UNIVERSITATEA TEHNICA „GHEORGHE ASACHI” DIN IASI FACULTATEA DE INGINERIE CHIMICA SI PROTECTIA MEDIULUI SPECIALIZAREA INGINERIA MEDIULUI PROIECT LA TEHNOLOGII SI BIOTEHNOLOGII ALE APELOR UZATE Îndrumător: Asis. ing. drd. Mustereţ Corina STUDENTE: fghfjhgjh GRUPA: 2407
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
UNIVERSITATEA TEHNICA „GHEORGHE ASACHI” DIN IASIFACULTATEA DE INGINERIE CHIMICA SI PROTECTIA MEDIULUISPECIALIZAREA INGINERIA MEDIULUI
PROIECT
LA TEHNOLOGII SI BIOTEHNOLOGII ALE
APELOR UZATE
Îndrumător:Asis. ing. drd. Mustereţ Corina
STUDENTE: fghfjhgjh GRUPA: 2407
2010-2011
CUPRINS
1.Tema de proiectare
2.Memoriu tehnic (se vor prezenta obiectivele proiectului, etapele procesului tehnologic si descrierea acestuia)
3.Considerente privind epurarea apelor uzate municipale
3.1. Poluanti caracteristici si impactul acestuia asupra mediului, necesitatea apelor uzate
3.2. Conditii de calitate pentru factorul de mediu, normative tehnice
3.3.Caracteristicile apelor uzate municipale
4.Tehnologia adoptata pentru apele uzate
4.1. Variante tehnologice de epurare a apelor uzate principale
4.2. Factorii care influenteaza selectia operatiilor si proceselor unitare din schema tehnologica de epurare
4.3. Determinarea gradului de epurare necesar
4.4. Alegerea variantei tehnologice optime ( cu justificarea acestuia din punct de vedere tehnic,economic si tehnologic si descrierea detaliata a procesului )
4.5. Calculul concentratiei intermediare realizate pentru etapele de epurare mecanic si biologic si verificarea realizarii gradului de epurare necesara
4.6. Elaborarea schemei tehnologice bloc
4.7. Materii prime si energie
4.8. Subproduse, materiale energetice si deseuri
5. Proiectarea tehnologica a utilajelor
5.1. Debite de calcul utilizate in statiile de epurare municipale
5.2. Calculul utilajelor din cadrul dreptei mecanice de epurare (gratar, bazin de floculare, deznisipator, decantor primar)
5.3. Calculul utilajelor din cadrul dreptei mecanice de epurare (bazin cu namol activ, decantor secundar)
5.4. Tratarea namolurilor ( aspecte generale privind colectarea si tratarea namolurilor)
6.Plansa.Schema tehnologica de epurare a apelor municipale
7.Bibliografie
Tema de proiectare
Sa se elaboreze proiectul tehnologic al unei statii de epurare ape uzate urbane. Se dau urmatoarele date:
B. Compozitia apelor uzate care sunt introduse in statia de epurare:
Solide in suspensie:CiSS=385mg/lSubstante organice:CBO5=455mg/l CCOCr=555mg/lAzot total: CiN=14,5 mg/lTemperatura apei uzate: 200CpH-ul =7Constanta de consum a oxigenului din apele uzate : K1=0,1 zi -1
C. Analizele de laborator ale emisarului in care se deverseaza apele uzate epurate:
Oxigen dizolvat: COr=6 mg/l (concentratia oxigenului dizolvat din receptor)Substante organice :CBO5=20 mg/l CCOCr=50 mg/lSolide in suspensie: CeSS=50 mg/lAzot total: CeN=2,5 mg/lTemperatura medie a apei este de 100
C
Constanta de oxigenare a apei:K2=0,2 zi -1
D. Studiile hidrologice ale emisarului indica:Viteza medie a apei v=1,5 m/sCoeficientul de sinuozitate al raului: Ø=1,2Constanta vitezei de consum a oxigenului din apele uzate K1
r=0,1 zi-1
E. Utilaje ce urmeaza a fi proiectate.
Memoriu tehnic
Epurarea apelor uzate urbane şi industriale este o necesitate a societăţii
contemporane în permanenţă dezvoltare. Creşterea populaţiei şi industrializarea
continuă indispenabilă modernizării societăţii au condus la creşterea consumului de
apă, a volumului de ape uzate, a nmărului şi complexităţi poluanţilor din aceste ape
uzate.
Proiectul urmăreşte să rezolve principalele probleme generate de infrastructura
apei potabile existentă în zonele urbane, astfel încât să fie protejate atât mediul
înconjurător cât şi efluentul.
Lucrarea urmăreşte proiectarea unei staţii de epurare a apelor uzate urbane, cât
mai eficentă din punct de vedere economic şi ecologic, care asigură eliminarea unei
categorii de poluanţi denumiţi refractari sau prioritari, care produc efecte economice şi
ecologice negative şi care trec neschimbaţi prin treptele de epurare mecano-chimică şi
biologică (epurarea avansată).
Ca obiective, în ceea ce priveşte proiectul de an, putem preciza următoarele:
Dobândirea cunoştinţelor de specialitate inginerească prin elaborarea unui studiu de
caz – staţie de epurare a apelor uzate urbane.
a) Însuşirea terminologiei legale referitoare la parametri şi intervalul lor optim de
variaţie;
b) Însuşirea valorilor legale precizate prin NTPA 001, 002/2002, reactualizat în 2005 –
legea apelor – specifice în calculele inginereşti;
c) Dezvoltarea capacităţii de calcul inginereşti pentru procesele unitare din tehnologia
de epurare;
d) Însuşirea principiilor de alegere a echipamentelor specifice conform datelor
calculate în procesele unitare
e) Cunoaşterea modalităţilor de abordare a aspectelor tehnico-economice (costuri de
investiţie, costuri de exploatare, bilanţ energetic pe staţie, preţ de cost pe m3 de apă
epurată).
În primul capitol se pezintă datele de proiectare a proiectului tehnologic al unei
staţii de epurare a apei uzate urbane.
În al doilea capitol este prezentat memoriul tehnic.
În al treilea capitol, se face o introducere asupra problemelor generale legate de
epurarea apelor uzate industriale, cu referiri directe la epurarea mecanică, epurarea
chimică şi epurarea biologică a apelor uzate, la clasificarea şi prezentarea principalelor
compuşi organici nebiodegradabili (poluanţi refractari sau prioritari).
În al patrulea capitol, se prezintă principalele variante de epurare a apelor uzate
pentru eliminarea compuşilor nebiodegradabili din apele uzate, grupate după tipul
procesului care stă la baza metodei. Pentru fiecare din metode se prezintă informaţii
legate de desfăşurarea procesului, uilajele specifice care se folosesc, factorii şi
condiţiile care influenţează efiecienţa procesului, mecanismele de racţie. Se prezintă
avantajele şi dezavantajele aplicării acestor procese, mai ales prin prisma epurării unor
cantităţi mari de ape uzate, având în vedere şi aspectele economice ale fiecărui
proces.
În urma analizării avantajelor şi dezavantajelor fiecărei variante tehnologice de
epurare, din punct de vedere ecologic şi economic, ca variantă tehnologică optimă se
alege staţia de epurare mecano-chimico-biologică de epurare a apei uzate, numită şi
epurarea avansată a apelor uzate.
Epurarea avansată a apelor uzate. Epurarea mecanică, chimică şi biologică nu
realizează eliminarea poluanţilor prioritari, care, chiar şi în concentraţii foarte mici, au
efecte negative asupra organismelor vii şi asupra echilibrului ecologic în natură sau
care limitează posibilităţile de recirculare/reutilizare a apei în industrie, agricultură.
Dintre poluanţii prioritari care sunt reţinuţi prin procedee de epurare avansată se
Procedeele de epurare avansată se pot aplica fie înaintea etapei de epurare
biologică sau după aceasta, în funcţie de matricea apei uzate (concentraţia şi tipul
poluanţilor).
Etapele procesului de epurare avansată sunt:
-grătare şi site, scopul grătarelor este de a reţine corpurile plutitoare şi suspensiile mari
din apele uzate (crengi şi alte bucăţi din material plastic, de lemn, animale moarte,
legume, cârpe şi diferite corpuri aduse prin plutire, etc.), pentru a proteja mecanismele
şi utilajele din staţia de epurare şi pentrua reduce pericolul de colmatare ale canalelor
de legătură dintre obiectele staţiei de epurare;
-deznisipatoare, este operaţia unitară prin care se elimină pietriş şi alte materii solide cu
dimensiuni ≥ 0,2 mm., care au densitatea mult mai mare decât a apei sau a
componenţilor organici din apele uzate;
- coagularea-flocularea, sunt metode de tratare a apelor, care facilitează eliminarea
particulelor coloidale din apele brute, prin adăugarea de agenţi chimici, aglomerarea
particolelor coloidale şi respectiv separarea lor ulterioară prin decantare, flotaţie cu aer
dizolvat, filtrare. În afară de eliminarea coloizilor şi reducerea urbidităţii din apele de
suprafaţă, prin coagulare se reduc parţial culoarea, gustul, mirosul, respectiv conţinutul
de microorganisme;
-decantoare primare, sunt bazine deschise în care se separă substanţele insolubile
mai mici de 0,2 mm. care se prezintă sub formă de particule floculente, precum şi
substanţe uşoare care plutesc la suprafaţa apei;
-bazine cu nămol activ, în aceste bazine epurarea apelor uzate au loc în prezenţa unui
amestec de nămol activ cu apă uzată, agitat în permanenţă şi aerat;
-decantoarele secundare, sunt o parte componentă deosebit de importantă a treptei
de epurare biologică şi au scopul de a reţine nămolul, materiile solide în suspensie,
separabile prin decantare (membrana biologică sau flocoanele de nămol activ, evacuate
o dată cu apa uzată din filtrele biologice, respectiv din bazinele cu nămol activ).
În capitolul cinci, se prezintă posibilităţile de integrare a epurării avansate în
procesul tehnologic de epurare a epelor uzate urbane, pentru a realiza gradul de
epurare dorit şi dimensionarea utilajelor din cadrul staţiei de epurare a apelor uzate
urbane.
În capitolul sase este prezentată schema thenologica a staţiei de epurare a apelor uzate urbane.
În capitolul sapte, este prezentată bibliografia.
Capitolul III
Considerente privind epurarea apelor municipale
3. Considerente privind epurarea apelor municipale
Trebuie chiar de la inceput precizat, ca prin ape uzate se intelege amestecul de ape uzate menajere, industrial, meteorice de deranj, si impuritatile caracteristice apelor uzate industriale, provenite din gospodarii sunt asemanatoare celor orasenesti. De aceea in unele cazuri este destul de dificil de a spune despre o apa uzata ca, din punct de vedere calitativ face parte din categoria apelor uzate menajere sau orasenesti; proiectantul este acela care decide in final categoria din care apa uzata face parte. [M. Negulescu,1987].
Procesul de epurare consta in indepartarea din apele uzate a substantelor toxice, a microorganismeior, etc., in scopul protectiei mediului inconjurator (emisar im primul rand, aer, sol, etc); o epurare corespunzatoare trebuie sa asigure conditii favorabile dezvoltarii in continuare a tuturor folosintelor (alimentari cu apa, piscicultura, agricultura, etc.).
Evacuarea apelor uzate neepurate in mod corespunzator poate prejudicia, printre altele, in primul rand sanatatea publica ca o prima masura, in aceasta ordin de idei, STAS 1481-76 prevede ca apele uzate sa fie evacuate intotdeauna in aval de punctele de folosinta. De asemenea STAS 4706-74 stabileste o serie de conditii tehnice de calitate care trebuie sa le indeplineasca amestecul dintre apa uzata si a emisarului in aval de punctul de evacuare a apelor uzate , astfel incat folosintele in aval sa nu fie afectate.
Epurarea apelor uzate se realizeaza in statii de epurare; acestea fac parte integranta din canalizarea orasului sau industriei, marimea lor fiind determinate de gradul de epurare necesar, de debitele si caracteristicile apelor uzate si ale emisarului, de folosintele prezente si viitoare ale apei.
Apele uzate evacuate in retelele de canalizare urbane sau direct in statii de
epurare au caracteristici distincte, functie de natura, vechime, fenomenele de dilutie si
autoepurare aparute, natura procesului tehnologic generator de ape uzate si chiar de
conditiile operationale si climatice existente (in cazul proceselor tehnologice ce se
desfasoara in utilaje/unitati deschise).
3.1. Poluanti caracteristici si impactul acestuia asupra mediului, necesitatea apelor uzate
Printre principalii poluanti care sunt prezenti in apele uzate se numara si :
1.Materii in suspensii a caror cantitate, marime si natura constituie un factor activ de corodare a canalelor sau conductelor retelei de canalizare , provoaca dureri sau impiedica curgerea hidraulica normal cum ar fi :
- suspensii mari si grele sau alte materiale care se pot depune;- corpuri (solide) plutitoare sau antrenate care nu trec prin gratare cu deschideri de 20
mm;- substantele solide care in apa retelelor de canalizare provoaca fenomene de coagulare
care duc la formare de depuneri in colectare;- pacura, uleiuri, grasimi sau alte materiale care genereaza aderenta de natura sa
produca zone de acumulari cu depuneri pe peretii colectoarelor;
2.Reziduri organice provenind din apele uzate menajere,industriale şi complexe
de creştere a animalelor.Cele mai încarcate sunt cele din industria alimentară,cea
organică de sinteză şi de hârtie. Impactul acestor compuşi constă în reducerea
concentraţiei de oxigen dizolvat cu repercursiuni asupra florei, faunei. Prezenţa acestor
compuşi este indicată de CBO5.
3.Substante cu agresivitate chimica asupra materialelor care sunt folosite in mod
obisnuit la constructia retelelor de canalizare si statiilor de epurare a apelor uzate din
centrele populate.
4. Substante de orice natura , solida sau dizolvata, care in aceasta stare sau prin
evaporare impiedica exploatarea normala a canalelor si statiilor de epurare sau
provoaca impreuna cu aerul amestecuri detonante cum ar fi : benzine, benzen, eter,
cloroform, acetilena, dicloretilena, alte hidrocarburi clorurate, sulfura de carbon si alti
solventi, namol de la generatoarele de acetilena, etc.
5. Substante prioritare si prioritar periculoase care pun in pericol personalul de
exploatare al canalizarii (de exemplu : alaclor, antracen, atrazin, difenileteri, cadmiu si
compusii sai, 1,2-dicloretan, diclormetan, plumb si derivatii sai, mercur si derivatii sai,
naftalina, nichel si derivatii sai, compusi tributilstanici, triclormetan,DDT).
6. Substante inhibitoare ale procesului de epurare in cantitati care, in conditiile
diluarii realizate in reteaua de canalizare, ar putea prejudicia functionarea statiilor de
epurare sau a celor de tratare namol (de exemplu: materii solide in suspensie si
coloidale, cantitati mari de ioni de metale grele de tip mercur, plumb, acizi sau baze
puternice, clor rezidual, etc.).
7.Nutrienţi include: azotul, fosforul, compuşii cu azot şi fosfor, siliciul şi sulfaţii.
Principalele surse de generare le constituie apele uzate menajere şi efluenţii din industria îngrăşămintelor chimice. Azotul şi fosforul stimulează creşterea algelor provocând fenomenul de eutrofizare.
8. Suspensii inerte ,materii coloidale sau materiale fin divizate rezultate ca urmare
a proceselor de spălare din diverse industrii. Prin depunerea solidelor în suspensie se
perturbă viaţa acvatică normală (înfundarea branhiilor peştilor) în emisarul în care a fost
deversată apa uzată.
9.Alţi compuşi cum ar fi: sărurile sau agenţii reducători (sulfiţi sau săruri feroae)
acizi, baze, uleiuri, care apar în efluenţii rezultaţi din diverse industrii.
În cantităţi mici, sărurile nu au efecte negative asupra mediului înconjurător, dar
compuşii reducători, prin consumarea oxigenului dizolvat micşorează capacitatea de
autoepurare a emisarului.
10 . Apa caldă produsă de mai multe industrii care utilizează apa ca agent de
răcire. Deversarea ca atare a apei calde în emisar perturbă desfăşurarea proceselor
biologice de autoepurare (temperature maximă admisă 30°C).
Necesitatea epurării apelor uzate
In Romania, calitatea apelor este urmarita conform structurii si principiilor
metodologice ale Sistemului National de Supraveghere a Calitatii Apelor care cuprinde
cele cinci subsisteme de apa si sursele de poluare vizate in cazul apelor si apelor uzate.
Luand in considerare si ultimul subsistem de apa, apa uzata, au fost investigate
urmatoarele tipuri de substante poluante/impurificatoare si “poluari” la nivelul fiecarui
bazin hidrografic (poluarea apei fiind datorata fie deversarilor de ape uzate neepurate
corespunzator, fie diferitelor activitati economice care induc poluarea in mediul acvatic) :
- poluarea cu produse rezultate din procesele industriale, in care sunt cuprinse o gama
variata de poluanti, in zonele din jurul marilor platforme industriale.
- poluarea cu produse menajere si produse rezultate din activitatea zootehnica –
substante organice, azotati, bacterii - a apelor din zona unor mari orase.
- poluarea cu produse petroliere si compusi fenolici a apelor de suprafata si acviferului
freatic ;
- poluarea cu produse utilizate pentru fertilizarea si combaterea daunatorilor in
agricultura(compusi cu azot, cu fosfor, pesticide, etc.)
Aceste poluari sunt datorate printre altele si deversarilor de ape uzate continand
compusi toxici prioritari/prioritari toxici care nu se incadreaza in limitele impuse de
legislatia in vigoare sau de Inspectoratele de Protectia Mediului.
Aderarea Romaniei in UE conditioneaza aplicarea prevederilor legislative in
recomandarile de raportare cantitativa si calitativa pentru apele uzate generate in
fiecare
agent economic sau institutie publica .
In aceste conditii se recomanda un regim de urgenta urmatoarele actiuni la nivelul
fiecarei zone administrative din tara:
a) Deversarile de ape uzate sa fie monitorizate in conformitate cu autorizatiile emise de
autoritatile de mediu pentru verificarea implementarii cerintelor incluzand valorile limita
pentru anumiti parametri ai apei uzate evacuate. in caz de neconformare, trebuiesc
identificate motivele, trebuiesc luate in consecinta masuri legale si de monitorizare de
catre autoritati spre a se ameliora neajunsurile. Modul si locul de prelevare a probelor
trebuie sa fie reprezentative pentru evacuare.
b) Monitorizarea de catre autoritati: sa se efectueze cel putin de 1 – 12 ori pe an
favorizandu-se intervale de timp neregulat. Monitorizarea de catre autoritati poate fi
inlocuita prin monbitorizare de catre laboratoare comerciale sau de consultanti care
trebuie sa fie autorizate de catre autoritati.
c) Auto – monitorizarea : sa se execute de catre personalul folosintei, de apa care,
evacueaza sau care gestioneaza resursa de apa sau, de catre un laborator sau de un
consultant care este contractat de beneficiarul folosintei si este autorizat de autoritati.
Frecventa auto – monitorizarii pentru analiza parametrilor trebuie sa fie de la zilnic la
saptamanal pentru folosinte de apa mari, si de la saptamanal la lunar pentru folosinte
de ape mici si mijlocii. Beneficiarul folosintei va raporta autoritatii rezultatele
automatizarii cel putin odata pe an dar imediat in caz de neconformare.
d) Ori de cate ori sunt disponibile sa se foloseasca metode standardizate pentru
Hotărâre nr. 188/2002 din 28/02/2002-pentru aprobarea unor norme privind
condiţiile de descărcare în mediul acvatic a apelor uzate. Actualizat în 2005.
Normativ din 28/02/2002- privind stabilirea limitelor de încărcare cu poluanţi a
apelor uzate industriale şi orăşeneşti la evacuarea în receptorii naturali, NTPA-
001/2005.
Tabelul 3.2 Valori limită de încărcare cu poluanţi a apelor uzate industriale şi urbane
evacuate în receptori naturali [http://www.anpcnet.ro/ro/wpcontent/uploads/manual/Le-
gislatie/HG-188-2002.pdf].
NTPA
001/2002
NTPA
002/2002
Nr.
Ctr.
Indicatorul de calitate U.M Valorile limite admisibile
A Indicatori fizici
1 Temperatura °C 35 40
B Indicatori chimici
2 pH Umiditati pH 6.5 – 8.5 6.5 – 8.5
Pentru fluviul Dunarea 6.5 – 9.0
3 Materii in suspensie mg/dmc 35.0 (60.0) 350
4 Consum biochimic de oxigen la cinci
zile
mg0(2)/dmc 25.0 300
5 Consum chimic de oxigen - metoda cu
dicromat de potasiu
mg0(2)/dmc 125.0 500
6 Azot amoniacal mg/dmc 2.0(3.0) 30
7 Azot total mg/dmc 10.0(15.0)
8 Azotati[NO(3)] mg/dmc 25.0(37.0)
9 Azotati[NO(2)] mg/dmc 1(2.0)
10 Sulfuri si hidrogen sulfurat mg/dmc 0.5 1.0
11 Sulfiti[SO(3)] mg/dmc 1.0 2
12 Sulfati [SO(4)] mg/dmc 600.0 600
13 Fenoli antrenabili cu vapori de apa mg/dmc 0.3 30
14 Substante extractibile cu solventi mg/dmc 20.0 30
organici
15 Produse petroliere mg/dmc 5.0
16 Fosfor total mg/dmc 1.0(2.0)
17 Detergenti sintetici mg/dmc 0.5 25
18 Cianuri totale mg/dmc 0.1 1.0
19 Clor rezidual liber mg/dmc 0.2 0.5
20 Cloruri mg/dmc 500.0
21 Floruri mg/dmc 5.0
22 Reziduu filtrat la 105°C mg/dmc 2000.0
23 Arsen mg/dmc 0.1
24 Aluminiu mg/dmc 5.0
25 Calciu mg/dmc 300.0
26 Plumb mg/dmc 0.2 0.5
27 Cadmiu mg/dmc 0.2 0.3
28 Crom total mg/dmc 1.0 1.5
29 Crom hexavalent mg/dmc 0.1 0.2
30 Fier total ionic mg/dmc 5.0
31 Cupru mg/dmc 0.1 0.2
32 Nichel mg/dmc 0.5 1.0
33 Zinc mg/dmc 0.5 1.0
34 Mercur mg/dmc 0.05
35 Argint mg/dmc 0.1
36 Molibden mg/dmc 0.1
37 Seleniu mg/dmc 0.1
38 Mangan total mg/dmc 1.0 2.0
39 Magneziu mg/dmc 100.0
40 Cobalt mg/dmc 1.0
3.3. Caracteristicile apelor uzate municipale
Cunoaşterea naturii apelor uzate este absolute necesară pentru proiectarea şi
operarea sistemelor de colectare. Compoziţia apelor de suprafaţă şi a apelor uzate se
determină prin analize de laborator: gravimetrice, volumetrice sau fizico-chimice,
conform standardelor în vigoare pentru fiecare ţară.
Caracteristicile fizice, chimice, biologice şi bacteriologice reflectă compoziţia şi
respective, gradul de poluare al apei uzate.
Caracteristici fizice
1.Temperatura apelor uzate influenţează majoritatea reacţiilor fizice şi biochimice,
care au loc în procesul de epurare. Apele uzate menajere au o temperatură cu 2-3°C
mai ridicată decât temperatura apelor de alimentare cu excepţia cazului de deversări de
ape calde tehnologice sau când în reţea se infiltrează ape subterane.
Determinarea temperaturii se efectuează numai la locul de recoltare prin
introducerea termometrului în apa de cercetat, iar citirea temperaturii se face după 10
minute de la introducerea termometrului fără a-l scoate din apă.
2.Turbiditatea apelor uzate este dată de particulele foarte fine aflate în suspensie,
care nu sedimentează în timp. Turbiditatea nu constituie determinare curentă a apelor
uzate, deoarece nu există o proporţionalitate directă între turbiditate şi conţinutul lor în
suspenii. Analizele de laborator se exprimă în grade de turbiditate, 1 grad de turbiditate
corespund la 1 mg SiO2/dm3. Orientativ, apele uzate menajere prezintă valori ale
gradului de turbiditate în limitele de 400-500° în scara silicei.
3.Culoarea apelor uzate menajere proaspete este gri deschis, iar culoarea gri-închis
indică începutul procesului de fermentare a materiilor organice existente în aceste ape.
Pentru apele uzate care reprezintă alte culori, rezultă că amestecul acestora cu apele
uzate industriale care pătrund în reţeaua de canalizare este dominat de acestea din
urmă (apele verzi de la industriile de legume, ape galbene de la industriile prelucrătoare
de clor, ape roşii de la uzinele de metalurgie, etc).
4.Mirosul apelor uzate menajere proaspete este aproape imperceptibil. Intrarea în
fermentaţie a materiilor organice este indicată de mirosuri de hidrogen sulfurat, de
putregai, sau alte mirosuri de produse de descompunere. Apele uzate orăşeneşti pot
avea mirosuri diferite imprimate de natura şi de provenienţa apelor uzate industriale.
5.Materiile solide totale (MST) care se găsesc în apa uzată pot fi în stare de
suspensie (organice şi minerale) şi materii solide dizolvate. Materiile solide în
suspensie, la rândul lor,pot fi separabile prin decantare şi materii coloidale. În funcţie de
dimensiunile diferitelor particule (gradul de dispersie) şi de greutatea specifică a acestor
particule, materiile solide în suspensie se pot depune sub formă de sediment, pot pluti
la suprafaţa apei sau pot pluti în masa apei (materii coloidale).
Prin termenul general de solide se definesc materiile care rămân ca reziduu după
evaporarea apei la 103-105°C şi au în componenţa atât materii solide nefiltrabile prin
filter de 1,2µm (solide în suspensie) cât şi materii solide filtrabile (coloizi şi compuşi
dizolvaţi)
6.Conductivitatea adduce informaţii asupra cantităţii de săruri dizolvate.
Caracteristici chimice
Se pot grupa în trei categorii principale:
I.Organice:carbohidraţii,grăsimi şi uleiuri, proteine, fenoli, pesticide, poluanţi
prioritari, agenţi de suprafaţă, compuşi organici volatili.
Substanţele organice din apele uzate menajere provin din dejecţiile umane şi
animale, din resturile de alimente,legume şi fructe, precum şi din alte materii organice
evacuate în reţeaua de canalizare. Prezenţa substanţelor organice in apă poate reduce
oxigenul din apă poate reduce oxigenul din apă până la zero, iar în lipsă de oxigen,
substanţele organice se descompun prin procese anaerobe care au loc concomitent cu
producerea H2S şi a altor gaze rău mirositoare şi toxice.
1. Oxigenul dizolvat este un indicator care arată în mod global gradul de poluare al
apelor cu substanţe organice.
Cantitatea de oxigen care se poate dizolva în apa curată –aşa numita limit
satutaţie –depinde de temperatură şi variază de la 7,63 mg/dm3 la 30°C la 9,17 mg/dm3
la 20°C şi la 14,23 mg/dm3la 0°C. Solubilitatea oxigenului în apă mai depinde şi de
turbulenţa la suprafaţa apei de presiunea atmosferică , mărimea suprafeţei de contact,
cantitatea de oxigen din apă sau din atmosferă etc.
Oxigenarea apei poate poate avea loc prin dizolvarea oxigenului din aer sau în
anumite condiţii speciale,prin degajarea oxigenului în procesul de fotosinteză al
vegetaţiei acatice.
Cantitatea de oxigen care lipseşte unei ape pentru a atinge limita de saturaţie se
numeşte deficit de oxigen şi indică o impurificare anterioară cu substanţe organice, care
a condus la consumarea totală sau parţială a oxigenului dizolvat.
Conţinutul de oxigen din apa uzată indică gradul de prospeţime al apei brute,
precum şi stadiul decsompunerii substanţelor organice în instalaţii biologice şi în apele
naturale.
Fiind un factor global care pune în evidenţă starea de impurificare organică a
apelor uzate, se recomandă ca acest indicator privind oxigenul dizolvat să fie analizat în
asociaţie cu consumul biochimic de oxigen, consumul chimic de oxigen şi stabilitatea
relativă a apelor uzate.
2. Consumul biochimic de oxigen(CBO ) exprimat in mg/dm3 reprezintă cantitatea
de oxigen consumat de către bacterii şi alte microorganisme pentru descompunerea
biochimică,în condiţii aerobe,a substanţelor organice biodegradabile la temperatura şi în
timpul standard, de obicei la 20°C şi 5 zile.
Detreminarea mărimii CBO5 se face în funcţie de destinaţia analizei probei atât
pentru apele uzate căt şi pentru apele epurate mecanic. Rezultă că CBO5 va indica
cantitatea de oxigen necesară pentru oxidarea materiilor oraganice coloidale şi
dizolvate, precum şi a celei părţi de materiale organice nedizolvată, care a fost reţinută
în decantoare.
În apele uzate menajere,precum şi în apele uzate industriale care au o compoziţie
apropiată cu cea a apelor uzate menajere, mărimea CBO5 variază în limitele foarte largi
în funcţie de provenienţa lor.
Tabelul 3.4 Compoziţia medie a apelor uzate menajere în g/loc·zi
Materii solide Totale Minerale Organice CBO5
Totale 250 105 145 54
Dizolvate 160 80 80 12
În suspensie
din care
90 25 65 42
Sedimentabile 54 15 69 19
Nesedimentabile 36 10 26 23
Mineralizarea biochimică a substanţelor organice,respective consumul biochimic
de oxigen, este un process complex,care în apele bogate în oxigen se produce în doua
faze:
a)faza primară (a carbonului), în care oxigenul se consumă pentru oxidarea
substanţelor oranice care conţin carbon şi producerea de bioxid de carbon care rămâne
în soluţie sau se degajă. Această fază are o durată la apele uzate menajere de
aproximativ 20 zile la temperature de 20°C.
b)faza secundară (a azotului) în care oxigenul se consumă pentru oxidarea
substanţelor organice, care conţin azot, producându-se oxidarea până la stratul de nitriţi
şi apoi până la stadiul de nitraţi. Această fază începe după aproximativ 10 zile, la
temperature de 20°C şi se desfăşoară pe o perioadă mai îndelungată,de circa 100 de
zile. Această fază poartă denumirea de nitrificarea substanţelor organice.
3. Consumul chimic de oxigen(CCO) sau oxidabilitatea apei, care reprezintă
cantitatea de oxigen în mg/dm3, necesară pentru oxidarea tuturor substanţelor organice
sau minerale oxidabile, fără ajutorul bacteriilor. Oxidabilitatea reprezintă cantitatea de
oxigen echivalentă cu consumul de oxidat.
Pentru apele uzate industriale, care conţin substanţe toxice se distrug
microorganismele din apă şi deci nu se poate determina CBO, în schimb nu oferă
posibilitatea de a diferenţia materia organică stabilă şi instabilă din apa uzată.
Determinarea consumului chimic de oxigen după metoda standard se efectuează
prin metoda cu KMnO4, iar pentru cele intens poluate, prim metoda cu bicromat de
potasiu. Prima metodă evidenţiază cantitatea de substanţe organice şi anorganice
oxidabile prin oxidarea acestora cu KMnO4 în mediu acid şi la cald, iar KMnO4 rămas în
exces se determină cu acid oxalic. La a-II-a metodă, substanţele organice din apa uzată
sunt oxidate cu bicromat de potasiu în mediu de acid sulfuric, la cald în prezenţa
sulfatului de argint.
4. Carbon organic total(COT) constituie o metodă de determinare a nivelului de
poluare organică a apelor uzate, care spre deosebire de determinările prin CBO şi
CCO rezultatele sunt mai exacte datorită eliminării variabilelor care intervin în analizele
CBO şi CCO.
În esenţă, metoda constă în oxidarea materiilor organice cu carbon şi conversia
lor în CO2 şi apă. Gazul generat se captează printr-o soluţie caustică de concentraţie
standard şi cu ajutorul unui analizor de carbon se determină concentraţia materiilor
organice din apă.
Principiul metodei constă în oxidarea completă a unei probe de apă uzată, iar CO 2
rezultat este injectat într-o coloană cu un suport ce formează faza staţionară şi care se
încălzeşte la o anumită temperatură.
5. Consumul total de oxygen(CTO) este aplicat în general pentru concentraţii mici
de compuşi organici. Testul este realizat prin introducerea unei cantităţi cunoscute de
probă într-un dispozitiv de oxidare chimică sau un cuptor cu temperatură înaltă. Înaintea
analizei se realizează acidifierea şi aerarea probei pentru a elimina erorile datorate
carbonului organic.
6. Tratabilitatea unei ape uzate reprezintă capacitatea acesteia de a-si micşora
complexitatea şi numărul compuşilor organici, datorită acţiunii microorganismelor în
procesul de epurare biologică. Pot fi considerate tratabile biologic apele uzate care la
trecerea prin instalaţiile de epurare biologică permit îndepărtarea compuşilor
biodegradabili în proporţie de 80-98% şi a compuşilor organici totali în proporţie de 60-
90%.
7. Azotul sub formă de ammoniac liber, azotul organic, nitriţii şi nitraţii constituie
azotul total din apa uzată brută. Amoniacul liber constituie rezultatul descompunerii
bacteriene a materiilor organice. În apele uzate menajere amoniacul poate varia în
limitele 15-50 mg/dm3. Azotul organic şi amoniacul liber reprezintă indicatori de baze
pun în evidenţă gradul de poluare organică azotoasă ale apelor uzate. În general apele
uzate menajere au un conţinut ridicat de azot organic şi scăzut de amoniac liber.
II. Anorganice
1 . Aciditatea apelor uzate este determinată de prezenţa CO2 liber, a acizilor
minerali şi a sărurilor acizilor tari cu bazele slabe. Se exprimă în ml substanţă alcalină
normală pentru neutralizarea unui dm3 de apă.
2.Alcalinitatea apelor uzate este dată de prezenţa bicarbonaţilor şi carbonaţilor
alcalini şi a hidroxizilor. Apele uzate menajere sunt uşor alkaline cu ph 7,2-7,6. Se
determină prin neutralizarea unui dm3 de apă de analizat cu o soluţie de NCl 0,1 N
exprimată în ml.
3.Ph-ul apelor uzate poate fi acid sau alcalină şi constituie o cauză importantă
perturbatoare a proceselor biologice din cadrul unei staţii de epurare.
4.Potenţialul de oxidoreducere(redox)exprimă logaritmul cu semn schimbat al
presiunii hidrogenului gazos în echilibru cu oxigenul molecular din soluţie (scara redox
are valori de la 0 la 42). Rh-ul dar în informaţii asupra capacităţii de oxidare sau
reducere a pei uzate. Astfel pentru rh<15 proba analizată se află în stare de reducere
corespunzătoare fermentării anaerobe,iar ph>25, caracerizează o probă în faza de
oxidare aerobă.
5.Conţinutul de săruri: cloruri, sulfuri, sulfaţi este important pentru desfăşurarea
proceselor de epurare biologică.
6.Materiale grele existente în apele uzate industriale sunt toxice pentru
microorganismele care participă la epurarea biologică a apelor şi la fermentarea
anaerobă a nămolurilor.
7.Substanţe radioactive folosite din ce în ce mai mult în medicină precum şi în
centralele atomice creează probleme celor care se ocupă cu protecţia calităţii apelor.
Aceste substanţe influenţează procesele de epurare.
8.Detergenţii din apele uzate sunt substanţe tensioactive a căror structură
moleculară este formată din două grupări. Detergenţii sintetici pot favoriza acţiunea
nocivă a unor toxine uşurând absorbţia acestora.
9.Nitriţi şi nitraţi sunt prezenţi în apa uzată în cantităţi mai reduse. Nitriţii din apa
uzată provin din oxidarea incomplete a amoniacului, în prezenţa bacteriilor nitrificatoare.
Cantităţile maxime de nitriţi din apele uzate menajere nu depăşesc 0,1mg/dm3.
Nitraţii provin din mineralizarea substanţelor organice poluante de natură proteică
ce conţin azot. Cantităţile de nitraţi în apa uzată menajeră variază între 0,1-0,4 mg/dm3.
10.Produsele petroliere,grăsimi,uleiuri formează o peliculă plutitoare,care
împiedică oxigenarea apei. În apele uzate menajere prezenţa acestor substanţe este
nesemnificativă,însă prezenţa acestor substanţe în staţia de epurare este dăunătoare,
deoarece pot colmata filtrele biologice şi în procesele de fermentare a nămolurilor.
III. Gazele dizolvate (oxigen,H2S,CH4)
Caracteristici bacterilogice
Au drept scop determinarea numărului,genului şi condiţiile de dezvoltare ale
bacteriilor în emisar sau în efluenţii staţiilor de epurare.
Apele uzate conţin foarte multe specii bacteriene, care s-au adaptat unor condiţii
specifice de poluare. Pentru determinarea gradului de impurificare a apei cu bacterii, se
utilizează titrul coli, care pune în evidenţă existenţa bacteriilor din grupa coli-bacterii.
Caracteristici biologice
Se referă la determinarea speciilor de organisme şi a densităţilor, oferind
informaţii asupra gradului de poluare sau a capacităţii de autoepurare a apelor. Astfel
prezenţa sau absenţa unot tipuri de organisme poate oferi indicaţii asupra desfăşurării
procesului de epurare biologică sau de fermentare a nămolurilor [Dima M.-1998].
CAPITOLUL IV
Tehnologia adoptată în epurarea apelor uzate municipale
Analiza posibilitatilor de recirculare a efluentilor industriali trebuie sa ia in considerare mai multi factori specifici(C.Teodosiu, 2002):
-Tipul efluentului industrial ( caracteristicile de calitate , debite specifice);
-Caracteristicile tinta pentru apele de recirculare (in functie de tipul de utilizare a apei recirculte);
-Evaluarea diferitelor alternative de epurare combinata (procese de epurare conventionale existente corelate/completate cu procesele de epurare avansate propuse);
-Analiza costurilor pentru fiecare dintre alternativele de procese de epurare combinate propuse;
-Aspecte de monitorizare a apelor uzate si a consumurilor de apa;
-Corelarea cu alte masuri de prevenire a poluarii cum sunt separarea fluxurilor de apa uzata in functie de incarcarile in poluanti , reducerea debitelor de ape uzate si utilizarea proceselor corecte de preepurare pentru a reduce volumul si /sau toxicitatea.
In afara de acesti factori prezentati , intervin o serie de factori generali care caracterizeaza selectia operatiilor si proceselor unitare pentru alcatuirea schemei tehnologice de epurare.
Schema tehnologica de epurare combinata –este reprezentarea combinatiilor de operatii si procese unitare folosite pentru a se realiza scopul dorit si anume: epurarea apelor uzate cu un anumit nivel de poluare si respectiv asigurarea conditiilor pentru recircularea acestora (prin utilizarea combinata a proceselor de epurare conventionala si avansata).
Stabilirea procesului tehnologic de epurare a apelor uzate respectiv , a schemei tehnologice se face ca urmare a analizei procesului de epurare in ansamblul sau tinand cont de urmatoarele aspecte asupra performantelor controlului , fiabilitatii , adaptabilitatii la conditii variabile , se pot obtine in sistemele de epurare ce functioneaza deja , in cadrul sistemelor si proceselor noi fiind necesara examinarea performantelor printr-o serie de evaluari progresive (Macoveanu si colab. , 1997):
a.Cerintele consumatorului / unitatii care recircula apa uzata se pot exprima sub forma unei limitari legale de : costul instalatiilor de epurare , posibilitatile de exploatare a instalatiilor si folosire a personalului existent , impactul asupra mediului inconjurator , realizarea unor anumite caracteristici calitative pentru apele recirculate , realizarea unui anumit grad de recirculare.
b.Experienta existenta este importanta in proiectarea si exploatarea statiilor de epurare.Informatiilor asupra performantelor , controlului si fiabilitatii , adaptabilitatii la conditii variabile , se pot obtine in sisteme de epurare ce functioneaza deja , in cazul sistemelor si proceselor noi fiind necesara examinarea performantelor printr-o serie de evaluari progresive , care include atat documentari teoretice cat si studii la scara de laborator sau pilot.
c.Standardele sau normativele care reglementeaza valorile principalilor indicatori de calitate pentru emisari sau pentru recirculare.
d.Selectia proceselor este un aspect esential in proiectarea instalatiilor de proiectare , evaluarea tehnica si economica a principalelor alternative a proceselor combinate presupunand experienta atat teoretica cat si practica.
e.Compatibilitatea cu instalatiile existente este importanta , deoarece introducerea unor operatii sau procese de epurare avansate (noi) implica schimbarea conditiilor de operare si o pregatire corespunzatoare a personalului.
f.Consideratiile economice sunt de foarte mare importanta in alcatuirea procesului tehnologic de epurare si in final , in proiectarea statiei de epurare.
g.Alte consideratii importante:
-posibilitatea procurarii utilajelor si aparaturii necesare;
-folosirea personalului specializat;
-sursele si consumurile de energie;
-impactul asupra mediului a proceselor propuse;
-cantitati de deseuri;
Selectia proceselor si operatiilor unitare in vederea alcatuirii procesului tehnologic de epurare combinata pentru recircularea apelor uzate este cea mai importanta etapa in proiectarea unei statii de epurare a apelor uzate.
In procesul de selectie , aspectul cel mai important este evaluarea diverselor combinatii de operatii si procese unitare , atat din punct de vedere tehnologic cat si din punct de vedere economic, cu referiri atat la treptele de epurare conventionala si avansate.
Cei mai importanti factori care intervin in evaluarea si selectia operatiilor si proceselor unitare sunt prezentati in tabelul urmator (Metkalf si Eddy , 1991; Quasim.1999):
Alegerea variatei optime din punct de vedere tehnologic se poate realiza prin doua modalitati:
-pe baza experientei anterioare existente pentru statii de epurare cu aceiasi capacitate care utilizeaza procese combinate;
-pe baza evaluarii tuturor factorilor ce contribuie la selectia operatiilor si proceselor unitare ce alcatuiesc schema tehnologica de epurare combinata.Aceasta evaluare se poate face atat din vedere tehnic cat si economic , dar necesita studii suplimentare de laborator si la scara pilot privind regimurile tehnologice , optime pentru diferite propuneri de scheme tehnologice
Nr. Crt.
Factori Observatii
1 Posibilitatile de aplicare a procesului de epurare combinata
Sunt evaluate pe baza experientii anterioare , a datelor din literatura , din instalatii pilot in functiune.
2 Debitul de ape uzate Procesele alese trebuie sa corespunda debitului de ape uzate estimat.
3 Variatiile de debit si compozitie ale apei uzate
Cele mai multe procese de epurare au rezultate mai bune in conditii relativ constante de debit si compozitie ale apei uzate.
4 Caracteristicile apei uzate(compozitia)
Influenteaza in mod direct tipul proceselor folosite:fizice , chimice , biologice si epurarea avansata.
5 Poluanti care inhiba sau se mentin neschimbati in cursul epurarii apelor uzate
Este necesar sa se identifice acesti poluanti in apele uzate , pentru a alege in mod corespunzator schema de epurare.
6 Conditii climaterice Temperatura influenteaza viteza de reactie a multor procese chimice si biologice .
7 Conditii de reactie si alegerea reactorului
Alegerea si proiectarea reactorului se bazeaza pe consideratii cinetice si termodinamice , fiind importante de asemenea , tipul de reactie prin care se realizeaza eliminarea poluantilor , folosirea eventuala a catalizatorilor , posibilitatile de intensificare a transerului de masa sau caldura.
8 Performantele realizate Sunt, de obicei exprimate prin prisma calitatii efluentului , valorile concentratiilor poluantilor in efluentul pentru recirculare trebuind sa fie conform cu valorile admisibile.
9 Emisii /deseuri rezultate Tipurile si cantitatile de emisii lichide ,gazoase sau deseuri solide obtinute din procesul de epurare combinata trebuie sa fie cunoscute sau estimate din studii de laborator sau la scara de pilot.
10 Prelucrarea namolurilor rezultate din procese de epurare
Selectia sistemului de prelucrare a namolurilor trebuie sa corespunda cu sistemul de epurare ales, tinand cont si de modul in care ar putea afecta prelucrarea namolurilor
procesele de epurare ale apelor uzate.11 Factorii de mediu Directia vantului, zgomotul , circulatia , distanta fata de
zona rezidentiala , caracteristicile emisarului , influenteaza sau conditioneaza restrictiv unele procese sau amplasarea statiei de epurare.
12 Necesarul de agenti chimici
Trebuie cunoscute cantitatile , efectul chimicalelor si modul in care acestea afecteaza costul procesului de epurare pe ansablul sau si de tratare a deseurilor rezultate.
13 Necesarul de energie si alte resurse
Trebuie cunoscut necesarul energetic suplimentar al procesului de epurare in conditiile introducerii unei trepte de epurare avansate.
14 Necesarul de personal Este important sa se cunoasca numarul de oameni si nivelul lor de calificare, precum si timpul in care se poate realiza calificarea lor.
15 Conditii de Conditii exploatare si fiabilitate
Este necesar sa se cunoasca conditiile deosebite de exploatare-lucrul la temperaturi si presiuni mari cu substante toxice-necesarul si costul aparaturii suplimentare.
16 Procese auxiliare Utilaje auxiliare:depozitare, pompare, transfer termic , trebuie sa fie cunoscute la fel si efectele nefunctionarii acestora asupra calitatii efectului.
17 Performantele procesului de epurare
Sunt importante performantele pe termen lung ale operatiilor si proceselor unitare , influenta concentratiilor soc ale poluantilor asupra acestora.
18 Complexitatea procesului Sunt foarte utile informatiile asupra complexitatii exploatarii instalatiilor de epurare in conditii obisnuite sau de urgenta si nivelul necesar de pregatire a operatiilor.
19 Compatibilitatea cu instalatiile deja existente
Operatiile sau procese unitare de epurare avansata pot fi compatibila cu instalatiile existente , expansiunea statiei de epurare facandu-se astfel rapid.
20 Spatiu necesar Se considera atat necesarul pentru instalatiile existente cat si pentru dezvoltarile ulterioare.
4.1. Variante tehnologice de epurare a apelor uzate principale
Clasificarea metodelor de epurare:
1.Dupa tipul procesului:
-Epurare mecanica
-Epurare chimica
-Epurare biologica
-Epurare avansata
2.Dupa tipul operatiei si proceselor unitare avem:
-Epurare primara
-Epurare secundara
-Epurare tertiala
Exista mai multe tipuri de variante tehnologice:
-Epurare mecanica
-Epurare mecano-chimica
-Epurare mecano-biologica
-Epurare mecano-chimico biologica
-Epurare avansata
In cadrul epurarii mecanice sunt folosite operatii fizice pentru eliminarea poluantilor:
-retinerea corpurilor si suspensiilor mari pe gratare , site , comutatoare
-separarea uleiurilor in separatoare de grasimi
-sedimentarea materiilor in suspensie in deznisipator si decantoare primare
Efluentul rezultat in urma epurarii mecanice contine suspensii fine si coloizi si materii organice in cantitati mari.
Procedee de epurare mecano-chimice:
Se aplica la apele uzate in compozitia carora predomina materiile in suspensie si coloizii care nu pot fi retinute decat prin tratarea acestor ape uzate cu reactivi chimici de coagulare.
Pentru a creste eficienta procesului chimic apele uzate vor fi supuse unei epurari mecanice in prealabil de aceea procedeul se numeste epurare mecano-chimica.
Acest procedeu este aplicat frecvent in cazul apelor uzate industriale.
3.Procedeele de epurare mecano-chimico biologica se bazeaza pe actiunea comuna a proceselor fizice , chimice si biologice si pot avea loc in conditii naturale (campuri de irigare si de infiltrare , iazuri biologice) sau in conditii artificiale prin filtrare biologica (filtre biologice de mare sau mica incarcare, filtre biologice scufundate si filtre turn) sau in bazine de aerare cu namol activ de mica sau mare incarcare cu aerare normala sau prelungita .
In cadrul acestor procedee sunt indepartate solidele in suspensie si compusii organici biodegradabili.
Epurarea mecanica , chimica si biologica nu realizeaza eliminarea unei anumite categorii de poluanti numiti refractat care si in cazul concentratiilor mici au efecte negative asupra organismelor vii si asupra echilibrului ecologic in natura.
4.2. Factorii care influenteaza selectia operatiilor si proceselor unitare din schema tehnologica de epurare
Selectia dintr-o statie de epurare a apelor uzate are urmatoarele elemente:
1.Posibilitatile de aplicare a procesului de epurare propus –aceste posibilitati sunt evaluate pe baza experientei anterioare si a datelor din literatura pentru statii pilot sau statii de epurare in functiune .
2.Debitul de ape uzate .
Procesul tehnologic propus trebuie sa corespunda debitului estimat de ape uzate.
3.Variatii de debit si compozitie a apelor uzate.
Sunt analizate in ideea uniformizarii acestora printr-o treapta in procesul tehnologic propus.
4.Caracteristicile si compozitia apei uzate(caracteristici fizice,chimice,biologice si bacteriologice).
5.Identificarea poluantilor prioritari -este foarte important sa cunoastem epurarea avansata.
6.Conditiile climatice.
Temperatura si umiditatea sunt factori care influenteaza in mod deosebit alegerea proceselor biologice in special dar si desfasurarea altor procese chimice .
7.Conditii de reactie si alegerea reactoarelor
Procesele chimice si biologice sunt stabilite in functie de conditiile cinetice si termodinamice ale procesului.
8.Eficienta procesului tehnologic.
Se propun procese care au eficienta mare in ceea ce priveste gradul de epurare pentru principalii poluanti vizati.
9.Deseurile rezultate din procesul tehnologic.
Principalul deseu la statia de epurare este namolul.
10.Factorii de mediu in general:directia vantului, distanta fata de zonele rezidentiale, caracteristicile emisarului in zona de deversare.
11.Necesarul de reactivi chimici.
Trebuie evaluat pe baza procesului de epurare chimica.
12.Necesarul de utilitati cum ar fi energia, aerul pt fiecare proces tehnologic adoptat se analizeaza consumul de aer, energie.
13.Necesarul de personal se evalueaza in functie de performantele statiei de epurare , de nr de analize zilnici, conditii de functionare.
14.Problemele de exploatarea si fiabilitate a instalatiei –se analizeaza toate costurile pentru exploatarea normala a statiei de epurare .
15.Costuri de investitie si amortizare.
Aici avem 2 cazuri:
Primul cazul in care se urmareste imbunatatirea performantelor in statia de epurare trebuiesc avute in vedere procesele fizice, chimice si biologice suplimentare introduse ca variante de modernizare.
In al doilea caz se urmareste proiectarea unei statii de epurare trebuiesc avute in vedere costurile suplimentare de investitie in cazul in care se propun mai mult de trei procese mecano-fizice, chimice si/sau biologice.
16.Evaluarea proceselor auxiliare-este vorba in general de statiile de pompare necesare functionarii statiei de epurare , schimbatoare de caldura necesare incalzirii pe timp de iarna , a bazinelor cu namol activ, etc.
17.Complexitatea proceselor influenteaza costurile de operare precum si costurile referitoare la pregatirea personalului .
18.Compabilitatea cu instalatiile existente –tb sa fim atenti la acest aspect.
19.Spatiul necesar statiei de epurare sau amplasamentului acesteia –se prefera statiile de epurare compacte deoarece terenurile au devenit foarte scumpe .
4.3.Determinarea gradului de epurare necesar
Determinarea capacitatii statiei de epurare precum si eficienta sa sunt calculate functie de valorile gradului de epurare necesare pentru principalii indicatori de calitate ai apelor uzate.Prin grad de epurare se intelege procentul de reducere ca urmare a epurarii a unei parti din compusii poluanti de natura fizica,chimica si biologica din apele uzate astfel incat procentele ramase sa satisfaca cerintele legislative impuse apei uzate epurate avand in vedere dilutia si amestecarea acesteia cu apa emisarului considerat.
GE=(Ci-Cf)/Ci*100 [%]
Relatia de calcul (1) in care:
Ci-reprezinta valoarea concentratiei initiale a indicatorului fizic,chimic din apele uzate pentru care se determina gradul de epurare,(mg/l)
Cf-reprezinta valoarea concentratiei finale a aceluiasi indicator dupa epurarea apei uzate,(mg/l)
Un parametru care intervine in calculele de proiectare a unei statii de epurare ape uzate urbane care deverseaza in emisar apa de suprafata este gradul sau raportul de dilutie notat cu d si care este dat de relatia(2):
d=Qq
= 50 ,335
=14 ,92
In care:
Q-debitul emisarului(m2/s)
q-debitul maxim zilnic ape uzate(m2/s)
Intr-o sectiune intermediara de la gura de varsare pana la sectiunea de amestecare completa raportul de dilutie real va fi exprimat prin relatia (3) si anume:
d =a∗Qq
=0,8∗ 50 ,335
=11 ,9402
In care:
a-coeficientul de amestecare corespunzator sectiunii considerate a carei valori poate varia intre 0,7-0,9.Alegem a=0,8.
In cazul in care amestecarea valoarea lui va fi a=1 si corespunde formulei de calcul (2).
d =a∗Qq
=0 ,997∗ 50 ,335
=14 ,8805
In unele calcule si studii hidraulice valoarea coeficientului de amestecare a este data de relatia lui I.D. Rodziler:
a=1−e−α
3√L
1+Qq∗e−α
3√L=
1−e−0 , 36153√14000
1+14 ,92∗e−0 , 36153√14000
=0 ,997
In care:
a-coeficient de amestec
α -coeficient exprimat prin relatia lui V.A. Frolov
α=ξφ √Dt√q
=1,5∗1,2 √0 ,013 5√0 ,335
=0 ,3615
ξ -coeficient ce tine cont de locul si tipul evacuarii apei uzate in emisar
Se adopta ξ =1,5 corespunzator evacuarii la talveg
θ -coeficient de sinuozitate al receptorului;θ =1,2
Dt= v∗H200
=1,5∗1,8200
=0 ,0135 m2/s
In care:
v-viteza medie a receptorului,m/s (din tema de proiectare)
H-adancimea medie a receptorului,H=1,8 m(se adopta)
q-debitul maxim zilnic al apei uzate,m3/s
L-distanta reala dupa talveg de la punctul de varsare al apei uzate pana la sectiunea examinata privind calitatea emisarului,m(in calcule sectiunea examinata se considera situate la 1 km amonte de sectiunea de folosinta)
L=Ltema−1km=15−1=14km=14000m
Se adopta Ltema=15 km
Se calculeaza lungimea de amestecare indicate cu ajutorul relatiei(se calculeaza utilizand ambele valori ale lui a):
Lam=[ 2,3a
lga∗Q+q(1−a )q ]≤L⇔[ 2,3
0 ,997lg
0 ,997∗5+0 ,335(1−0 ,997 )∗0 ,335 ]=10 ,9022≤L
Dupa determinarea gradului de dilutie real se calculeaza gradul de epurare necesar pentru poluantii importanti considerati in tema de proiectare,asa incat,dupa epurare si amestecare cu apele emisarului sa se incadreze in conditiile de calitate,categoria a doua de ape de suprafata.
1.Determinare GE dupa materii in suspensie.
Se va aplica formula generala de determinare a GE particularizeaza pentru materiale in suspensii:
GE=(CiSS−C fSS)/C iSS∗100 00=385−35
385∗100=90 ,9090
0
CiSS-valoarea finala a concentratiei materie solide in suspensie,conform NTPA 001/2002
2.Determinarea GE necesar dupa substante organice(CBO5)
Acesta calcul se defineste in urmatoarele situatii:
a. Cand in afara de dilutii si amestecare intervine si procesul natural de autoepurare a apei prin oxigenarea la suprafata.
b. Cand in ecuatia de bilant calculele se bazeaza numai pe dilutie si amestecare sin u iau in considerare procesul de autoepurare
c. Functie de conditiile impuse prin NTPA 001/2002.
a. Se ia in considerare dilutia,amestecarea si procesul de autoepurare prin oxigenarea apei.
c.Se ia in calcul valoarea impusa de NTPA 001/2002
CBO5NTPA=25 mg/l
Se constata ca valorile gradelor de epurare in ceea ce priveste CBO5-ul variaza intre 81,074-81,386,functie de modul de dilutie si raportare.
3.Determinarea GE necesar dupa oxigenul dizolvat
In general,GE privind oxigenul dizolvat se va calcula functie de CBO5 la amestecare folosind relatia:
CBO5a.m=F∗Dmax=2∗3,2=6,4 mg/l
F-factor cu valori intre 1,5-2,5,se adopta F=2
Dmax-deficit maxim de oxygen in aval de sectiunea de evacuare si rezulta din diferentele
intre concentratia oxigenului dizolvat la saturatie(COsat20
=9,2 mg/l) si concentratia oxigenului dizolvat ce trebuie sa existe in orice moment in apa receptorului(COr).
Dmax=COsat20−COr=9,2−6=3,2
Concentratia CBO5,intr-o apa uzata,se determina folosind urmatoarea relatie de calcul care ia in consideratie bilantul in ceea ce priveste CBO5
CBO5a.u=
CBO5a .m (Q+q )−Q∗CBO5
r
q=
7 (5+0 ,335 )−5∗20 ,335
=81 ,61 mg/l
Se calculeaza in continuare CBO20 pentru ape uzate:
CBO20au=1 ,46∗CBO5
a .u=1 ,46∗81 ,61=119 ,15 mg/l
CBO20a.m=
q∗CBO20au+a∗Q∗CBO20
r
q+a∗Q=0 ,335∗119 ,15+0,8∗5∗2 ,92
0 ,335+0,8∗5=11 ,91
mg/l
CBO20r =1 ,46∗CBO5
r=1 ,46∗2=2 ,92mg/l
Se calculeaza deficitul de oxigen ca fiind:
DO=COs−COr=11 ,35−6=5 ,35mg/l
COs(la 100C)= 11,35 mgO2/l
Se determina timpul critic la care se realizeaza deficitul maxim de oxygen (dupa gura de varsare) din apa raului:
t cr=
lgk2
k1r (1−DO (k2−k1
r )CBO20
a .m∗k1r )
k2−k1r
=lg
0,20,1 (1−
5 ,35 (0,2−0,1 )11 ,91−0,1 )
0,2−0,1=3 ,80
Calculul deficitului critic (maxim de oxigen)
Dcr=k 1r∗CBO20
a .m
k 2−k1r
(10−k 1
r∗t cr−10−k2
r∗t cr )+DO∗10−k2∗t cr=
=0,1∗11 ,910,2−0,1
(10−0,1∗2,58−10−0,2∗2 ,58)+5 ,35∗10−0,2∗2,58=9 ,298mg / l
Se compara concentratia oxigenului necesar vietii acvatice intr-o apa de suprafata (>4mg/l) cu concentratia minima de oxygen.
COmin=COs−Dcr=11 ,35−9 ,298=2 ,052 mg/l
COs=11 ,35 mgO2/l (la 100C )
COmin>4mg/l si amestecul emisarului cu apa uzata epurata indeplineste conditia pentru viata ecosistemului.
4.Calculul GE pentru azot total
Se va aplica formula generala a GE privind Ntotal considerand valoarea maxima admisa a concentratiei Ntotal conform NTPA 001/2002.
GE=CiN−C NTPA
CiN∗100=14 ,5−10
14 ,5∗100=31,03 0
0
CNtotal (conformNTPA )=10mg / l
Nu sunt necesare restrictii in ceea ce priveste Ntotal.
5.Calculul gradului de epurare pentru CCOCr
GE=CiCCOCr−Cf
Ci∗100=550−125
550∗100=77 ,27 0
0
4.4. Alegerea variantei tehnologice optime ( cu justificarea acestuia din punct de vedere tehnic,economic si tehnologic si descrierea detaliata a procesului)
Dintre toate aceste variante tehnologice analizate, constatăm că doar trei dintre
acestea se încadrerază din punct de vedere ecologic, deoarece concentraţiile
calculate sunt în conformitate cu Legea 188/2002, NTPA 001/2005.
Dacă analizăm cele trei varinte tehnologice de epurare din punct de vedere
economic, observăm că cea mai economică, este varianta tehnologică de epurare II,
deoarece, aceasta are un cost de intreţinere mai scăzut, iar procesele şi utilajele nu
sunt atât de pretenţioase.
Deci, având în vedere, criterile economice şi ecologice, varianta tehnologică
optimă se alege staţia de epurare mecano-chimico-biologică de epurare a apei uzate,
numită şi epurarea avansată a apelor uzate.
4.5. Calculul concentratiei intermediare realizate pentru etapele de epurare mecanic si biologic si verificarea realizarii gradului de epurare necesara
Concentratii intermediare pentru fiecare poluant
GE=Ci−C f
C i
∗100%
C f=Ci (100−GE )100
I. Ape uzate→Gratare si site→Deznisipator→Decantor primar→Bazin de aerare→
Decantor secundar→Apa epurata
Materii solide in suspensie
Gratare si site:
C f=
Ci (100−GE )100
=385 (100−3 )100
=373 ,45 mg/l
Deznisipator:
C f=Ci (100−GE )100
=373 ,4 (100−8 )100
=343 ,52 mg/l
Decantor primar:
C f=Ci (100−GE )100
=343 ,52 (100−50 )100
=171 ,76 mg/l
Bazin de aerare+Decantor secundar:
C f=Ci (100−GE )100
=171,76 (100−85 )100
=25 ,76 mg/l
Consum biochimic de oxigen CBO5
Gratare si site:
C f=Ci (100−GE )100
=455 (100−0 )100
=455 mg/l
Deznisipator:
C f=Ci (100−GE )100
=455 (100−7 )100
=423 ,15 mg/l
Decantor primar:
C f=Ci (100−GE )100
=423 ,15 (100−25 )100
=317 ,36 mg/l
Bazin de aerare+Decantor secundar:
C f=Ci (100−GE )100
=317 ,36 (100−85 )100
=47 ,60 mg/l
Consum chimic de oxigen-metoda cu dicromat de potasiu CCOCr
Gratare si site:
C f=Ci (100−GE )100
=555 (100−0 )100
=555 mg/l
Deznisipator:
C f=Ci (100−GE )100
=555 (100−7 )100
=516 ,15 mg/l
Decantor primar:
C f=Ci (100−GE )100
=516 ,15 (100−30 )100
=361,30 mg/l
Bazine de aerare+Decantor secundar:
C f=Ci (100−GE )100
=361,30 (100−85 )100
=54 ,19 mg/l
Azot total N
Gratare si site:
C f=Ci (100−GE )100
=14 ,5 (100−0 )100
=14 ,5 mg/l
Deznisipator:
C f=Ci (100−GE )100
=14 ,5 (100−0 )100
=14 ,5 mg/l
Decantor primar:
C f=Ci (100−GE )100
=14 ,5 (100−5 )100
=13 ,77 mg/l
Bazin de aerare+Decantor secundar:
C f=Ci (100−GE )100
=13 ,77 (100−65 )100
=4 ,82 mg/l
II.Ape uzate→Gratare si site→Deznisipator→Coagulare/Floculare→Decantor primar→Bazine de aerare→Decantor secundar→Ape epurate
Materii solide in suspensie
Gratare si site:
C f=Ci (100−GE )100
=385 (100−3 )100
=373 ,45 mg/l
Deznisipator:
C f=Ci (100−GE )100
=373 ,45 (100−8 )100
=343 ,57 mg/l
Coagulare/Floculare:
C f=Ci (100−GE )100
=343 ,57 (100−40 )100
=206 ,11 mg/l
Decantor primar:
C f=Ci (100−GE )100
=206 ,11 (100−30 )100
=144 ,27 mg/l
Bazine de aerare+Decantor secundar:
C f=Ci (100−GE )100
=144 ,27 (100−85 )100
=21 ,64 mg/l
Consum biochimic de oxigen CBO5
Gratare si site:
C f=Ci (100−GE )100
=455 (100−0 )100
=455 mg/l
Deznisipator:
C f=Ci (100−GE )100
=455 (100−8 )100
=418 ,6 mg/l
Coagulare/Floculare:
C f=Ci (100−GE )100
=418 ,6 (100−40 )100
=251 ,16 mg/l
Decantor primar:
C f=Ci (100−GE )100
=251 ,16 (100−30 )100
=150 ,60 mg/l
Bazine de aerare+Decantor secundar:
C f=Ci (100−GE )100
=150 ,60 (100−85 )100
=22 ,59 mg/l
Consum chimic de oxigen-metoda cu dicromat de potasiu CCOCr
Gratare si site:
C f=Ci (100−GE )100
=555 (100−0 )100
=555 mg/l
Deznisipator:
C f=Ci (100−GE )100
=555 (100−7 )100
=516 ,15 mg/l
Coagulare/Floculare:
C f=Ci (100−GE )100
=516 ,15 (100−30 )100
=361,30 mg/l
Decantor primar:
C f=Ci (100−GE )100
=361,30 (100−35 )100
=234 ,84 mg/l
Bazine de aerare+Decantor secundar:
C f=Ci (100−GE )100
=234 ,84 (100−85 )100
=35 ,22 mg/l
Azot total N
Gratare si site:
C f=Ci (100−GE )100
=14 ,5 (100−0 )100
=14 ,5 mg/l
Deznisipator:
C f=Ci (100−GE )100
=14 ,5 (100−0 )100
=14 ,5 mg/l
Coagulare/Floculare:
C f=Ci (100−GE )100
=14 ,5 (100−50 )100
=7 ,25 mg/l
Decantor primar:
C f=Ci (100−GE )100
=7 ,25 (100−5 )100
=6 ,88 mg/l
Bazine de aerare+Decantor secundar:
C f=Ci (100−GE )100
=6 ,88 (100−65 )100
=2 ,41 mg/l
III. Ape uzate→Gratare si site→Precipitare chimica cu Ca(OH)2→Decantor primar→
Bazine de aerare→Decantor secundar→Ape epurate:
Materii solide in suspensie
Gratare si site:
C f=Ci (100−GE )100
=385 (100−3 )100
=373 ,45 mg/l
Deznisipator:
C f=Ci (100−GE )100
=373 ,45 (100−13 )100
=324 ,90 mg/l
Precipitare chimica cu Ca(OH)2:
C f=Ci (100−GE )100
=324 ,90 (100−54 )100
=149 , 45 mg/l
Decantor primar:
C f=Ci (100−GE )100
=149 ,45 (100−25 )100
=112 ,09 mg/l
Bazine de aerare+Decantor secundar
C f=Ci (100−GE )100
=112 ,09 (100−85 )100
=28 ,02 mg/l
Consum biochimic de oxigen CBO5
Gratare si site:
C f=Ci (100−GE )100
=455 (100−0 )100
=455 mg/l
Deznisipator:
C f=Ci (100−GE )100
=455 (100−8 )100
=418 ,6 mg/l
Precipitare chimica cu Ca(OH)2:
C f=Ci (100−GE )100
=418 ,6 (100−52 )100
=200 ,92 mg/l
Decantor primar:
C f=Ci (100−GE )100
=200 ,92 (100−25 )100
=105 ,70 mg/l
Bazine de aerare+Decantor secundar:
C f=Ci (100−GE )100
=105 ,70 (100−85 )100
=22,60 mg/l
Consum chimic de oxigen-metoda cu dicromat de potasiu CCOCr
Gratare si site:
C f=Ci (100−GE )100
=555 (100−0 )100
=555 mg/l
Deznisipator:
C f=Ci (100−GE )100
=555 (100−7 )100
=516 ,15 mg/l
Precipitare chimica cu Ca(OH)2:
C f=Ci (100−GE )100
=516 ,15 (100−55 )100
=232,26 mg/l
Decantor primar:
C f=Ci (100−GE )100
=232 ,26 (100−30 )100
=162 ,59 mg/l
Bazine de aerare+Decantor secundar:
C f=Ci (100−GE )100
=162,59 (100−85 )100
=24 ,38 mg/l
Azot total N
Gratare si site:
C f=Ci (100−GE )100
=14 ,5 (100−0 )100
=14 ,5 mg/l
Deznisipator:
C f=Ci (100−GE )100
=14 ,5 (100−0 )100
=14 ,5 mg/l
Precipitare chimica cu Ca(OH)2
C f=Ci (100−GE )100
=14 ,5 (100−65 )100
=5 ,075 mg/l
Decantor primar:
C f=Ci (100−GE )100
=5 ,075 (100−5 )100
=4 ,85 mg/l
Bazine de aerare+Decantor secundar:
C f=Ci (100−GE )100
=4 ,85 (100−65 )100
=1,69 mg/l
IV. Ape uzate→Gratare si site→Deznisipator→Precipitare chimica→Decantor primar→Bazine de aerare→Decantor secundar→Ape epurate
Materii solide in suspensie
Gratare si site:
C f=Ci (100−GE )100
=385 (100−3 )100
=373 ,45 mg/l
Deznisipator:
C f=Ci (100−GE )100
=373 ,45 (100−13 )100
=324 ,90 mg/l
Precipitare chimica:
C f=Ci (100−GE )100
=324 ,90 (100−54 )100
=129 ,96 mg/l
Decantor primar:
C f=Ci (100−GE )100
=129 ,96 (100−25 )100
=97 ,47 mg/l
Bazine de aerare+Decantor secundar:
C f=Ci (100−GE )100
=97 ,47 (100−85 )100
=14 ,62 mg/l
Consum biochimic de oxigen CBO5
Gratare si site:
C f=Ci (100−GE )100
=455 (100−0 )100
=455 mg/l
Deznisipator:
C f=Ci (100−GE )100
=455 (100−8 )100
=418 ,6 mg/l
Precipitare chimica:
C f=Ci (100−GE )100
=418 ,6 (100−52 )100
=200 ,92 mg/l
Decantor primar:
C f=Ci (100−GE )100
=200 ,92 (100−25 )100
=150 ,70 mg/l
Bazine de aerare+Decantor secundar:
C f=Ci (100−GE )100
=150 ,70 (100−85 )100
=22,60 mg/l
Consum chimic de oxigen-metoda cu dicromat de potasiu CCOCr
Gratare si site:
C f=Ci (100−GE )100
=555 (100−0 )100
=555 mg/l
Deznisipator:
C f=Ci (100−GE )100
=555 (100−7 )100
=516 ,15 mg/l
Precipitare chimica:
C f=Ci (100−GE )100
=516 ,15 (100−30 )100
=361,30 mg/l
Decantor primar:
C f=Ci (100−GE )100
=361,30 (100−35 )100
=234 ,84 mg/l
Bazine de aerare+Decantor secundar:
C f=Ci (100−GE )100
=234 ,84 (100−85 )100
=35 ,22 mg/l
Azot total N
Gratare si site:
C f=Ci (100−GE )100
=14 ,5 (100−0 )100
=14 ,5 mg/l
Dezinsipator:
C f=Ci (100−GE )100
=14 ,5 (100−0 )100
=14 ,5 mg/l
Precipitare chimica:
C f=Ci (100−GE )100
=14 ,5 (100−50 )100
=7 ,25 mg/l
Decantor primar:
C f=Ci (100−GE )100
=7 ,25 (100−5 )100
=6 ,88 mg/l
Bazine de aerare+Decantor secundar:
C f=Ci (100−GE )100
=6 ,88 (100−65 )100
=2 ,41 mg/l
Varianta
Indicator-
I II III IV NTPA
001/2005
Materii în suspensii,
mg/L
25,76 21,64 28,02 14,62 35
CBO5, mg/L 47,69 22,59 22,60 22,60 25
CCOCr, mg/L 54,19 35,22 24,38 35,22 125
Azot N, mg/L 4,82 2,41 1,69 2,41 10
4.6. Elaborarea schemei tehnologice bloc
Figura 4.5 Epurarea avansată a apelor uzate
Epurarea avansată a apelor uzate
Epurarea mecanică, chimică şi biologică nu realizează eliminarea poluanţilor
prioritari, care, chiar şi în concentraţii foarte mici, au efecte negative asupra
organismelor vii şi asupra echilibrului ecologic în natură sau care limitează posibilităţile
de recirculare/reutilizare a apei în industrie, agricultură.
Dintre poluanţii prioritari care sunt reţinuţi prin procedee de epurare avansată se