Carcacterizarea fizico-chimica si tehnologica ale namolurilor in tratarea apelor uzate

Materii prime si materiale auxiliare

Caracteristicile materiilor auxiliare (namolurile)

Namolurile se pot clasifica dupa mai multe criterii:

Dupa provenienta apei uzate, exista:

a)      namoluri de la epurarea apelor uzate orasenesti;

b)      namoluri de la epurarea apelor uzate industriale;

Dupa treapta de epurare, se disting:

a)      namol primar din decantoarele primar;

b)      namol secundar din decantoarele secundare;

c)      namol amestecat: cu namol activ in exces sau namol de la filtrele biologice,

combinat cu namol primar;

Dupa stadiul de prelucrare in cadrul gospodariei de namol, se mentioneaza:

a)      namol proaspat;

b)      namol fermentat, stabilizat aerob, anaerob sau chimic;

Dupa compozitia chimica, se disting:

a)      namoluri cu compozitie predominant organica, ce contin peste 50[%] substante volatile in substanta uscata;

b)      namoluri cu compozitie predominant anorganica, ce contin peste 50[%] substante minerale in substanta uscata.

Carcacterizarea fizico-chimica si tehnologica

Caracteristicile fizico-chimice ale namolurilor

Caracteristicile fizico-chimice ale namolurilor depind de provenienta apei uzate si tehnologia de epurare. Pentru a caracteriza namolurile se apeleaza la indicatori generali (umiditate, greutate specifica, pH, putere calorica, etc.) si la indicatori specifici (substante fertilizante, detergenti metale, uleiuri, grasimi, etc.). Datorita naturii complexe a namolurilor, indicatorii generali si specifici se completeaza si cu alti parametri ce caracterizeaza modul de comportare a namolurilor la anumite procese de prelucrare (fermentabilitate, rezistenta specifica la filtrare, compresibilitate,). Principalele caracteristici fizico-chimice ale namolurilor, care prezinta interes in tehnologia de prelucrare si evacuare sunt prezentate in continuare.

Document online: Laborator DEEA - determinarea parametrilor amplificatoarelor operationale prin masuratori Document online: Circuit integrat LM317

Umiditatea namolurilor variaza in limite destul de largi, in functie de natura namolului, de treapta de epurare din care provine. Nisipul retinut in retinut in deznisipatoare are o umiditate de cca. 60[%], namolul primar proaspat 95-97 [%], namolul activ in exces 98-99,5[%].

In namoluri, apa este legata de particulele solide in mai multe moduri, fiecare tip de apa putand fi separata printr-un anumit procedeu. Astfel, exista:

apa interstitiala, separabila prin decantare;

apa de adeziune, separabila prin filtrare sau centrifugare;

apa de adsorbtie, separabila prin uscare;

apa capilara sau intracelulara, separabila prin uscare sau incinerare.

In principiu, energia necesara pentru separarea apei creste exponential cu continutul in reziduu total al namolului.

Greutatea specifica a namolului depinde de greutatea specifica a substantelor solide pe care le contine, de umiditatea si de provenienta namolului din cadrul statiei; namolul primar brut are o greutate specifica de 1,004-1,014[t/m³], namolul activ in exces are valori in jur de 1,001[t/m³], iar dupa ingrosare 1,003[t/m³].

Mineral si volatil in substanta uscata este un criteriu de clasificare a namolurilor si un criteriu de selectie a procedeelor de prelucrare, intrucat un namol organic este putrescibil si se are in vedere mai intai stabilizarea sa, mai ales pe cale biologica (fermentare anaeroba, stabilizare aeroba), pe cand namolul anorganic se prelucreaza prin procedee fizico-chimice (solidificare, extractie de elemente utile). Intrucat pentru inlaturarea apei cele mai folosite procedee sunt deshidratarea, uscarea si incinerarea, pentru caracterizarea namolurilor se utilizeaza anumiti parametri specifici ce intereseaza in mod deosebit aceste operatii. Intre acestia, cei mai importanti sunt: rezistenta specifica la filtrare, compresibilitatea si puterea calorica.

Rezistenta specifica la filtrare este un parametru care indica posibilitatea eliminarii apei dintr-un namol prin filtrare. Cu cat rezistenta specifica este mai mare, cu atat apa se indeparteaza mai greu.

In conformitate cu rezistenta specifica la filtrare, namolurile se impart in:

namoluri greu filtrabile, in categoria carora se incadreaza namolurile orasenesti brute si unele namoluri primare fermentate cu durata scurta de fermentare;

namoluri cu filtrabilitate medie, care cuprind unele namoluri anorganice si unele namoluri cu durata de fermentare mare;

namoluri usor filtrabile cu rezistenta la filtrare mica, in categoria carora intra namoluri conditionate, namoluri provenite din epurare mecano – chimica, namoluri fibroase, etc.  Rezistenta specifica la filtrare se determina experimental. Pentru aceasta, se masoara volumele de filtrat scurse la anumite intervale de timp intr-o instalatie specifica de laborator, prin filtrare la o diferenta de presiune negativa sau pozitiva. Cu cat factorul de compresibilitate a unui namol este mai mare, cu atat variaza mai mult rezistenta specifica la filtrare a acestuia cu presiunea. Factorul de compresibilitate exprima comportarea namolului in timpul filtrarii .

Puterea calorica a namolului variaza in functie de continutul de substanta organica (volatila). Puterea calorica se determina experimental, utilizand o bomba calorimetrica. Se poate determina puterea calorica si prin utilizarea de calcul stabilite pe baza continutului namolului in substanta volatila.

Continutul in metale grele si nutrienti ( K, P, N) prezinta o importanta deosebita, atunci cand se are in vedere valorificarea namolului ca ingrasamant agricol sau agent de conditionare a solului. Dar utilizarea agricola a namolurilor este conditionata, in primul rand, de continutul namolului in substante toxice si in special, in metale grele, care prezinta un grad ridicat de toxicitate. Daca namolul menajer contine cantitati reduse de metale grele, in general sub limitele admise, namolul rezultat din epurarea in comun a apelor orasenesti cu cele industriale conduc, in functie de profilul industriei la cresterea concentratiei de metale grele in namol. Prezenta si concentratia metalelor grele in namolurile industriale depind de profilul si procesul tehnologic al industriei . Culoarea, mirosul, textura, fluiditatea si plasticitatea sunt legate de gradul de fermentare a namolurilor in asemenea masura, incat adeseori, chiar numai aceste caracteristici pot indica instalatia de unde provin. Namolul proaspat este cenusiu sau galbui, adeseori cu bucati vizibile de resturi de mancare, hartie, gunoaie si alte murdarii; miroase urat, este vascos si greu deshidratabil, iar apa continuta este tulbure si urat mirositoare. Namolul fermentat este cenusiu inchis, negru, cu miros specific de putrefactie si ceva mai putin vascos decat namolul proaspat. Namolul activ este brun, floculos si lipsit de miros. Namolul activ in exces este de asemenea partial descompus, are culoarea brun - deschisa, este floculos, iar in stare proaspata are un miros de pamant vegetal; descompus in continuare devine septic, cu miros neplacut.

Conditii de calitate, depozitare, transport

Recircularea namolului din metantancuri

Instalatiile de recirculare a namolului au ca scop principal omogenizarea namolului:cel proaspat cu cel fermentat,cel cu temperatura mai mare cu cel cu temperatura mai joasa,etc.

1.Recircularea interioara cu hidroelevator

Echipamentul mecanic pentru recircularea namolului se compune din hidroelevator, retea de conducte si pompa pentru circulatie exterioara racordata la partea inferioara a metantancului. Hidroelevatorul este amplasat in zona superioara astfel incat sa se asigure antrenarea crustei si spumei odata cu namolul aspirat. Actualmente metoda nu este recomandata datorita urmatoarelor dezavantaje:

a)      randament energetic redus;

b)      suspensiile cu dimensiuni mari, din namolul primar, pot infunda duza sau pompa;

c)      in sistem trebuie asigurate viteze mai mari, corespunzatoare hidrotransportului.

2. Rrecircularea interioara cu dispozitiv de stropire. Echipamentul mecanic se compune dintr-o pompa exterioara racordata la partea inferioara a metantancului, retea de conducte, dispozitiv de stropire rotitor (brasaj) antrenat din exterior cu un grup motoreductor la 8 . 10 [rot./min]. Sistemul asigura stropirea stratului superficial (crusta – spuma), favorizand degajarea bulelor de gaz. Pompa este utilizata pentru vehicularea namolului prin schimbatorul de caldura si pentru stropire prin dispozitivul de brasaj in scopul distrugerii spumei. Sistemul are dezavantajul ca pompa de recirculare, dimensionata pentru invingerea rezistentei hidraulice prin conducte si schimbatorul de caldura, trebuie sa functioneze continuu, chiar daca nu este nevoie de incalzire .

3. Recircularea interioara cu gaz-lift . Echipamentul mecanic pentru recirculare gaz-lift este alcatuit dintr-un agregat pentru comprimarea gazului, conducte, si un dispozitiv cu duze pentru dispersie. Barbotarea continutului vasului de fermentare cu gaz propriu conduce la o buna omogenizare. Debitul de gaz necesar barbotarii este de 1 . 1.5[m³/min si m² de suprafata]. Dezavantajul sistemului consta in consumul de energie suplimentar pentru comprimarea gazului precum si masurile speciale ce trebuie luate la vehicularea acestuia.

4.Recircularea mecanica interioara. Amestecatorul mecanic intubat (pompa) cu spirala sau axial este larg utilizat la metantancurile incalzite care functioneaza cu nivel constant obligatoriu. Echipamentul mecanic se amplaseaza pe verticala, in centrul metantancului, cu motorul electric deasupra capacului metalic al acoperisului. Rotorul elice sau spirala, amplasat la partea superioara a tubului central, este imersat la 300[mm] in stratul de namol. In functionare, el aspira apa de namol, antrenand pe aceasta cale crusta si spuma formata la suprafata, o impinge in jos prin tubul vertical si asigura miscarea de circulatie. Turatia rotorului este de 750[rot/min] realizata prin cuplarea directa a acestuia pe axul electromotorului avand puterea de 1,1 . 1,5[kW]. Diametrul rotorului este de 200 . 265[mm]. Tubul vertical de circulatie este centrat in metantanc prin suportul de ghidaj montat in acoperis si sustinut de picioare rezemate pe radier.

Spre deosebire de celelalte sisteme de recirculare, acesta impune mentinerea constanta a nivelului. Evacuarea namolului fermentat se face prin dispozitiv de prea-plin. Cresterea nivelului in scopul deversarii se realizeaza prin introducerea namolului proaspat  

5.Recircularea exterioara a metantancului. Echipamentul mecanic pentru recirculare exterioara este alcatuit dintr-o electropompa de namol, schimbatorul de caldura si reteaua de conducte. Racordul de aspiratie se face in partea inferioara, iar cel de refulare spre zona superioara. Rolul principal al acestuia este de a asigura energia termica necesara desfasurarii procesului de fermentare in domeniul mezofil. Pentru cazul realizarii conditiei de omogenizare a continutului, aspiratia se face din mai multe puncte situate in diferite puncte ale cuvei. In aceasta situatie, cand nu este necesara o cantitate de energie termica suplimentara, reteaua de conducte are posibilitatea de a elimina din circuit schimbatorul de caldura. Se recomanda utilizarea echipamentului mecanic pentru circulatie exterioara concomitent cu cel corespunzator recirculatiei mecanice interioare.

Instalatii de incalzire a namolului

Aceste instalatii sant necesare pentru a satisface cererea de caldura necesara namolului care se introduce in bazin pentru a ajunge la temperatura namolului in curs de fermentare din bazin. Astfel se compenseaza pierderile de caldura prin peretii si acoperisul bazinului. Incalzire namolului se poate face prin metode directe de contact cu sursa calda introdusa in metantanc, sau, indirecte, prin schimbatoare de caldura cu circulatie exterioara fata de cuva.

Incalzirea directa se realizeaza prin:

a)      injectare de abur sau apa calda in zona adiacenta a radierului cuvei; apa sau condensul se evacueaza in exterior prin conducta apei de namol; eficienta metodei este de cca. 60[%] pentru injectie de apa calda; introducerea directa a aburului a dat bune rezultate, dar solutia nu este intotdeauna aplicabila economic deoarece este necesara dedurizarea apei, apar zgomote, etc.;

b)      conducte cu apa calda montate in interiorul cuvei, pe esafod, sau langa radier si pereti; eficienta metodei este de cca. 80[%];

c)      arderea gazului de fermentare in arzatoare deschise sau camere speciale de combustie, submerse, cu difuzia gazelor calde in masa namolului din cuva. Eficienta totala a instalatiei este de cca. 85..90[%];

d)      incalzirea namolului care intra in bazin, in zona radierului, cu vapori sau cu schimbator de caldura in contracurent. Incalzirea namolului in schimbatoare de caldura este metoda cea mai raspandita. Schimbatorul de caldura exterior se construieste sub forma unui recipient de namol, in interiorul caruia, in plan vertical este o spirala prin care circula apa calda la o temperatura de maxim 68[°C]. La temperaturi mai mari ale apei sau la incalzirea cu vapori s-ar produce prajirea namolului si formarea crustelor arse. Capacul frontal al recipientului se rabate in plan orizontal ceea ce permite vizitarea si curatirea spiralei. Namolul incalzit este refulat in bazinul de fermentare.