravieţuire se face genetic şi faza de lag poate dura un timp îndelungat. In
procesul epurării, faza de lag trebuie să aibă o durată foarte mică, de aceea este preferabil ca însămânţarea
instalaţiei să se facă cu o cantitate suficientă de biomasă deja adaptată la substanţele organice existente. In
timpul fazei de lag nu există reproducţie celulară.
Dacă X este concentraţia celularǎ la t=0, viteza de creştere este nulă dX/dt=0.
Faza de creştere exponenţială se caracterizează prin multiplicarea celulelor cu viteză constantă, timpul
de obţinere a unei generaţii având valoarea minimă care poate fi obţinută în condiţiile date. Nivelul reproducerii
celulare atinge maximul şi rămâne constant în prezenţa unei concentraţii nelimitate de substrat. In această fază,
celulele sunt mai sensibile la condiţii nefavorabile decât în faza de lag. La culturi statice, faza de creştere
exponenţială nu este lungă, deoarece atât concentraţia substantelor nutritive cât şi a produselor de dezasimilare
sunt factori limitativi. Pentru multiplicarea celulară poate fi utilizată orice concentraţie a unui substrat utilizabil,
mărirea multiplicării depinde însă de concentraţia acestuia. In cazul mediilor nutritive complexe fiecare
component al mediului, poate fi factor limitativ numai pentru anumite specii de microorganisme.
In timpul acestei faze, viteza de creştere, dX/dt variază proporţional cu X (alură exponenţială). In
coordonate semilogaritmice curba are alura unei drepte:
m=X
1•
dt
dX
(3) Unde m este nivelul maxim de creştere.
Faza de încetinire se caracterizează prin scăderea vitezei de creştere a elementelor nutritive din soluţie
sub o anumită valoare, iar la un moment dat viteza de creştere a noilor celule devine egală cu viteza de
dispariţie. In această fază se epuizează mediul de cultură datorită dispariţiei unuia sau mai multor elemente
necesare creşterii bacteriene . Uneori faza de încetinire poate să se producă datorită acumulării produşilor de
inhibiţie proveniţi din metabolismul bacterian.
Faza staţionară este datorită acumulării de materiale. X atinge valoarea sa maximă şi creşterea se
opreşte chiar dacă celulele mai prezintă activitate metabolică.
Faza de declin (descreştere) se caracterizează prin creşterea la maxim a vitezei de dispariţie a celulelor
vii, înregistrându-se o scădere exponenţială. Concentraţia celulelor vii scade datorită mortalităţii care creşte de
asemenea. Mortalitatea se datoreşte autolizei enzimatice a celulor. Fazele şi ecuaţiile prezentate care caracterizează creşterea bacteriană sunt valabile atât în mediu aerob
cât anaerob.
In timpul creşterii bacteriile se divid şi cresc exponenţial până când factorii de mediu se consumă. Dacă
bacteriile găsesc hrană suficientă, se ȋnmulţesc până la consumarea acesteia după care urmează faza de
descreştere şi ȋn final rămâne un solid nebiodegradabil. In fig.2 se prezintă schema de principiu a nutriţiei
bacteriene unde se observă modul ȋn care decurge degradarea compuşilor prezenţi ȋn apele uzate şi care sunt
utilizaţi de bacterii ȋn procesul de creştere. Totalitatea acestor compuşi formează substratul solubil sau insolubil.
In interiorul unei celule bacteriene ajung moleculele organice care provin de la hidroliza substratului şi
sunt utilizate la obţinerea de energie şi la construirea de noi celule. Transferul de poluanţi din apa uzată spre
biomasă are loc la interfaţă cu viteză mare şi este eficient când interfaţa apa uzata-biomasă este mare, când
concentraţia de compuşi organici care pot fi utilizaţi de către bacterii în procesul de creştere este mare şi când la
interfaţă nu se formează pelicule lichide care să blocheze transferul de substanţe sau să permită acumularea de
substanţe toxice.
27
Fig.2 Schema de principiu a nutriţiei bacteriene (Edeline, 1979)
Epurare biologică ȋn condiţii aerobe
Intr-un mediu favorabil (substrat, temperatura, pH, O2) bacteriile se multiplică şi mor după curba de
creştere prezentată ȋn fig.1. In timpul creşterii bacteriene apar noi bacterii, se produce CO2 şi apă. Producerea de
bacterii se numeşte sinteză, iar producerea de CO2 şi apă se numeşte oxidare:
- reacţia de sinteză (ȋn prezenţa celulelor):
compuşi organici (hrană) + O2+ N + P→celule noi + CO2 + H2O + resturi nebiodegradabile
- reacţia de oxidare (ȋn prezenţa compuşilor organici):
celule + O2 → CO2 + H2O + N + P + resturi nebiodegradabile
In reacţia de sinteză compuşii organici ȋn prezenţa O2 şi a nutrienţilor anorganici (N, P) şi cu bacteriile
prezente sunt convertiţi ȋn celule noi, CO2, H2O, resturi nebiodegradabile. Nutrienţii anorganici sunt ȋn principal
N, P şi C şi urme de fier (Fe), mangan (Mn), potasiu (K), şi aluminiu (Al). O celulă bacteriană tipică are formula
C25H35N5O10P (Eckenfelder, 1970) şi conform formulei rezultă că ea conţine 11,7% N şi 5,2% P.
In urma oxidării rezultă conversia compuşilor organici rămaşi ȋn apele uzate şi a celulelor produse ȋn
reacţia de sinteză ȋn CO2 şi H2O. In aplicarea tratamentului biologic respectiv sinteză şi oxidare, se impune
alegerea ȋntre un timp de retenţie scurt pentru a produce şi a sedimenta o cantitate mai mare de solide sau un
timp de retenţie mai lung pentru a obţine o cantitate mai redusă de solide şi a ȋnlocui conversia substanţelor
organice de la sinteză cu transformarea lor la oxidare.
Fig.3 Schema de epurare cu nămol activ (NR-nămol recirculat, NE-nămol excedentar, A-amestecător, D-
decantor, E-efluent, I-influent)
E
NE
A D I
NR
28
Schema clasică aplicată la epurarea ȋn condiţii aerobe (fig. 3) cuprinde un amestecător ȋn care se pun ȋn
contact apa uzată de la decantorul primar (influent) şi care conţine substratul şi nămolul biologic (cultura de
microorganisme), un decantor secundar. Nămolul biologic separat la decantorul secundar se recirculă parţial la
amestecător şi parţial ȋnainte de decantorul primar.
Epurare biologică ȋn condiţii anaerobe
Prelucrarea apelor uzate ȋn condiţii anaerobe utilizează microorganisme active ȋn lipsa oxigenului pentru
degradarea compuşilor organici, utilă pentru a stabiliza nămolurile biologice ȋnainte de a fi deshidratate sau
ȋnainte de a fi depozitate şi pentru a prelucra ape uzate industriale. Componenţii substratului sunt descompuşi ȋn
prezenţa bacteriilor ȋn următoarele trei faze: (fig.4)
a) hidroliza substanţelor organice cu greutate moleculară mare şi trecerea acestora la compuşi cu greutate
moleculară mai redusă şi potrivită pentru degradarea ulterioară;
a. acidogeneza când are loc conversia compuşilor cu greutate moleculară mică la acizi
carboxilici (acid acetic, propionic, butiric şi pentanoic);
b. metanogeneza când bacteriile metanogene degradează acizii carboxilici ȋn metan şi CO2.
29
Fig.4. Procesele de degradare la fermentaţie metanogenă (Edeline, 1979)
Concluzii
Epurarea biologică se bazează pe activitatea unor microorganisme şi prezintă avantajul că nu necesită
consum de energie şi nu se consumă reactivi. Se desfăşoară ȋn reactoare biologice care operează ȋn regim aerob
sau anaerob, ȋn reactoare denitrifiante şi nitrifiante şi ȋn iazuri de stabilizare, pe filtre lente de nisip.
Bibliografie
1. F.Edeline, L’epuration biologique des eaux residuaires. Teorie et technologie, ed. CEBEDOC, Liege,
1979.
2. E.Roberts Alley, P.E. Water Quality Control Handbook, McGraw-Hill, Inc, 2000
3. Sigmund C., Teoria e practica della depurazione delle acque reflue, Dario Flaccovio Editore, 2005.
4. Metcalf&Eddy. Wastewater engineering. Treatment and reuse, fourth edition, McGraw Hill, 2003. 5. Robescu, Dan, Lanyi, Sz., Robescu, Diana, Constantinescu, I., Verestoy, A.. Wastewater treatment.
Technologies, installations and equipment. Editura Tehnică, Bucureşti, 2001. 6. Robescu, Diana. Modelarea proceselor biologice de epurare a apelor uzate, Editura POLITEHNICA
Press, 2009. 7. Robescu, Diana, Lanyi, S., Verestoy, A.., Robescu, Dan. Modelarea şi simularea proceselor de epurare,
Editura Tehnică, Bucureşti, 2004. 8. Schutze, M. R., Butler, D. Modelling, Simulation and Control of Urban Wastewater Systems, Springer
4. Sigmund C., Teoria e practica della depurazione delle acque reflue, Dario Flaccovio Editore, 2005.
64
SOLUŢII DE EFICIENTIZARE ENERGETICĂ A STAŢIILOR DE EPURARE BIOLOGICE
Dan Niculae Robescu, Diana Robescu, Cristina Costache
Universitatea POLITEHNICA din Bucureşti, România
Rezumat
Staţiile de epurare a apelor uzate sunt mari consumatoare de energie. Costurile acestei energii
consumate se reflectă în costurile generale de operare fapt care ridică preţul apei prelucrate în staţia de epurare.
Un management corect al consumurilor energetice identifică soluţii pentru exploatarea eficientă şi rentabilă a
SEAU – staţiei de epurare a apelor uzate. Se pot utiliza diferite surse regenerabile de energie: eoliană, solară,
geotermală, geotermică, fotovoltaică, arderea biogazului în centrale cogenerative. Costurile de investiţie a
acestor surse se recuperează într-un interval scurt de timp de până la cinci ani.
Cuvinte-cheie Staţie de epurare; consumuri energetice; microorganisme; biotehnologie; surse
neconvenţionale de energie
Introducere Staţiile de epurare a apelor uzate apelează la tehnologii sofisticate capabile să elimine din apă corpurile
dispersate şi dizolvate de natură minerală sau organică. Tehnologia de epurare este o succesiune de procese
unitare de natură fizică, chimică şi biochimică care în ansamblul lor reuşesc să reţină şi neutralizeze corpurile
din apă. Aceste operaţii unitare se desfăşoară în obiecte construite în staţia de epurare. Fiecare obiect are în
dotare echipamente hidromecanice care sunt antrenate cu energie electrică. Aşadar, în fiecare obiect din SEAU
apar consumuri energetice care global, la nivelul staţiei de epurare, ajung la valori foarte mari. Pentru staţiile
mari de epurare aceste consumuri pot ajunge la nivelul de putere instalată de circa 500 kW….1000 kW. În
costurile generale de operare ponderea consumurilor energetice poate fi de ordinul 25…40%. Managementul
energetic al SEAU este obligatoriu pentru reducerea costurilor de operare. Astăzi se caută soluţii pentru a face o
staţie de epurare independentă energetic faţă de sistemul energetic naţional.
Aspecte generale
În tehnologiile clasice de epurare a apelor menajere apar consumuri ridicate de energie în toate fazele
atât în treapta fizică (impropriu denumită mecanică) cât mai ales în cea biologică. Astfel, într-o staţie de epurare
apar consumuri de energie la următoarele obiecte:
1. staţia de pompare a influentului – este necesară acolo unde colectorul principal al canalizării este sub
cota terenului de amplasare a staţiei de epurare;
2. grătarele – motorul care antrenează mecanismele de curăţare, deshidratarea şi compactarea reţinerilor
în vederea trimiterii lor la groapa de gunoi orăşenească;
65
3. deznisipatoarele combinate cu separatoarele de grăsimi – motorul de antrenare a mecanismului de
colectare şi evacuare a nisipului, precum şi echipamentele destinate spălării nisipului reţinut; totodată
la partea de extracţie a grăsimilor din apă apar consumuri de energie la instalaţia de flotaţie cu aer
comprimat pentru spumare, colectare a grăsimilor şi evacuarea lor;
4. decantoarul primar – motorul de antrenare a podului raclor, instalaţia de colectare şi evacuare a
nămolului depus pe radier;
5. reactoarele biologice aerobe destinate eliminării materiilor organice pe bază de carbon şi, de multe ori
combinate cu nitrificarea amoniului: a) echipamentele de oxigenare a apelor uzate; b) echipamentele
destinate recirculării nămolului de la decantorul secundar; c) echipamentele de recirculare a apelor
încărcate cu nitraţi şi nitriţi;
6. decantoare secundare – echipamentele de colectare şi evacuare a nămolului depus în bazinul de
sedimentare;
7. staţia de pompare a efluentului – sunt situaţii în care acestă staţie de pompare este necesară datorită
condiţiilor locale de deversare;
8. echipamentele mecanice din gospodăria de nămol –pentru îngroşare, deshidratare etc.
Reactoarele biologice aerobe - larg utilizate în tehnica epurării apelor uzate sunt cele cărora le revine
ponderea cea mai mare din consumurile energetice ale staţiei de epurare din total; ele au o pondere de circa
40...60%. Aşadar, biotehnologiile sunt, în general, cele mai mari consumatoare de nergie din mai multe cauze:
necesitatea furnizării continue a oxigenului în mediul apos pentru asigurarea condiţiilor de
oxidare din reactoarele biologice în care îşi desfăşoară activitatea metabolică bacteriile aerobe;
menţinerea în stare de suspensie a flocoanelor de nămol activ în mediul apos din bazinul de
aerare; pentru aceasta fie se introduce mai mult aer (decât este necesar procesului aerob de
mineralizare a materiilor oraganice) care prin efect de gaz-lift menţin în suspensie foloanele
de nămol activ, fie se utilizează amestcătoare submersibile speciale capabile să creeze curenţi
hidrodinamici ce împiedică depunerea flocoanelor pe fundul reactorului.
Procesele de transfer fizice şi biochimice, care stau la baza biotehnologiilor, sunt mari consumatoare de
energie în special pentru că apare necesitatea asigurării unei mari suprafeţe de contact între cei trei factrori apă –
bule de aer – flocoane de nămol activ.
Echipamentele de oxigenare din reactoarele biologice aerobe trebuie să favorizeze contactul dintre
materia organică şi bacteriile mineralizatoare, să omogenizeze amestecul polifazat din aerotanc şi să asigure
necesarul de oxigen pentru descompunerea biochimică a materiie organice şi pentru respiraţia endogenă.
Căile de eficientizaree energetică a staţiilor de epurare biologice au la bază mai multe direcţii:
a) reducerea consumurilor energetice din SEAU printr-o analiză corectă a schemei
hidraulice şi amplasarea echipamentelor de pompare la poziţia optimă astfel încât să
se reducă sarcina la minimum;
b) elegerea şi procurarea unor echipamente eficiente care să realizeze aceleaşi cerinţe
impuse de proces cu randamente superioare şi deci cu consumuri reduse de energie
pe m3 de apă epurată;
c) comanda automată a proceselor şi echipamantelor la care se introduce restricţia de
consum energetic printr-o funcţie specială fără a afecta procesul unitar sau
tehnologie;
d) utilizarea susrselor neconvanţionale de energie – eoliană, solară, geotermică,
geotermală, instalaţii de cogenerare care funcţionează cu biogazul produs în
reactoarele biologice anaerobe din gospodăria de nămol.
e)
Soluţii pentru acoperirea necesarului de energie electrică şi termică din surse neconvenţionale Energia solară – cu panouri solare care dau direct energie termică şi panouri fotovoltaice care
furnizează direct energie electrică;
66
Energie eoliană - prin intermediul turbinelor eoliene – grup eolian mai corect – se obţine direct
energie electrică;
Energie geotermică – pompa de căldură care generează energie termică folosind căldura extrasă din
pământ sau chiar apă;
Energie geotermală – provenită din exploatarea apelor subterane calde;
Energia cogenerativă – folosind biogazul produs în staţia de epurare a apelor uzate în grupuri care
dau direct energie electrică şi termică simultan cu randamente superioare (peste 70%) în funcţie
de mărimea grupului.
Panourile solare. Fluidul colector care trece prin canalele panoului solar are temperatura crescută
datorită transferului de căldură. Panourile solare au în general una sau mai multe straturi transparente pentru a
minimaliza pierderile de căldură şi pentru a putea obţine o eficienţă cât mai mare. În general, sunt capabile să
încălzească lichidul colector până la 82C cu un randament cuprins între 40 şi 80%.
Energia eoliană. În multe zone din România există disponibil de energie eoliană şi ea poate fi utilizată
prin folosirea turbinelor eoliene, figura 1. Rotorul turbinei este din fibre de sticlă, iar generatorul electric de tip
trifazat cu magneţi permanenţi. Înălţimea turnului este de 18 m.
Fig. 1 Turbină eoliană cu rotor axial WM-20000
67
Energia solară - iluminat cu energie solară
Celule fotovoltaice. Celulele solare făcute din cristale de
silicon, arsenicat de galiu şi alte materiale semiconductoare,
transformă direct radiaţia solară în electricitate. Iluminatul incintei
staţiei de epurare a apelor uzate necesită o cantitate mare de energie
electrică; acoperirea acestui necesar din sursă neconvenţională
conduce la importante economii. Sistemele de iluminat solar fără
conectare la reţea, reprezintă o cale fiabilă, regenerabilă şi
remarcabilă pentru iluminatul spaţiilor exterioare. Atât în vederea
creşterii securităţii, ameliorării siguranţei, precum şi asigurării
vizibilităţii, iluminatul solar este o opţiune economică şi ecologică
pentru iluminatul amplasamentului. Corpul de iluminat LED este
eficient şi modern, distanţat de stâlp, producând un iluminat egal şi
strălucitor. Montajul sistemului se poate face pe aproape orice tip de
stâlp: compozit, aluminiu, oţel, lemn, sau beton.
Energia geotermică. Practic acestă formă de energie se
poate obţine prin utilizarea pompei de căldură care foloseşte o sursă
constantă de temperatură – puţ de adâncime, instalaţie îngropată la
circa 2 m cu suprafaţă mare de schimb de căldură, sau cantitatea de
căldură existentă într-un curs natural de apă. Pompa de căldură
extrage această cantitate de căldură pe care o transformă în energie
termică de încălzire a spaţiilor. Practic pompa de căldură este de fapt
o instalaţie de climatizare de tip invers sistemului care realizează frig
în incinte de tip frigider sau încăperi în perioada de vară. Este un sistem simplu, uşor de construit şi de exploatat
în orice perioadă a anului.
Energia cogenerativă - Biogazul
Biogazul rezultă în urma degradării anaerobe a ubstanţelor organice. Are două avantaje pe de o parte
este valorificat energetic datorită faptul că conţine metan (CH4) în diferite proporţii în funcţie de caracteristicile
nămolului din staţia de epurare şi pe de altă parte ajută la stabilizarea deşeurilor organice. Compoziţia
biogazului: metan (CH4) cea mai mare parte până la 70%, dioxid de carbon CO2 şi în funcţie de substrat mai
conţine hidrogen sulfurat H2S, azot N2, oxigen O2, apă H2O şi alte gaze. În funcţie de substratul şi de tipul de
fermentare utilizate compoziţia biogazului variază şi pot apare impurităţi sub formă de compuşi organici volatili
COV – uri, amoniac NH3, metale grele sau derivaţi halogenaţi. Metanul care poate fi în proporţii de 30 – 70 %
conferă biogazului valorificare energetică.
În timpul procesului de fermentare anaerobă au loc următoarele 4 reacţii:
1. Hidroliza: polimerii mai mari sunt descompuşi cu ajutorul enzimelor; din substanţele organice
insolubile şi complexe rezultă substanţe solubile şi simple;
2. Acidogeneza: fermentaţiile acidogene sunt cele mai importante, acetatul fiind principalul produs
final. De asemenea, se formează acizi graşi volatili împreună cu dioxidul de carbon şi hidrogen;
3. Acetogeneza: acizii graşi volatili şi aminoacizii se transformă în acid acetic, care disociază în
anion de acetat şi cation de hidrogen;
4. Metanogeneza: acetatul şi hidrogenul sunt transformaţi în metan şi dioxid de carbon.
În timpul procesului de fermentare se disting, în special, trei domenii diferite de temperatură:
- zona psihrofilă (criofilă), sub 20°C;
- zona mezofilă, între 20 - 45°C
- zona termofilă, între 45 - 55°C.
Fig.2 Sistem de iluminat solar
68
Modul de alimentare al fermentatorului poate fi continuu sau discontinuu. În sistemele discontinue
substratul proaspăt este introdus în vasul de reacţie împreună cu un inocul de material fermentat. În timpul uneia
din primele două zile materialul este aerat pentru creşterea temperaturii. În următoarele două sau trei săptămâni,
substratul este anaerob degradat, la început cu o creştere zilnică a producţiei de gaz. După ce a atins un maxim,
după aproximativ 10 -14 zile, producţia de gaz scade din nou pentru a atinge un platou ce se situează la
aproximativ jumătate din producţia maximă. Pentru a compensa formarea nestaţionară a gazului, sunt puse în
funcţiune, în paralel, trei sau patru fermentatoare, dar care sunt umplute în momente diferite.
O altă formă de realizare a procesului discontinuu este reprezentat de sistemele de stocare. Ele combină
tancul de fermentare şi cel de stocare într-unul singur. Acesta este umplut încet. Avantajul acestui sistem îl
reprezintă costurile scăzute.
Factorii tehnologici care influenţează fermentarea materiilor organice (nămol organic din SEAU,
plantele acvatice şi algele, alte reziduuri organice provenite de la cantine, restaurante etc.) şi de a căror
optimizare depinde obţinerea unor randamente ridicate în bioconversia energetică a reziduurilor organice sunt:
a. Temperatura. Temperatura are o influenţă complexă asupra proceselor de fermentare anaerobă a
reziduurilor organice. În practica curentă, fermentarea anaerobă a nămolurilor de la staţiile de epurare orăşeneşti
se face în zona mezofilă, temperatura optimă fiind în jurul valorii de 35°C.
b. pH - alcalinitate. Stabilitatea procesului de producere a biogazului ca şi calitatea superioară a
acestuia (proporţia ridicată de metan) depind atât de pH-ul materialului supus fermentării, cât şi de relativa
constanţă a reacţiei în cursul procesului de fermentare. Metanobacteriile sunt foarte sensibile la pH-ul mediului.
Ele se dezvoltă cel mai bine dacă reacţia este neutră, respectiv la pH 6,8 - 7,2, dar pot tolera un domeniu mai
larg de pH, cuprins între 6,5 - 8,0.
c. Elemente nutritive. Procesul de fermentare a substanţelor organice necesită existenţa unui mediu
nutritiv optim pentru dezvoltarea micro-organismelor implicate în biodegradarea materiei organice din
fermentatoare. Produsele organiceconţin cantităţi suficiente şi în raporturi echilibrate din toate elementele
esenţiale pentru nutriţia microorganismelor (carbon, azot, fosfor, sulf, microelemente). Prezenţa
microelementelor cobalt, zinc, fier şi mangan favorizează dezvoltarea rapidă a florei metanogene. Acestea joacă
rol de biocatalizatori în procesul de transformare a substanţelor organice complexe în substanţe simple şi în
îmbogăţirea mediului cu enzime şi vitamine din complexul B.
d. Substanţe toxice. Orice substanţă care inhibă activitatea microorganismelor metanogene sau care
este letală pentru acestea, prezintă un pericol potenţial pentru procesul de fermentare anaerobă. Până în prezent
nu s-au inventariat toate substanţele care au acest efect negativ şi nici nu s-au stabilit toate nivelurile
concentraţiilor toxice, toxicitatea fiind influenţată de interacţiuni complexe de antagonism, sinergism şi/sau de
adaptare a microflorei bacteriene la condiţii extreme.
e. Compoziţia substratului organic. Cantitatea de gaze care poate fi generată în cursul fermentării
anaerobe, depinde de compoziţia globală a materiei organice. Aceasta depinde de compoziţia principalelor grupe
de produse participante.
Pentru a preveni dereglarea proceselor metabolice, în bazinul de fermentare trebuie introduse cantităţi
de substanţe organice corespunzătoare capacităţii de asimilare a asociaţiei bacteriene existente, când procesul de
fermentare este în stare de echilibru cantitatea de substanţe organice introduse în bazinul de fermentare pe
unitate de volum poartă denumirea de încărcare organică a bazinului de fermentare-
f. Timpul de retenţie în bazinul de fermentare. Timpul necesar descompunerii substanţelor uşor şi
mediu biodegradabile se numeşte durata practică de fermentare şi corespunde reducerii cu cca. 60-70% a
substanţelor organice şi unei producţii de biogaz reprezentând cca. 90% din producţia maximă posibilă în
condiţii industriale.
g. Conţinutul de substanţă din substrat. Reziduurile organice cu umiditate mai redusă de 80-88% în
funcţie de granulometria particulelor şi natura substanţelor organice din care sunt alcătuite, îngreunează reacţiile
de hidroliză, întrucât difuzia şi contactul enzimelor extracelulare care catalizează reacţiile respective cu
substanţele organice se face prin mediul apos.
69
h. Omogenitatea amestecului de substrat şi biomasă în bazinul de fermentare. O condiţie de bază
pentru asigurarea unui randament optim în descompunea substanţelor organice şi conversia acestora în biogaz,
cu menţinerea unei stabilităţi corespunzătoare a proceselor metabolice, este asigurarea unui contact cât mai
uniform a substanţelor organice din reziduurile proaspete (brute) cu microflora din bazinul de fermentare.
i. Izolarea termică. Izolarea termică a fermentatorului este necesară în toate zonele geografice în care
temperatura mediului ambiant coboară mult sub temperatura optimă de lucru a instalaţiei, de regulă 30 - 35°C.
j. Îmbogăţirea cu microorganisme metanogene (inocularea). Cu toate că bacteriile metanogene sunt
prezente aproape în toate materialele organice reziduale, ele nu constituie o populaţie dominantă.
Pentru a se reduce perioada de aclimatizare a metanobacteriilor într-un fermentator nou, sau la repunerea lui în
funcţiune este indicat să se adauge un inocul bogat în metanobacterii, Ca inocul se mai pot folosi culturi de
bacterii metanogene selecţionate în laborator, din materiale organice bogate în microfloră spontană.
k. Co-digestia. Co-digestia reprezintă amestecul a două sau mai multe tipuri de reziduuri. Prin co-digestie se
poate obţine o canitate mult mai mare de biogaz. Aprovizionarea treptei de digestie anaerobă se realizează în
special din bălegar de la crescătoriile de animale (porci, bovine, păsări) şi nămolul rezultat din treapta biologică
a staţiilor de epurare a apelor uzate. În procesul anaerob se pot trata: a) nămolurile din staţiile de epurare a
apelor uzate; b) deşeurile organice animaliere; c) deşeurile municipale solide; d) deşeurile verzi (botanice); e)
deşeurile organice industriale şi comerciale. Adăugarea unui procent de 5% de nămol în deşeurile municipale
solide s-a demonstrat că îmbunătăţeşte performanţele şi stabilitatea reactorului. S-a constat că o performanţă
ridicată a digestiei anaerobe este atinsă cu o suplimentare în proporţie de 80:20 (deşeuri municipale solide:
nămol).
Avantajele co-digestiei reziduurilor animaliere cu alte deşeuri organice:
1. creşterea cantităţii de biogaz pe m3 de reactor, în consecinţă, cu beneficii financiare pentru operator;
2. deşeuri solide sunt transformate în reziduuri care pot fi pompate în amestec cu deşeurile animaliere.
Acest lucru poate duce la manipularea mai uşoară, atât în procesul de digestie cât şi după aceea;
3. se utilizează pentru a ridica eficienţa de digestia a anumitor materiale organică;
4. când deşeurile organice sunt utilizate pentru co-digestie în instalaţiile de digestie anaerobă, operatorul
îşi asumă responsabilitatea pentru utilizarea finală a digestatului rezultat;
5. ajută la atingerea unei valori ridicate a raportul N:P:K prin amestecarea diferitelor deşeuri organice.
Aspecte de bază ale proceselor de epurare anaerobă a apelor uzate.
Tehnologia de epurare a apelor uzate prin procesul biologic anaerob este potrivită pentru apele foarte
încărcate cu materii organice. Ea impune după ieşirea apei din reactorul biologic anaerob o treaptă bioloigică
aerobă pentru finisarea purificării. Spre deosebire de procesele aerobe de degradare, în cazul degradării
anaerobe, un mare număr şi o mare diversitate de microorganisme anaerobe participă la transformarea
substanţelor organice în produşii finali, nepoluanţi.
Epurarea anaerobă foloseşte tehnologii ce au fost perfecţionate în anul 1970. Reactorul biologic
anaerob este o cameră complet sigilată cu un flux continuu de apă uzată. Fiind total sigilat (etanşat) menţine o
lipsă totală de oxigen şi lumină. Aceste reactoare au în interior un număr de 55 de specii diferite de bacterii
anaerobe. Fiecare tip de bacterii va digera un tip diferit de materie organică (unele vor digera carbohidraţi,
diferite grăsimi etc). Mediu bacterial se va „adapta‖ automat la compoziţia apei uzate care intră în reactor. Daca
apa uzată rezultată este pe baza de grăsimi, de la un restaurant, abator, atunci bacteriile care digeră acest tip de
poluant vor predomina în reactor. Dacă apa rezultă de exemplu de la o fabrică de zahăr, bacteriile care digeră
carbohidraţii vor fi predominante. Poluanţii organici sunt transformaţi de bacteriile anaerobe într-un gaz de
fermentaţie – biogaz – care conţine metan şi dioxid de carbon.
Purificarea gazelor de fermentaţie anaerobă (biogaz)
Gazul de depozit pe lângă metan, componenta ce este valorificată în procesul de obţinere a energiei
electrice şi termice, mai conţine şi alte substanţe ce sunt dăunătoare instalaţiilor. Astfel, pulberile, vaporii de apă
70
şi hidrogenul sulfurat pot afecta funcţionarea corectă a instalaţiilor de producere a energiei conducând la costuri
mari de mentenanţă scăzând totodată şi eficienţa procesului de ardere. Astfel se impune necesitatea epurării
gazului de depozit pentru eliminarea compuşilor nedoriţi menţionaţi mai sus prin: a) eliminarea pulberilor cu
ajutorul filtrelor; b) reţinerea vaporilor de apă folosind silicagel; c) tratarea hidrogenului sulfurat cu ajutorul
scruberelor umede cu peliculă biologică.
Cogenerare
Cogenerarea este producerea termodinamică secvenţială a două sau mai multe forme utile de energie
dintr-o singură sursă de energie primară.
În timpul funcţionării unei centrale electrice convenţionale cantităţi mari de căldură
sunt evacuate în atmosferă fie prin circuitele de răcire (condensatoare de aburi, turnuri de
răcire, răcitoare cu apă ale motoarelor Diesel sau Otto) sau cu gazele de evacuare. Marea
majoritate a acestei călduri poate fi recuperată şi folosită pentru acoperirea necesarului
termic, această ducând la un randament de 30 – 50% în cazul centralelor electrice la 80 – 90
% în cazul sistemelor de cogenerare.
Fig. 3. Componenţa unităţii de cogenerare
Importanţa acestei investiţii constă în două aspecte fundamentale cu implicaţii directe asupra mediului
înconjurător:
1. Asigurarea unui consum constant pe toată durata anului a biogazului rezultat reducându-se în acest
fel riscurile de acumulări masive de biogaz;
71
2. Creşterea eficienţei energetice prin utilizarea unei unităţi în cogenerare şi utilizare energiei electrice
pentru a reduce consumul de energie electrică absorbită din Sistemul Energetic Naţional şi în acest
fel contribuind la reducerea volumului de gaze cu efect de seră.
5. Concluzii
Lucrarea are la bază ideea de a identifica surselor de energie neconvenţională care se pot utiliza în mod
economic în staţia de epurare a apelor uzate astfel încât să rezulte o importantă economie de energie – deci
reducerea semnificativă a costurilor de operare. În SEAU, funcţie de condiţiile locale, se pot utiliza toate tipurile
de surge regenerabile de energie care, evident, vor conduce la realizarea unor costuri reduse de operare şi la
obţinerea unor fonduri ce pot fi dirijate la alte necesităţi urgente de exploatare.
Valoarea acestei economii va putea creşte dacă se iau câteva măsuri:
1. creşterea debitului de biogaz prin utilizarea deşeurilor organice;
2. montarea mai multor turbine eoliene în spaţiul staţiei de epurare a apelor uzate;
3. măsuri de eficientizarea a operării în staţia de epurare a apelor uzate;
4. creşterea volumului de nămol de la treapta avansată de epurare cu care va fi dotată staţia de epurare
a apelor uzate.
Bibliografie
1. Anaerobic digestion of biodegradable organics in municipal solid wastes http://www.seas.columbia.
2. Anaerobic digestion, a detailed report on AD of MSW by the Institution of Wastes Management (IWM)
AD working group for IWM
3. Types of anaerobic digesters for solid wastes http://roseworthy.adelaide.edu.au/~pharris/biogas/pvdv.pdf
4. Anaerobic digestion, a detailed report on AD of MSW by the Institution of Wastes Management (IWM)
AD working group for IWM
5. Renewable energy policy project http://www.repp.org/discussion/digestion/200002/msg00054.html
6. Biogas and natural gas fuel mixture for the future http://uk.dgc.dk/pdf/Sevilla2000.pdf
7. Feedstock for anaerobic digestion http://homepage2.nifty.com/biogas/cnt/refdoc/whrefdoc/d8feed.pdf
8. Agricultural use of sewage sludge http://www.fao.org/ docrep/T0551E/
9. Process design of agricultural digestershttp://homepage2.nifty.com/biogas/cnt/refdoc/whrefdoc/
10. Methane production from municipal solid waste http://ceeserver.cee.cornell.edu/mw24/cee453/
11. Presentation by Greenfich Ltd. Based on AD http://www.london.gov.uk/mayor/strategies/
12. Questions and Answers on animal by-products http://europa.eu.int/rapid/start/
Lucrarea abordează aspectele specifice privind controlul automat al proceselor de epurare biologică. Se prezintă
alcătuirea unui sistem de monitorizare şi control automat, precum şi instrumentaţia disponibilă pentru măsurarea
parametrilor procesului biologic. Sunt indicaţi parametrii care pot fi controlaţi şi variabilele ce pot fi manipulate
pentrul controlul acestora.
Cuvinte-cheie Control automat, epurare biologică, monitorizare, senzori
Introducere Controlul proceselor de epurare, fie manual, fie automat, are ca scop menţinerea unuia sau mai multor
parametrii de proces la o valoare sau într-o gamă prestabilită. Deşi principiile generale ale controlului proceselor
industriale se pot aplica şi în staţiile de epurare a apelor uzate, caracteristicile staţiilor de epurare impun
consideraţii specifice în proiectarea sistemelor de control.
Datorită complexităţii proceselor fizico-chimico-biologice, în care interacţionează o multitudine de
parametrii cu natură diferită şi a numărului limitat de variabile ce pot fi manipulate este dificil de condus şi
dirijat optim o tehnologie de epurare ca sumă de procese unitare ce interacţionează reciproc. Perturbaţiile
externe (variaţia continuă sezonieră, diurnă şi orară a debitului de apă uzată şi a caracteristicilor acesteia) şi a
celor interne (apariţia organismelor filamentoase, intervenţia incorectă a operatorului uman s.a.) sunt elemente
care complică şi mai mult atât epurarea cât şi controlul automat al procesului.
Există un număr foarte mare de parametrii care trebuie supravegheaţi simultan, fiecare evoluând într-un
domeniu de valori specific procesului unitar. Evoluţia parametrilor apei uzate la intrarea în staţia de epurare este
nepredictibilă şi ea poate induce o stare de „haos tehnic‖ atunci când procesul scapă de sub control prin apariţia
unei valori total diferite de cele din domeniul ei de variaţie. Studiile au arătat că un operator poate urmări
simultan doar 7 parametrii, astfel că un simplu operator, cu toate cunoştinţele de bază din domeniu, nu poate
face faţă acestui volum mare de informaţii pentru a lua o decizie corectă de conducere. Intervalul de variaţie a
constantelor de timp fiind foarte mare, de la ordinul secundelor până la zile şi chiar săptămâni, o decizie luată
asupra unui proces poate afecta performanţele celorlalte procese atât din aval cât şi din amonte.
74
Evoluţia deosebit de dinamică a calculatorului în general şi a celui de proces în special permite adoptarea
metodei de control automat al proceselor de epurare a apelor uzate. Totodată, în ultimii ani s-a dezvoltat foarte
mult aparatura de măsură care poate preciza, într-un interval scurt de timp, o valoare măsurată „on line‖ ce poate
fi introdusă direct în calculator.
Îmbinarea monitorizării parametrilor specifici apelor uzate cu calculatorul de proces, care poate
determina şi evoluţia în scop predictiv, conduce la adoptarea deciziilor corecte, în timp real pentru conducerea
proceselor unitare de epurare şi în ansamblu a tehnologiei.
Conducerea automată a procesului de epurare biologică
Adoptarea unei soluţii adecvate de automatizare, presupune, pe de o parte cunoaşterea cât mai completă a
evoluţiei procesului, a restricţiilor tehnologice în care evoluează, iar, pe de altă parte, proiectarea şi alegerea
unei soluţii, atât ca structură conceptuală cît şi ca echipamente de automatizare care să permită conducerea
procesului după strategii predeterminate cu satisfacerea criteriilor de performanţă, impuse întregului sistem de
conducere.
Necesitatea introducerii sistemelor de conducere derivă din incapacitatea proceselor de a-şi automenţine
starea de echilibru dinamic în prezenţa perturbaţiilor. Perturbaţiile care îndepărtează procesul de la starea de
echilibru necesară menţinerii unui optim funcţional pot fi interne sau externe. De asemenea, ele pot avea un
caracter trecător, ciclic sau periodic, în marea lor majoritate fiind aleatoare. Existenţa perturbaţiilor şi acţiunea
lor directă sau indirectă asupra proceselor în sensul îndepărtării acestora de la starea de echilibru justifică
necesitatea construirii sistemelor de conducere care prin concepţia şi acţiunea lor ţind să menţină sau să readucă
procesul în starea de echilibru necesară unei bune funcţionări, adică a evoluţiei acestora în sensul dorit.
Pe măsură ce procesele de epurare a apelor uzate sunt mai complexe şi mai sofisticate,
devine mai importantă nu numai măsurarea diferiţilor parametrii, ci şi automatizarea
―răspunsului‖ echipamentelor folosite în cadrul procesului. Oricum, costurile suplimentare,
complexitatea şi întreţinerea aferente masurătorilor şi controlului procesului trebuie foarte
bine evaluate pentru a justifica automatizarea şi instrumentaţia necesară. Un eventual ghid
pentru această evaluare trebuie să respecte următoarele condiţii:
trebuie măsuraţi on-line numai parametrii de importanţă semnificativă pentru proces, deoarece costurile
traductoarelor şi sondelor specifice este ridicat;
înaintea controlării oricărui parametru din cadrul procesului, trebuie determinate reglementările proprii
existente care pot reduce nevoia controlului;
trebuie ales cel mai simplu mod posibil pentru realizarea satisfăcătoare a sarcinilor de control şi decizie;
este esenţial pentru controlul oricărui proces ca parametrul selectat să reprezinte efectiv procesul supus
controlului; (de exemplu, reglarea debitului de nămol activ în exces poate fi adaptat în funcţie de debitul
influentului);
orice sistem de control, indiferent de gradul de complexitate, trebuie să aibă posibilităţi de operare manuală-
locală; datorită posibilităţii apariţiei unei avarii, indiferent de natura ei, în sistemul automat de control,
elementul de control final, de exemplu vana, pompa sau alimentatorul trebuie, în mod obligatoriu, să poată fi
operat şi manual;
75
un sistem de control nu trebuie să fie mai ―inteligent‖ decât operatorul care-l utilizează; personalul de
operare trebuie să cunoască modul de introducere a datelor iniţiale şi interpretarea rezultatelor pe care le
oferă.
Gradul de control care este eficient din punct de vedere al costurilor este dependent de
dimensiunea staţiei. Costurile operării chiar pentru staţii cu acelaşi număr de locuitori diferă
în funcţie de tipul staţiei, operarea ei şi gradul de automatizare şi control. Este dificil să se
evalueze raportul costuri/beneficii, în special pentru că informaţiile nu sunt întotdeauna
obiective. Beneficiile investiţiei în instrumentaţia de control şi automatizare trebuie
cuantificate prin reducerea costurilor operării, substituirea investiţiei şi îmbunătăţirea calităţii
efluentului datorită unei operări mai consistente. Realizarea controlului contribuie la creşterea
capacităţii SEAU. Astfel, ca alternativă pentru extinderea fizică a staţiei se poate opta pentru
optimizarea proceselor de epurare, introducând de exemplu un sistem avansat de control de
tip SCADA.
În comparaţie cu alte procese industriale, procesele de epurare a apelor uzate au câteva elemente
distincte atât în ceea ce priveşte caracteristicile procesului, cât şi obiectivele operaţionale. Acestea necesită
consideraţii specifice în proiectarea sistemului de control. Ele pot fi grupate astfel:
a) Perturbaţii ale proceselor de epurare
compoziţia şi debitul influentului nu sunt constante, ele având variaţii orare, zilnice, sezoniere; astfel,
variabilele au un caracter aleator, cu şocuri de debit şi încărcare greu de anticipat şi evaluat
Procesele din SEAU au o scară de timp diferită - de la minute, ore până la luni; de aceea, intervenţia şi
modificarea valorilor unui parametru necesită un anumit interval de timp până apare o variaţie sensibilă în
proces
Pot apărea evenimente neprevăzute cum ar fi ploi sau descărcări de substanţe toxice
Modificarea populaţiilor microbiene
Operarea necorespunzătoare datorită fie erorilor umane, fie funcţionării defectuoase a echipamentelor
sau instrumentaţiei de monitorizare şi control
Şocuri de debit datorită pornirii/opririi pompelor; În general nu se pot face intervenţii bruşte în sistemul
hidraulic din staţia de epurare deoarece pot apare regimuri tranzitorii de tip lovitură de berbec care pot induce
fenomene secundare cu efecte greu de stăpânit;
De obicei, pentru atenuarea perturbaţiilor, staţia de epurare este prevăzută cu un bazin de egalizare –
uniformizare.
Complexitatea proceselor de epurare
76
Epurarea apelor uzate implică procese unitare multiple, cu interacţiuni puternice. Controlul unui proces
poate afecta performanţele proceselor din aval, dar şi din amonte.
Intervalul mare de variaţie a constantelor de timp:
- răspunsul hardware este de ordinul secundelor; turaţia pompelor şi poziţia vanelor pot fi modificate
în câteva secunde
- concentraţia oxigenului dizolvat se modifică în câteva minute
- debitul nu se propagă instantaneu prin staţie; dacă se deschide o pompă debitul efluentului se va
modifica în 20 – 40 minute
- concentraţia substratului variază de la minute la ore, în funcţie de viteza reacţiilor biologice şi de
timpul hidraulic de retenţie
- variaţia populaţiilor microbiene are loc într-un interval de câteva zile până la săptămâni
- modificările sezoniere, în special temperatura, va influenţa dinamica staţiei în ciclul anual
În aprecierea funcţionării SEAU trebuie analizaţi mulţi parametrii, de natură diferită, care au o evoluţie
independentă;
Sistemul trebuie să ştie să iasă din „haosul tehnic‖ care se poate instala uşor datorită multitudinii de
parametrii cu natură diferită: hidraulică, mecanică, biologică, chimică;
Condiţiile din SEAU nu sunt reproductibile; este dificil să se adopte decizii corecte operative după
datele vechi existente în banca de date;
Procesele din SEAU sunt procese cu caracter continuu datorită curgerii neîntrerupte a fluidelor
polifazate spre staţie;
b) Variabilele care pot fi manipulate
Ţinând seama de complexitatea proceselor de epurare a apelor uzate, numai un număr limitat de variabile
pot fi manipulate. Acestea pot fi, în cazul epurării biologice, debitul de aer, debitul nămolului activ recirculat,
debitul de nămol evacuat din decantorul secundar.
c) Senzorii
Până de curând lipsa senzorilor era un obstacol major pentru controlul şi automatizarea proceselor de
epurare a apelor uzate. În ultimii ani însă, aceştia au cunoscut o dezvoltare importantă, în special pentru
măsurarea nutrienţilor.
d) Obiectivele operaţionale
În general, obiectivele staţiei de epurare a apelor uzate se rezumă la conformarea la standardele de mediu
impuse pentru efluent. Acestea sunt diferite de la ţară la ţară. În cadrul Uniunii Europene criteriile de calitate ale
efluentului au devenit mai omogene, dar există diferenţe majore în modul în care sunt impuse aceste criterii.
Principalele diferenţe se referă la intervalul de timp al metodelor de recoltare a probelor (la 2 ore, 24 de ore sau
7 zile), excluderea datelor pentru evenimente extreme şi conformarea metodei de evaluare. Aceste moduri
diferite de exprimare a limitelor de descărcare influenţează fundamental proiectarea sistemului de control.
Un sistem de control, denumit buclă de control, cuprinde următoarele elemente principale: instrumentaţia
de măsură - senzorii, traductorul, convertorul, transmiterul, regulatorul automat/controlerul, elementul de
corecţie (elementul final de control) şi elementul de execuţie.
Treapta secundară este destinată epurării biologice a apei uzate încărcate cu materii organice. Procesul
utilizat în mod obişnuit este cel aerob, proces dependent de menţinerea concentraţiei de oxigen dizolvat la 1-3
mg/l. Necesarul de aer trebuie să acopere atât respiraţia microorganismelor, cât şi oxidarea substanţelor
organice. Pot fi realizate economii considerabile de energie şi bani corelând aerarea cu cererea reală de oxigen.
Parametrii de proces care trebuie menţinuţi la anumite valori se numesc parametrii controlaţi, iar cei care
pot fi modificaţi direct pentru a menţine parametrii controlaţi la valori prestabilite se numesc parametrii
manipulaţi.
Este foarte important să se aleagă corect valoarea prestabilită a parametrilor controlaţi. Ea trebuie să ţină
seama de problemele care pot să apară dacă parametrul respectiv depăşeşte acea valoare sau scade sub ea.
Instrumentaţia de măsură
77
În ultimii ani instrumentaţia de măsură în epurarea apelor uzate a cunoscut o dezvoltare importantă în
ceea ce priveşte performanţele şi fiabilitatea. Astfel, senzorii şi analizoarele on-line şi-au găsit aplicabilitate în
diferite procese din epurare a apelor uzate: controlul influentului, controlul oxigenului dizolvat, aerarea
intermitentă, recircularea internă, îndepărtarea nămolului în exces, dozarea sursei externe de carbon, controlul
nămolului recirculat, controlul fazelor în reactoarele secvenţiale, controlul precipitării etc. Realismul şi
corectitudinea datelor măsurate trebuie comparată cu cunoştinţele existente despre procesele respective. De
aceea este esenţial să se cunoască foarte bine procesele de epurare. Rezultatele oricărei măsurători au un anumit
grad de incertitudine, dar este important să se estimeze şi să se ţină seama de aceasta. Trebuie realizată
calibrarea şi întreţinerea senzorilor conform instrucţiunilor. De asemenea, este recomandată realizarea regulată a
unor măsurători de referinţă în laborator, pentru a certifica măsurătorile efectuate de senzori.
Nu este posibil să se facă o comparaţie complet echitabilă între două staţii de epurare diferite şi nici între
ţări diferite. Sistemul de monitorizare diferă în funcţie de dimensiunea staţiei, posibilităţile financiare, nivelul de
cunoştinţe al conducerii şi obiectivele care se au în vedere.
Frecvenţa măsurătorilor şi reglărilor unui parametru depinde de timpul necesar acestuia să se modifice
după apariţia unei perturbări. Timpul necesar unui parametru pentru a atinge 63.2% din diferenţa dintre
condiţiile iniţiale şi cele finale după apariţia perturbării se numeşte constantă de timp. Pentru a realiza controlul
automat aceşti parametrii trebuie măsuraţi de 10...30 de ori mai des decât constanta de timp corespunzătoare.
Deci pentru aceşti parametrii este necesară aparatură on-line de măsurare.
Amplasarea senzorilor pe fluxul de epurare este deosebit de importantă în obţinerea datelor corecte, care
să poată fi utilizate în procesul de monitorizare şi control. Criteriile de alegere a unor secţiuni sau puncte
reprezentative pentru măsurare şi recoltare a probelor pot diferi de la o situaţie la alta, dar există o serie de
consideraţii general valabile: a) amplasarea secţiunilor în imediata apropiere a punctelor de măsură a debitelor în
scopul corelării datelor calitative cu cele cantitative; b) se aleg numai acele secţiuni în care se constată
modificări esenţiale ale calităţii apelor; c) stabilirea unor secţiuni pentru urmărirea modului de asigurare a
calităţii apei necesară unor folosinţe şi în scopul evidenţierii efectelor produse de descărcarea apelor uzate
provenite de la surse de poluare mai importante. O parte din parametrii se măsoară numai cu scopul
monitorizării, alţii atât pentru monitorizare cât şi pentru comanda şi reglarea automată a proceselor. Se poate
opta fie pentru utilizarea unui senzor independent pentru fiecare parametru, fie pentru utilizarea unei staţii de
monitorizare.
În cadrul procesului de epurare biologică aerobă cu nămol activ, ar trebui făcute următoarele
măsurători:
- în bazinul de aerare
parametrii de intrare în treapta secundară, biologică: încărcare organică, amoniu, fosfor total (dacă nu au
fost măsuraţi la ieşirea din decantorul primar)
concentraţia oxigenului dizolvat – comandă suflanta pentru reducerea/creşterea debitului de aer
insuflat
potenţialul redox
pH-ul
concentraţia de amoniu (în cazul în care se face îndepărtarea compuşilor de carbon şi azot în treaptă
combinată– comandă suflanta pentru reducerea/creşterea debitului de aer insuflat)
concentraţia de suspensii din bazinul de aerare – comandă pompa de recirculare nămol activ
viteza de respiraţie a nămolului activ
debitului de aer injectat în sistemul de aerare
presiunea aerului injectat în sistemul de aerare
- în decantorul secundar
debitul de nămol recirculat
concentraţia de suspensii în nămolul activ recirculat – comandă pompa de recirculare nămol activ
adâncimea stratului de nămol din decantor – comandă pompa de evacuare a nămolului din decantor
78
concentraţia de suspensii solide la ieşirea din decantor
debitul de apă la ieşirea din decantor
Scopul controlului procesului biologic cu nămol activ este să menţină unul sau mai mulţi parametrii de
proces la o valoare prestabilită pentru a obţine eficienţa maximă în orice condiţii de operare. Aceştia sunt
parametri controlaţi şi pot fi concentraţia oxigenului dizolvat în bazinul de aerare, adâncimea stratului de nămol
din decantorul secundar şi timpul de retenţie a nămolului. Variabilele manipulate sunt, repectiv, debitul de aer,
debitul de nămol recirculat şi debitul de nămol evacuat din decantor.
În primul rând se urmăreşte controlul oxigenului dizolvat, care este pe de o parte de natură economică şi
pe de altă parte de îmbunătăţire a procesului. Se ştie că aerarea reprezintă aproximativ 60% din consumul
energetic al staţiei, iar creşterea cantităţii de oxigen dizolvat, deşi îmbunătăţeşte operarea creşte foarte mult
costurile de operare. Dar, atunci când oxigenul este insuficient se pot dezvolta microorganismele filamentoase
ceea ce conduce la calitatea şi sedimentabilitatea slabe ale nămolului. Pentru măsurarea oxigenului dizolvat se
pot folosi fie senzori pentru oxigenul dizolvat fie senzori pentru măsurarea potenţialului de oxido-reducere.
Dacă bazinul biologic este cu amestecare completă timpul de retenţie a nămolului este parametrul
fundamental care afectează eficienţa şi performanţele generale ale procesului, pe lângă raportul
hrană/microorganisme şi încărcarea organică a bazinului. Acest parametru poate fi variat în operarea staţiei de
epurare pentru a găsi condiţiile optime de sedimentare a nămolului. Dacă este prea lung determină fragmentarea
flocoanelor şi în consecinţă turbiditate în efluent. Pe de altă parte există o valoare minimă la care
microorganismele sunt spălate din sistem mai repede decât se reproduc. Pentru a menţine timpul de retenţie a
nămolului la o anumită valoare trebuie îndepărtată zilnic o anumită cantitate de nămol, de obicei din linia de
recirculare, în acest scop fiind măsurate atât concentraţia de suspensii solide din amestecul din bazinul de aerare,
cât şi din linia de recirculare. O altă variantă ar fi evacuarea nămolului direct din bazinul de aerare, iar în acest
caz debitul de nămol ce trebuie evacuat este dat de raportul dintre volumul bazinului şi timpul de retenţie a
nămolului.
Recircularea nămolului este de asemenea importantă pentru a aduce nămol proaspăt în bazinul de aerare
astfel încăt concentraţia să fie suficientă pentru a obţine eficienţa de epurare dorită în intervalul de timp dorit.
Debitul de nămol recirculat se determină fie pe baza concentraţiei de microorganisme din bazinul de aerare, fie
pe baza controlului stratului de nămol din decantorul secundar. Datorită reglementărilor legislative privind calitatea efluentului din staţia de epurare apare necesitatea
treptei de nitrificare-denitrificare cu rolul de a se elimina poluanţii pe bază de azot şi a treptei de îndepărtare a
compuşilor pe bază de fosfor. Acestea pot fi trepte separate sau pot fi incluse în procesul de îndepăratre a
compuşilor de carbon.
În treapta de nitrificare-denitrificare ar trebui făcute următoarelor deteminări:
- în bazinul de nitrificare:
concentraţia de oxigen dizolvat – comandă suflanta, mărind sau reducând debitul de aer insuflat
debitul de aer insuflat
presiunea aerului insuflat
pH-ul
concentraţia de amoniu la ieşire - comandă suflanta, mărind sau reducând debitul de aer insuflat
- în bazinul de denitrificare
concentraţa de nitraţi la ieşirea din bazinul de denitrificare – comandă pompa de recirculare
nitraţi din bazinul de nitrificare
concentraţia de suspensii în bazin – comandă pompa de recirculare nămol activ
concentraţia de oxigen dizolvat (opţional, doar pentru a avea o indicaţie a lipsei oxigenului în bazinul
de denitrificare)
debitul de nămol recirculat;
79
Senzorul este primul element dintr-o buclă de reglare, care măsoară modificările variabilei de proces şi
raportează aceste modificări. El este un instrument care îşi schimbă proprietăţile odată cu modificarea condiţiilor
din proces, care pot fi apoi măsurate.
În treapta secundară biologică, pentru măsurarea parametrilor enumeraţi anterior se folosesc următorii
senzori:
a. Senzori/Traductoare de debit
Importanţa traductoarelor de debit rezultă din rolul acestora în cadrul unor operaţii esenţiale, cum ar fi reglările
de debit, care ocupă un loc central în controlul automat al proceselor de epurare.
Traductor de debit electromagnetic
Costul debitmetrului este destul de mare, în special pentru diametre mari de conductă, dar căderea de
presiune şi întreţinerea lui sunt scăzute. Are o mare acurateţe, aceasta fiind afectată negativ doar la viteze sub 1
m/s.
Traductor de debit cu ultrasunete
Determinarea debitului utilizând ultrasunetele este o metodă neinvazivă. Debitmetrele cu ultrasunete
măsoară debitul unui fluid utilizând senzori acustici cu frecvenţa 20 kHz. Deoarece nu au piese în mişcare,
întreţinerea lor este uşoară. Ele nu au pierderi de presiune şi asigură o precizie mai bună faţă de alte aparate,
rezultatele fiind foarte uşor afectate de temperatură, densitate sau conductivitate. Există trei tipuri de debitmetre
cu ultrasunete:
Debitmetre ultrasonice cu timp de parcurs
Acestea sunt cel mai frecvent utilizate, fiind aplicate pentru fluide curate sau cu impurităţi. Sunt uşor de
instalat, întreţinerea este scăzută, nu realizează cădere de presiune şi au o bună acurateţe pentru conducte mari.
Nu pot fi însă utilizate pentru nămoluri şi este necesară montarea pe o porţiune lungă de conductă în linie
dreaptă. Pentru acest tip de debitmetru prezenţa particulelor solide sau a bulelor de gaz în fluid nu este dorită
deoarece ele reflectă undele sonore, care vor interfera cu cele transmise şi recepţionate de transmiţătorii
ultrasonici. De asemenea, lichidul trebuie să fie un conducător rezonabil de energie sonică.
Debitmetre ultrasonice cu efect Doppler
Acestea se utilizează pentru nămoluri, lichide cu bule, gaze cu particule solide sau lichide în mişcare
turbulentă. Costul este mic, întreţinerea scăzută şi nu realizează cădere de presiune. Sunt însă sensibile la
vibraţiile conductei, iar acurateţea scade la viteze sub 0,9 m/s. Recent a fost realizat şi un debitmetru clamp-on
cu efect Doppler care funcţionează cu curent alternativ sau cu acumulatori reîncărcabili. Un set de terminale
care furnizează la ieşire un semnal 4…20 mA permit conectarea la un înregistrator sau alt aparat de citire şi
control.
Debitmetre pentru canale deschise
Debitmetrele cu ultrasunete sunt utilizate cu succes pentru anumite măsurători de debit pe canale
deschise prevăzute cu deversoare sau canale cu ştrangularea secţiunii tip Venturi sau Parshall.
Pentru a indica corect debitul volumetric atât pentru debitmetrele cu timp de parcurs cât şi pentru cele
cu efect Doppler este important ca întotdeauna conducta să fie plină. Debitmetrul cu efect Doppler va continua
să indice viteza fluidului chiar într-o conductă parţial plină dacă traductorii se montează sub nivelul lichidului.
Distanţa de montaj faţă de coturi, robineţi, T-uri, pompe etc. trebuie să fie 10-20 diametre amonte şi 5
diametre aval.
Pentru debitmetrele cu ultrasunete cu timp de parcurs lichidul nu trebuie să conţină particule solide sau
bule de gaz sau aer. Bulele în special atenuează semnalele acustice.
Pe de altă parte debitmetrele cu efect Doppler se bazează pe particulele care reflectă undele sonore. De
aceea, pentru a obţine măsurători fiabile trebuie să se ţină seama de concentraţia minimă şi dimensiunea minimă
a particulelor sau bulelor. Se indică o valoare minimă a concentraţiei de particule solide sau de bule de 100 mg/l
sau ppm. De asemenea, curgerea trebuie să aibe o viteză suficientă pentru menţinerea acestora în suspensie. Unii
producători dau ca valori tipice 1,8 m/s pentru particule solide şi 0,75 m/s pentru bule de dimensiuni mici.
80
În ultimii ani s-au introdus debitmetre cu efect Doppler care operează la frecvenţe >1 MHz. În acest caz
ele pot funcţiona pentru lichide virtual curate, deoarece reflectarea undelor ultrasonice se realizează de către
vârtejurile din mişcarea turbulentă.
Numărul Reynolds influenţează performanţele debitmetrului. Astfel unele debitmetre cu efect Doppler
sau cu timp de parcurs necesită numere Reynolds de minim 4000, respectiv 10000.
Debitmetrele clamp-on necesită ca grosimea conductei să fie mică în raport cu distanţa pe care energia
ultrasonică să o parcurgă prin lichidul de măsurat. De regulă raportul diametru conductă/grosime perete
conductă trebuie să fie mai mare de 10:1.
b. Senzori de nivel
Diversitatea aplicaţiilor, atât sub raportul particularităţilor fizice cât şi ale performanţelor pe care le solicită, au
condus la o gamă relativ mare de tipuri de senzori de nivel, atât sub aspectul principiilor de funcţionare cât şi al
realizărilor tehnologice. Astfel, senzorii de nivel pot fi: capacitivi, cu determinarea hidrostatică a nivelului,
ultrasonici, cu transmitere nucleoinică sau radiometrică a nivelului, cu microunde dirijate, cu radar. Dintre
aceştia în treapta biologică de epurarea a pei se pot utiliza următorii:
Senzorul de nivel cu ultrasunete se utilizează pentru determinarea nivelului stratului de nămol din
decantoare. Se pot utiliza pentru nivele sub 1m până la 70 m şi chiar peste şi sunt disponibili într-o gamă largă
de ieşiri analoge şi digitale. Au un cost rezonabil, nu necesită întreţinere, dar spuma poate crea probleme şi pot
fi greu de calibrat.
Senzorii de nivel nucleonici sau radiometrici fac parte din metodele neinvazive de măsurare a nivelului.
Ei sunt capabili să măsoare nivelul lichidelor sau solidelor prin pereţi de oţel inoxidabil sau alte rezervoare din
metal.. Această tehnică poate fi folosită şi pentru dterminarea nivelului interfeţelor sau determinarea densităţii.
Senzorii cu microunde dirijate sunt o variantă a tehnicii de măsurare cu radar, fiind cunoscută sub
numele de „time domain reflectometry‖ sau TDR. Posibilităţile de măsurare includ măsurarea nivelului pentru
lichide şi solide, măsurarea nivelului interfeţei dintre lichide neconductive dielectrice slabe şi lichide
conductive.
Senzorii de măsurare a nivelului cu radar folosesc o tehnică neinvazivă, neafectată de modificarea
temperaturii şi presiunii procesului, vacuum, variaţia compoziţiei de gaze sau vapori, deplasarea aerului între
senzor şi suprafaţa de măsurat, densitate, conductivitate şi constanta dielectrică a produsului de măsurat.
Pentru controlul nivelului se poate utiliza şi un senzor cu furcă vibrantă. Aceasta vibrează la frecvenţa
ei intrinsecă, frecvenţă care este redusă când este acoperită de lichid. Schimbarea frecvenţei determină
acţionarea unui comutator. Un astfel de senzor se poate utiliza în rezervorul de reactivi.
c. Senzori de oxigen dizolvat
Senzorii pentru determinarea concentraţiei de oxigen dizolvat se bazează fie pe metoda electrochimică,
fie pe metoda optică.
Senzor optic de oxigen se bazează pe fenomenul fizic al luminiscenţei.
Spre deosebire de tehnologiile senzorilor de oxigen dizolvat electrochimic, senzorul de oxigen dizolvat
fluorescent nu consumă oxigen. Nu necesită recalibrare frecventă sau curăţare frecventă (cu excepţia cazului
când este asociat cu nămoluri nocive), dovedindu-se a fi un senzor cu o durată de viaţă mai mare şi oferind citiri
mult mai stabile şi mai precise. De asemenea, sistemul este independent de valoarea debitului, astfel încât
măsurătorile pot fi efectuate în staţii cu debite reduse.
Senzorul poate fi montat pe stâlp sau pe flotor şi se leagă la un controler. Întreţinerea este foarte
scăzută, dar poate interfera cu substanţe chimice fluorescente.
Senzor electrochimic de oxigen Acest senzor este fie galvanic, fie polarografic. Ambele utilizează un
sistem de electrozi unde oxigenul dizolvat reacţionează cu catodul pentru a produce un curent. Sistemele
galvanice sunt mai stabile şi mai precise la concentraţii mici ale oxigenului dizolvat. Ele pot funcţiona câteva
luni fără înlocuirea electrolitului sau a membranei, în timp ce sistemele polarografice trebuie încărcate la câteva
săptămâni.
81
d. Senzor de turbiditate/ suspensii solide Aceşti senzori se găsesc în mai multe variante, în funcţie de concentraţia de suspensii solide care se
doreşte a fi măsurată. Sunt construite fie din material sintetic, fie din oţel nobil. Senzorul conţine elemente
structurale optice şi electronice de valoare. Din acest motiv manevrarea acestuia trebuie făcută cu atenţie pentru
a nu crea şocuri mecanice puternice. El necesită calibrare periodică datorită modificării distribuţiei mărimii
particulelor.
e.Senzorul de pH
Toate sistemele de determinare a pH-ului se bazează pe principiul celulei electrochimice. Senzorii de
măsurare a pH-ului necesită întreţinere periodică pentru curăţare şi calibrare. Intervalul de timp dintre întreţineri
depinde de caracteristicile procesului şi de acurateţea şi stabilitatea dorite. În timp, proprietăţile electrice ale
celor doi electrozi se modifică. Calibrarea cu o soluţie cu pH cunoscut, numită soluţie tampon va corecta o parte
din aceste modificări, ca şi curăţarea joncţiunii dintre electrozi. Cum timpul de viaţă al oricărei baterii este
limitat, la fel şi timpul de viaţă al electrodului de pH este finit, chiar dacă lucrează într-un mediu prietenos.
f. Senzorul pentru măsurarea potenţialului redox
Măsurarea potenţialului redox este o metodă de determinare a activităţii totale a microorganismelor, ieşirea
în mV permiţând controlul automat al reacţiilor chimice. Senzorul pentru măsurarea potenţialului redox este
aproape identic cu cel pentru măsurarea pH – ului, cu deosebirea că în locul electrodului de măsură din sticlă se
utilizează un electrod realizat dintr-un metal nobil, ca de exemplu aur, argint sau chiar platină. Acestea au
avantajul că nu reacţionează chimic. Electrodul de referinţă este tot un fir Ag/AgCl, ca şi pentru măsurarea pH-
ului. Valoarea pH-ului soluţiei influenţează în multe cazuri potenţialul redox. Deoarece funcţionează pe acelaşi
principiu, s-au realizat senzori combinaţi care măsoară atât pH-ul cât şi potenţialul redox. Senzorul lucrează
corect numai dacă vârful de măsurare este complet imersat în lichid. Vârful de măsurare nu are voie să fie ţinut
mai mult de 10 minute în mediu uscat sau să iasă din mediul de măsurat. Pentru montajul senzorului, pentru
lucrările de întreţinere şi pentru transport se utilizează clapeta de transport care se umple cu 3 mol. KCL sau
soluţie tampon cu pH 4.
g. Senzori pentru măsurarea concentraţiei de substanţe organice dizolvate
Concentraţia de substanţe organice dizolvate se poate exprima prin consumul biochimic de oxigen
(CBO sau BOD în terminologia engleză), consumul chimic de oxigen (CCO sau COD) sau carbonul organic
total (COT sau TOC). Dintre acestea, cel mai adesea se determină CBO5, parametru care nu este de folos în
controlul automat al procesului, fiind determinat după 5 zile, în timp ce sistemul trebuie să ia o decizie în timp
foarte scurt. Determinarea CCO se face în aproximativ 2,5 ore, dar au fost dezvoltate metode de determinare
rapidă, în 15 minute. Determinarea COT are de asemenea avantajul că se face rapid, în 5...10 minute. Se poate
determina o relaţie de dependenţă a rezultatelor obţinute prin testele COT cu rezultatele obţinute cu testele CBO,
pentru o anumită apă uzată, astfel încât este recomandată pentru procesele de control determinarea COT. În
literatura de specialitate se găsesc valorile tipice pentru rapoartele CBO5/COT şi CBO5/CCO pentru ape uzate
orăşeneşti. Senzorii pentru determinarea concentraţiei de substanţe organice dizolvate determină fie coeficientul
de absorbţie spectrală (SAC – spectral absorbtion coefficient) la 254 nm, fie carbonul organic total. Dintre cele
două, cel mai utilizat este primul, prin care se pot determina toţi cei trei parametrii: CBO, CCO, COT.
h. Senzorul pentru determinarea concentraţiei de amoniu
Senzorul pentru determinarea concentraţiei ionilor de amoniu NH4+ poate fi utilizat cu sau fără unitate de
sedimentare. În cazul în care se utilizează fără unitate de sedimentare, proba trebuie pregătită anterior.
i. Senzorul pentru determinarea concentraţiei de nitraţi
Principiul de măsurare se bazează pe absorbţia UV de către nitraţi, la lungimi de undă mai mici de 250
nm. De aceea concentraţia acestora se măsoară direct, fără utilizare de reactivi.
j. Senzorul pentru determinarea concentraţiei de fosfaţi
82
Acest senzor determină concentraţia ionilor ortofosfaţi PO43-
pe baza principiului fotometric.
k. Respirometrul
Respirometrul măsoară viteza de respiraţie a nămolului activ, definită ca fiind cantitatea de oxigen
consumată pe unitatea de volum şi de timp de către microorganismele din nămolul activ. Ea se poate determina
pentru diferite combinaţii: nămol activ în amestecul mixt, nămol activ + probă de apă uzată, nămol activ + probă
de referinţă, nămol activ + apă uzată + probă de referinţă. Parametrii cheie care pot fi determinaţi prin
respirometrie sunt: viteza de consum a oxigenului, viteza de consum a substratului, oxigenul consumat în
procesul de oxidare a materiilor organice, materia organică biodegradabilă (CCO biodegradabil). Se pot deduce
şi alţi parametrii de operare pentru controlul procesului de epurare cu nămol activ: raportul
hrană/microorganisme, timpul de retenţie a nămolului activ, raportul de recirculare a nămolului activ, necesarul
de oxigen, viteza de transfer a oxigenului în bazinul de aerare, observarea inhibiţiei/toxicităţii prin comparaţie
cu un amestec mixt nămol activ + apă uzată de la o altă staţie de epurare. De asemenea, se pot determina
parametrii cinetici pentru modelare.
Un respirometru reprezintă de fapt un reactor în care diferite componente sunt puse în contact şi în care
condiţiile de experimentare au o mare influenţă asupra rezultatelor măsurătorii. Pentru a interpreta corect viteza
de respiraţie rezultată din experimentări trebuie specificaţi cel puţin trei factori: sursa biomasei, tipul
substratului şi timpul.
l. Senzor pentru determinarea caracteristicilor de sedimentare ale nămolului
Caracteristicile de sedimentare ale nămolului sunt cel mai adesea exprimate prin indicele volumului de
nămol, IVN. În ultima perioadă au apărut senzori care măsoară aceste caracteristici. Principala componentă a
unui astfel de senzor este un cilindru de sticlă în care se introduce o probă din amestecul mixt. Aceasta este
supusă sedimentării în condiţii asemănătoare celor din decantorul secundar. Coborârea interfeţei stratului de
nămol este urmărită folosind transmiterea luminii, măsurată fie cu ajutorul unei diode emiţătoare (LED) fixată
pe una din părţi şi a unei fotodiode fixată pe partea opusă, fie cu ajutorul unui cuplu LED fotodiodă mobil.
Traductorul este un instrument care transformă semnalul mecanic într-un semnal electric.
Convertorul este un aparat care converteşte un tip de semnal în altul. De exemplu transformă intensitatea
unui curent în tensiune, semnalul analogic în semnal digital etc.
Transmiterul este un aparat care transformă semnalul citit de la senzor la traductor într-un semnal standard
şi transmite acel semnal la un monitor sau un controler.
Regulatoarele automate/Controlerele sunt aparate care primesc datele de la instrumentele de măsurare,
compară aceste date cu valoarea de referinţă programată şi dacă este necesar semnalizează un element de control
pentru a realiza acţiunea corectivă. Regulatoarele automate/controlerele locale sunt de trei tipuri: pneumatice,
electronice sau programabile. Pentru a compensa perturbaţiile ele pot utiliza mai multe tipuri de algoritmi de
control: feedback, feed-forward, feedback şi feed-forward, în cascadă şi adaptiv.
Regulatoarele automate/controlerele pot executa funcţii matematice complexe pentru a compara datele de
intrare cu valoarea de referinţă şi pot face simple adunări sau scăderi pentru a realiza comparaţii. Deci, ele
primesc date de intrare, realizează funcţii matematice şi produc un semnal de ieşire. Controlul poate fi de tip on-
off, proporţional, integral, proporţional-derivativ, proporţional-integral- derivativ. În ultimii ani s-au dezvoltat
însă tipuri de control avansat bazat pe logica fuzzy, reţele neuronale sau algoritmi genetici.
Exemple de controlere:
- PLC (Programmable logic controllers) – sunt de obicei calculatoare conectate la echipamente de
intrare/ieşire (I/O). Calculatoarele sunt programate să răspundă datelor de intrare prin transmiterea unor
semnale de ieşire astfel încât să se menţină valoarea de referinţă
- DCS (Distributed Control Systems) – sunt controlere care pe lângă realizarea funcţiilor de control
permit citiri ale stării procesului, menţin baza de date şi interfaţa avansată om – maşină.
Elemente de corecţie (elemente finale de control) sunt elementele sistemului de control care modifică
fizic variabila manipulată. Pot fi vane, pompe, bobine etc. În procesul de control viteza de răspuns a elementului
83
de corecţie este foarte importantă. Cele mai multe îmbunătăţiri ale acestora au fost făcute pentru a micşora acest
timp.
Elementul de execuţie este partea elementului final de control care produce modificări fizice în elementul
final de control când i se semnalizează acest lucru (un exemplu ar fi elementul de execuţie al vanei care
comandă închiderea sau deschiderea acesteia în urma semnalului de control transmis de controler)
Concluzii
Având în vedere complexitatea fenomenelor care se desfăşoară în cadrul proceselor de epurare a apelor
uzate, numărul mare de parametrii constructivi şi funcţionali care intervin şi interinfluenţele neliniare care se
produc pe diferite căi între aceşti parametri, perturbaţiile aleatoare, rezultă, în mod evident, necesitatea reglării şi
conducerii automate a acestor procese. Intr-o accepţiune generală prin conducere automată a procesului de
epurare se urmăreşte menţinerea unei stări de echilibru dinamic a procesului de epurare fără intervenţia
operatorului uman. Se evită astfel o evoluţie necontrolată a parametrilor cu instalarea unei stări dezastruoase de
―haos tehnic‖. În aplicaţiile de control al proceselor de epurare efectele economice obţinute prin reglare sunt
foarte importante. Un sistem de monitorizare şi control trebuie să asigure realizarea următoarelor obiective:
reducerea costurilor, menţinerea calităţii, operare facilă, protecţia mediului şi protecţia investiţiei pe termen
lung.
Bibliografie
1. Barnett, M. W., Stenstrom, M.K., Andrews, J.F. Dynamics and control of wastewater systems, vol.6,
second edition, Technomic Publishing Company, 1998
2. Metcalf&Eddy. Wastewater engineering. Treatment and reuse, fourth edition, McGraw Hill, 2003
3. Robescu, D., Robescu, Diana, Lanyi, S., Constantinescu, I. – Tehnologii, instalaţii şi echipamente pentru
epurarea apei, Editura Tehnică, Bucureşti, 2000
4. Robescu, Diana Robescu, D., Lanyi, S. Silivestru, V., Iliescu, S., Vlad, G., Catană, I., Făgărăşan, I.,
Ionescu, M., Panduru, V, Belu, D., Mocanu, R. – Controlul automat al proceselor de epurare a apelor uzate,
Editura Tehnică, 2008
84
APLICAREA BIOTEHNOLOGIILOR ÎN STAŢIILE MODULATE DE EPURARE
Dan Niculae Robescu, Diana Robescu, Cristina Costache
Universitatea POLITEHNICA din Bucureşti, România
Rezumat
Staţiile modulate sunt destinate să epureze apele uzate colectate de la comunităţi mici. Ele trebuie să asigure o
purificare avansată în condiţiile unei tehnologii simplificate, să aibă o fiabilitate ridicată şi să lucreze în regim
automat. Lucrarea prezintă criteriile care stau la baza proiectării şi exploatării staţiilor compacte de epurare,
variante ale tehnologiilor adoptate de diferiţi constructori. Se dau informaţii despre pelicula aerobă utilizată
frecvent în reactoarele biologice ale acestor staţii care poate fi ataşată unor suprafeţe fixe sau unor corpuri
mobile antrenate în mediul apos de aerul dispersat în proces.
Cuvinte-cheie Staţie compactă de epurare; peliculă biologică; microorganisme; biotehnologie
Introducere Staţiile modulate – compacte sunt destinate epurării apelor uzate provenite de la comunităţi de mici
dimensiuni, hoteluri izolate de munte, tabere militare, şantiere de construcţii etc. Trebuie menţionat faptul că
pentru o staţie mică de epurare, compactă –modulată, nu se poate respecta o trehnologie clasică aşa cum se
aplică la staţile municipale cu mulţi locuitori echivalenţi. În acest caz se consideră o tehnologie mai simplă,
sigură, cu mai puţine procese unitare succesive.
Totodată bazinele destinate separării fazelor, precum şi cele în care se desfăşoară procese biologice
sunt concepute astfel încât să asigure separarea bună a particulelor, respectiv viteze maxime de reacţie.
Decantoarele sunt de tip cu plăci paralele înclinate care să permită separarea foarte bună a nămolului din mediul
apos.
Aspecte generale ale biotehnologiei
Condiţiile de concepţie, proiectare şi realizare a staţiilor compacte de epurare a apelor uzate sunt foarte
dure:
1. dimensiuni limitate de condiţiile de transport pe trailer până la locul de amplasare şi racordare la
reţeaua de canalizare;
2. eficienţă ridicată de epurare deoarece, de cele mai multe ori, apa epurată se poate deversa în cursuri la
condiţiile NTPA 013 mult mai dure decât cele cuprinse în NTPA 001;
85
3. fiabilitate şi anduranţă ridicată;
4. consum redus de energie;
5. funcţionare automată fără intervenţia operatorului, dar cu revizia periodică a unei echipe de întreţinere
care face mentenanţa preventivă după grafic;
6. utilizarea unor materiale rezistente la uzura prin coroziune chimică şi biochimică;
7. izolaţie termică pentru evitarea îngheţării apei;
8. staţia trebuie să facă faţă atât la eliminarea produşilor pe bază de carbon cât şi pe bază de azotr şi fosfor
pentru a elimina riscul eutrofizării cursurilor naturale.
În general, biotehnologiiile utilizate în aceste staţii sunt de tip aerob cu peliculă ataşată unor suprafeţe
solide. Aceste suprafeţe pot avea o structură şi formă variabile – plane paralele, structură de tip fagure sau de tip
particule, figurile 1, 2, 3. Cerinţa de bază este asigurarea unei suprafeţe mari de contact între apa uzată şi
pelicula biologică ataşată suportului solid.
Fig.1. Suport fix de tip fagure la biofiltru
Fig.2. Instalaţie de epurare cu biodiscuri rotitoare în reactorul biologic
86
Fig.3. Suporturi
mobile de mici
dimensiuni
pentru ataşarea
peliculei biologice
pe spiţele roţilor
Sistemul
de ataşare a unei
pelicule biologice
aerobe pe suporturi
mobile permite
asigurarea unei
mari suprafeţe de contact. Prin mişcarea acestor suporturi mobile, generată de sistemul de aerare cu bule medii,
se favorizează contactul dintre pelicula bioloigcă şi materia organică din apă şi transferul de masă dintre mediul
biologic şi oxigenul din apă.
Între procesul de epurare cu nămol activ şi cel din filmul biologic sunt deosebiri structurale. În procesul
cu nămol activ floconul este unitatea structurală de bază care conţine toate speciile comunităţii din lanţul trofic
necesare înlăturării substanţelor organice; în procesul cu film biologic speciile sunt organizate în lungul
tehnologiei de epurare, în sensul reacţiilor succesive de degradare a materiei organice, astfel că apa uzată, pe
măsura descompunerii substanţelor organice, în fiecare etapă a desfăşurării fenomenului biochimic întâlneşte
bacteriile următoare din lanţul trofic.
Pelicula biologică utilizează o succesiune de comunităţi biologice stabilite la diferite niveluri ale
filmului şi asociate cu diferite grade de epurare. Microorganismele din filmul biologic sunt mai uşor adaptabile
la şocurile încărcării organice datorită acestei succesiuni ale asociaţiilor populaţiilor biologice existente în
peliculă. În tehnologiile de epurare cu nămol activ amestecul polifazic, ce conţine flocoane, trebuie să fie mereu
agitat pentru a le menţine în stare de suspensie, ceea ce conduce la un consum ridicat de energie. În procesele cu
film biologic pelicula este fixată pe o suprafaţă solidă, dură, dar se consumă o cantitate de energie pentru
pompajul şi împrăştierea apei uzate pe suprafaţa filmului biologic.
În raport cu procedeul cu nămol activ cel cu peliculă biologică are următoarele avantaje:
- Activitate biologică superioară;
- Randamentul de epurare creşte prin recircularea nămolului;
- Economie de energie;
- Repopularea rapidă a peliculei după desprinderea filmului;
- Exploatare simplă
- Adaptare la şocurile de încărcare în materie organică .
Când microorganismele din filmul biologic mor pelicula se fragmentează, se desprinde de pe suportul
solid şi este antrenată de curentul lichid. Materialul celular distrus este reţinut în decantorul secundar sub formă
de nămol.
Pentru realizarea procesului de degradare biochimică în peliculă biologică apare necesitatea respectării
următoarelor cerinţe de bază:
87
- Crearea unei suprafeţe mari de contact, pentru materialul solid inert pe care să se fixeze pelicula
biologică, trebuie să fie caracterizată printr-o suprafaţă specifică ridicată;
- Aprovizionarea cu oxigen trebuie să se facă cu un debit corespunzător asigurării condiţiilor aerobe
necesare procesului biochimic;
- Tratabilitatea biologică a apei uzate trebuie să corespundă populaţiei microbiene.
Mediul biologic utilizat în reactoarele microstaţiei este de tip aerob. În funcţionare apare un procedeu
mixt (hibrid) în ceea ce priveşte tehnologia utilizată. Pe lângă pelicula biologică ataşată suportului fix sau mobilş
se formează în mediul apos şi flocoane de nămol activ. În acest mod mediul biologic hibrid contribuie la o
eficienţă ridicată de degradare microbiană a materiilor organice din mediul apos.
Astfel, corpurile de umplutură se caracterizează prin:
- Suprafaţa specifică de contact – raportul dintre suprafaţa exterioară a corpurilor de umplutură şi
volumul lor. Pentru o epurare cât mai eficientă a apelor uzate este necesar ca acest parametru să fie
cât mai mare posibil;
- Permeabilitatea – parametru ce apreciază posibilitatea scurgerii fluidelor prin spaţiile dintre corpurile
de umplutură. Având în vedere grosimea peliculei biologice, spaţiul necesar de curgere a apei uzate
şi a aerului, interstiţiile trebuie să fie de minimum 10 mm.
- Porozitatea – trebuie să fie suficient de mare pentru a permite schimbul substanţelor în exces din
biomasă şi o circulaţie corectă a aerului în interiorul biofiltrului. Este de precizat că porozitatea ε
scade cu reducerea diametrului echivalent al corpurilor de umplutură. Porozitatea şi rugozitatea
materialului de umplutură joacă un rol important în fixarea şi oxidarea peliculei biologice. Un filtru
bun asigură un compromis între suprafaţa specifică s maximă şi porozitatea ε suficientă pentru a
permite evacuarea biomasei şi circulaţia optimă a fazelor;
- Uniformitatea mare a materialului de umplutură – permite o permeabilitate ridicată şi favorizează
dispersia aerului şi a materiei organice în pelicula biologică;
- Rezistenţa mecanică – trebuie să corespundă preluării sarcinii de compresiune, în special dacă
corpurile stau la baza construcţiei ce lucrează prin tehnologia peliculei biologice; depinde direct de
greutatea specifică a materialului de umplutură;
- Rezistenţa chimică – este impusă de necesitatea menţinerii formei şi a grosimii corpurilor de
umplutură. Corpurile se cer a fi construite din materiale inerte care nu trebuie să intre în reacţie
chimică cu apa, constituenţii din apa uzată sau cu enzimele biochimice generate de pelicula
biologică;
- Costurile – reprezintă un parametru deosebit de important în achiziţionarea corpurilor de umplutură.
Variante ale staţiilor compacte de epurare
Staţie pentru comunităţi mici şi medii de tip CN
Separarea şi sedimentarea se face gravitaţional sau prin flotare în compartimentele de separare-
sedimentare 1, 2 şi 3, care au şi rolul de digestie anaerobă, denitrificare a nămolului recirculat şi stocare a
nămolului în exces.
88
Fig. 4. Structura internă a staţiei ce deserveşte 200 – 500 persoane
Compartimentul 6 realizează sedimentarea solidelor provenite din procesul de digestie aerobă. Nămolul
produs se recirculă către compartimentele primare, de unde ciclul se reia. Compartimentul 7 are funcţia de
dezinfecţie prin contact controlat cu tablete de clor.
Staţia individuală de epurare ape menajere MCH-N
Gama de epuratoare Astec MCH-N tratează apele menajere provenite dintr-o gospodărie (mai puţin
apele pluviale), purificându-le până la obţinerea calităţii cerută de legislaţia de mediu. Este o instalaţie
monobloc de epurare, care preia totalitatea apelor uzate menajere provenite de la gospodării cu 5-12 membri şi
în care se desfăşoară procese de biodegradare. Epuratorul Astec este prevăzut cu un sistem de dezinfecţie cu
tablete de clor.
Structura internă (fig. 5) este în 5 trepte: 2 trepte de sedimentare şi digestie anaerobă, 1 treaptă digestie
aerobă, 1 treaptă sedimentare finală şi 1 treaptă clorinare, având un grad înalt de fiabilitate şi mentenabilitate dat
de modul de funcţionare (trecerea apei dintr-un compartiment în altul se face gravitaţional, iar funcţiile de
aerare, recirculare nămol şi întreţinere-curăţare sunt asigurate de o suflantă externă).
89
Fig. 5. Structura internă a epuratorului
Fig. 2.18. Diagrama de proces
Apa uzată menajeră intră în staţia de epurare printr-o conductă Dn 110 mm în compartimentul 1 de
sedimentare a corpurilor solide şi digestie anaerobă care are şi rolul de separare a grăsimilor.
Compartimentul 2 are acelaşi rol ca şi primul realizând încă o separare a solidelor şi grăsimilor.
MICROSTAŢIE DE EPURARE DE TIP SBR Această staţie compactă asigură epurarea apelor menajere şi industriale provenite din comunităţi medii
şi mari (500 – 10.000 persoane) şi sunt constituite din mai multe rezervoare din oţel căptuşit cu strat izolator
anticoroziv din sticlă inclusiv marginile, conectate cu şuruburi şi garnituri hidroizolante în care se desfăşoară
întregul proces.
Sistemul SBR este format dintr-un singur bazin în care secvenţial au loc procese unitare de epurare
(fig. 6). Este un bazin de nămol activ în care are loc: egalizarea, aerarea şi decantarea. SBR permite eliminarea
azotului şi fosforului prin mixarea anaerobă în timpul procesului FILL şi prin pornirea/oprirea electro-
suflantelor pe durata proceselor REACT FILL şi REACT. Toate sunt uşor de programat prin sistemul de control
automat.
90
Fig. 6. Procesul secvenţial desfăşurat în SBR
STAŢIE DE EPURARE BIOLOGICĂ MONOBLOC AS-NIKKOL
AS-NIKKOL este o combinaţie de sistem de decantare şi o staţie de epurare cu nămol activ, cu
posibilitatea de a preleva monstre, amplasată într-un recipient din polipropilenă rezistent la apele uzate. În faza
de decantare primară (A/E) se reţin impurităţile solide din apele reziduale. Decantarea primară are loc
gravitaţional într-un spaţiu cu două încăperi. O parte a acestui spaţiu este rezervată stabilizării anaerobe a
nămolului şi compactării şi depozitării acestuia (E). Apa predecantată fizic curge apoi în zona de epurare
biologică (B/C). Reactorul fix (B) este prevăzut cu un biorotor cu elemente din material plastic care, prin
mişcarea de rotaţie, expune elementele biologice alternativ apei reziduale şi atmosferei. În zona nămolului activ
(C) se formează, pe de o parte datorită biorotorului, pe de altă parte prin permanenta revenire nămol-apă (a) din
decantorul secundar (D), un nămol de înaltă calitate, în suspensie, care se completează din punct de vedere
calitativ cu microorganismele biorotorului.
91
Fig. 7. Schema funcţională
În bazinul de decantare şi depozitare (A, E) are loc separarea flocoanelor din nămolul activ, de apă şi
nămol. Apa şi nămolul curg împreună cu apa admisă brută în zona biologică (C). În acest fel este asigurată
comunicarea între zona biologică, bazinul de decantare primară şi bazinul de decantare finală. Toate
componentele instalaţiei sunt executate fie din material plastic, fie din oţel inoxidabil, respectiv piese turnate.
Partea de acţionare electrică se conectează la reţea printr-un panou de comandă.
STAŢIE DE EPURARE ANAEROB – AEROBĂ A APEI UZATE TIP AS – MONOCOMP A
Staţia de epurare AS-MONOcomp A este alcătuită dintr-un container din material plastic
compartimentat în spaţii tehnologice, acesta cuprinzând decantorul primar, bazinul de activare şi decantorul
final. Partea anaerobă a staţiei este acoperită cu un capac etanş, toată staţia având un capac detaşabil,
termoizolant. În partea aerobă sunt montate elementele de aerare cu bule fine şi sistemul de distribuţie al aerului,
furnizat de o suflantă montată în afara staţiei.
Staţia de epurare AS-MONOcomp A este destinată epurării anaerob-aerobe a apei uzate menajere.
Schema tehnologică a staţiei este prezentată în figura 8.
Apa uzată curge gravitaţional în decantorul primar. Acesta este împărţit, cu ajutorul unui perete, într-un
compartiment de reţinere a substanţelor plutitoare (A) şi unul de stocare şi stabilizare anaerobă a nămolului (B).
Aici are loc pre-tratarea apei uzate.
Apa trece apoi în zona de epurare biologică, datorită suprapresiunii create de aerul insuflat în
decantorul primar, cu ajutorul suflantei. Această parte este divizată în compartimentul de epurare anaerobă (C)
şi aerobă (D). Compartimentul anaerob (C) este un reactor cu o concentraţie ridicată de biomasă pe suport. Apa
uzată este distribuită uniform la radierul acestui reactor şi curge prin aria secţiunii reactorului anaerob alternativ
în sus şi în jos. Reactorul lucrează la o temperatură între 8 şi 20°C, astfel încât nu este necesară încălzirea. Aici
are loc eliminarea a 40-70% din substanţa organică şi descompunerea parţială a substanţelor foarte stabile.
92
Fig. 8. Schema tehnologică: A - decantor primar; B - bazin de omogenizare;
C - reactor anaerob; D - reactor aerob; E - decantor final
Trecerea apei din zona anaerobă în cea aerobă se face gravitaţional. Această zonă aerobă (D) este
reprezentată printr-o activare combinată cu aer şi suportul de biomasă, urmată de o sedimentare verticală în
decantorul final. În bazinul de activare are loc eliminarea restului de substanţă organică şi nitrificarea azotului
amoniacal. Sursa de aerare este suflanta care distribuie aerul de la radier prin aeratoarele cu bule fine.
SEAU CU ELEMENTE MOBILE PURTĂTOARE DE BIOFILM
În multe cazuri de SEAU – staţii de epurare a apelor uzate – pentru care s-au analizat mai multe
posibilităţi de creştere a randamentului s-a luat în considerare şi utilizarea acestei noi tehnologii. În multe cazuri
de SEAU s-au analizat 3 posibilităţi de îmbunătăţire a gradului de epurare. Cele trei metode analizate sunt:
utilizarea unui sistem hibrid de epurare denumit şi IFAS (nămol activ combinat cu elemente purtătoare de
biofilm), utilizarea bioreactoarelor aerobe ce conţin elemente mobile purtătoare de biofilm şi utilizarea
bioreactoarelor cu membrană.
Deosebirea dintre utilizarea elementelor purtătoare şi utilizarea proceselor hibride constă în faptul că în
cazul utilizării celei de a doua metode se realizează recirculare nămolului. Cea de a treia tehnologie testată în
cadrul SEAU analizate şi menţionată anterior constă în utilizarea biofiltrelor.
Tehnologia MBBR (Mobile Bed Biofilm Reactor) este robustă şi reprezintă o soluţie viabilă pentru
îndepărtarea CBO5 şi a azotului. Pe această configuraţie se poate aplica şi nitrificarea-denitrificarea apelor uzate.
În acest sistem recircularea nămolului nu este necesară. De asemenea, nu este necesară intervenţia operatorului
uman, decât în cazul monitorizării procesului de epurare. Schema procesului este reprezentată în figura 9.
93
Fig. 9. Staţie modulată de epurare de mici dimensiuni cu elemente mobile şi peliculă ataşată (1 - compartiment
aerob pentru îndepărtare materie organică; 2 - compartiment aerob pentru nitrificare)
CONCLUZII
Staţiile de epurare monobloc au avantajul de a fi gata pregătite pentru instalare în locul dorit de
utilizator. Ele se transportă pe trailer direct de la fabricant şi se racordează rapid la canalizarea utilizatorului. Aceste staţii de epurare nu pot să fie concepute după schemele clasice de succesiune a proceselor
unitare, aşa cum este cazul SEAU urbane pentru debite mari. În cazul lor se adoptă o tehnologie simplificată în
funcţie de compoziţia apei uzate şi concentraţia principalilor poluanţi (organici, anorganici).
Tehnologia de epurare bazată pe elementele mobile, are ca principiu de bază dezvoltarea şi fixarea unei
populaţii de bacterii pe un suport de plastic intens aerat, eliminând necesitatea recirculării nămolului activat.
Datorită mişcării permanente de revoluţie şi a formei rotunde nu se permite aderarea nămolului, fiind un mediu
necolmatabil şi autocurăţitor. Biofilmul se dezvoltă în special pe suprafaţă internă a suportului, unde este
protejat. Elementele purtătoare se găsesc în toată masa de lichid şi sunt antrenate în mişcare de către bulele de
aer ce realizează oxigenarea apei uzate. În cadrul tehnologiei trebuie acordată o atenţie deosebită sistemului de
aerare. Un sistem de oxigenare, situat la baza bazinului asigură menţinerea în suspensie a elementelor
purtătoare. Folosind această tehnologie nu vor exista probleme de colmatare şi pot fi tratate ape cu mari
încărcări organice.
Bibliografie
[1]. Droste, R.L. Theory and Practice of Water and Wastewater Treatment. New York: John Wiley and
Frost, R., C. Powlesland, J.E. Hall, (1990) S.C. Nixon & C.P. Young. Review of sludge treatment and disposal
techniques. WRc Report PRD 2306-M/1 Gunnerson, Charles G., Stukey, David C., (1996) Anaerobic Digestion, principles and Practices for Biogas Systems, World
Bank Washington, DC;
Păunescu, Ioan, Parachiv, Gigel, Albu, Bogdan, (2005) Managementul mediului şi obţinerea biogazului în fermele suinicole
- Facultatea de Ingineria Sistemelor Biotehnice - UPB, 2005;
Qasim, Syed R., Wastewater Treatment Plants: Planning, Design, and Operation, Second Edition, CRC Press, 1998