Epurarea apelor uzate prin procedeul cu namol activ - treapta biologica

Treapta biologica

Epurarea apelor uzate poate fi mai mult sau mai putin complexa, in functie de caracteristicile fizico-chimice si microbiologice ale apelor si de cerintele de calitate pentru evacuarea in raurile receptoare. Apele uzate, avand un predominant caracter anorganic, pot fi tratate prin procedee fizico-chimice in care eliminarea substantelor impurificatoare se face prin procese chimice si fizice ca de exemplu: sedimentare, neutralizare, precipitare, coagulare, adsorbtie de carbune activ, schimb ionic, etc. Apele uzate cu caracter pronuntat organic, pot fi tratate prin procedee fizico-chimice si/ sau biologice, in ultimul caz, eliminarea substantelor organice impurificatoare facandu-se prin procese biochimice, procesele metabolice ale microorganismelor .

Pana in prezent, specialistii in domeniul epurarii apelor considera ca metoda cea mai eficienta si mai economica de indepartare a substantelor organice din apele uzate este folosirea procedeelor de epurare biologica. Aceste procedee se bazeaza pe reactiile metabolice ale unei populatii mixte de bacterii, ciuperci si alte microorganisme (in special protozoare si unele metazoare inferioare), care isi desfasoara activitatea in anumite constructii hidrotehnice, instalatii de epurare. In practica epurarii, aceasta populatie (biocenoza) se numeste biomasa.

Compozitia biocenozelor si randamentul de indepartare a substantelor organice depinde de conditiile de mediu: compozitia apei uzate si concentratia de impuritati, temperatura, conditiile de amestec, modul de exploatare a instalatiei de epurare. Diferitele specii ale biomasei coexista in echilibru dinamic; frecventa lor poate fi modificata de factorii enumerati mai sus. Fluctuatiile temporale ale factorilor de mediu sunt compensate de dinamica populatiei de microorganisme care are o buna capacitate de adaptare; in acest fel, calitatea apei epurate variaza putin. Fluctuatiile de lunga durata ale conditiilor de mediu, ca si intoxicarile acute ale organismelor, datorita evacuarii de poluanti toxici, conduc la variatii considerabile ale biocenozei; in acest caz, efluentul 'epurat' nu mai are calitatile cerute. Apele uzate menajere, reprezinta amestecuri neomogene a zeci de compusi organici simpli si complecsi care sunt asimilati de catre microorganisme, in principal glucide, aminoacizi, esteri ai acizilor grasi. Apele uzate industriale se evacueaza dupa folosirea apei in procesele de obtinere a materiilor prime si in cele de producere a bunurilor necesare activitatii economice si sociale, se caracterizeaza prin variatii mari ale compozitiei si concentratiei; intr-un timp dat, putem intalni in aceeasi apa uzata materii prime, produsi intermediari, produsi finali, si produsi ai reactiilor secundare. Procedeele de epurare biologica utilizeaza una din cele doua grupe fiziologic diferite de microorganisme: aerobe sau anaerobe. Microorganismele anaerobe se folosesc pentru fermentarea namolurilor si fermentarea unor ape uzate industriale concentrate. Microorganismele aerobe sunt folosite in mod curent in epurarea majoritarii apelor uzate cu caracter predominant organic, si in ultima vreme, de asemenea pentru fermentarea namolurilor organice. Alimentare biocenozelor respective se face continuu sau discontinuu cu apa uzata sau cu solide organice separate din aceasta, prima metoda fiind mai des folosita. Pentru epurarea aeroba a apelor, cele mai utilizate procedee sunt: cu namol activ, biofiltre, iazuri de oxidare. Desi aceste procedee difera intre ele cu privire la timpul de contact intre microorganisme si apa uzata, necesarul de oxigen, modul de utilizare al namolului biologic sunt identice. In ultimii ani, in epurarea biologica a apelor uzate industriale prevaleaza procedeul cu namol activ datorita calitatilor acestui procedeu .

Etapele epurarii apelor uzate in instalatiile de namol activ sunt:

Apa uzata (influentul) este preepurata mecanic, respectiv este separata de o parte a suspensiilor prin sedimentarea acestora in decantorul primar (1), sau prin alte procese fizico-chimice, daca este cazul, este amestecata cu namolul recirculat (de intoarcere) si este aerata impreuna cu namolul activ (biomasa) in bazinul de aerare (reactor) (2), in asa fel incat oxigenul dizolvat sa satisfaca necesitatile de mediu ale microorganismelor aerobe, aglomerate in flocoane, iar acestea sa se mentina in suspensie;

Apa epurata (efluentul), lipsita in procent de peste 95[%] de substante organice degradabile, este separata de namol prin sedimentarea acestuia in decantorul secundar (3), si condusa in raul receptor;

Namolul activ depus in decantorul secundar este reintors (recirculat) in bazinul de aerare si amestecat cu apa de tratat;

Namolul activ excedentar, rezultat din procesele care au loc in reactor in timpul epurarii este scos din circuit, pentru ca in bazinul de aerare sa ramana concentratia de biomasa stabilita ca optima.

Diferitele variante ale procesului cu namol activ difera, in principal prin modul de introducere a apei uzate si prin raportul intre substrat si microorganisme.

Fig. 4.13. Fluxul tehnologic al epurarii apelor uzate cu namol activat

1-decantor primar; 2- bazin de aerare (reactor); 3 - decantor secundar;

a - influent; b - efluent; c - namol recirculat; d - namol excedentar spre tratare.

Calitatea contactului dintre impuritatile organice si biomasa se pastreaza prin procesele de metabolism, de oxidare a substantelor organice si de sinteza a masei celulare vii. In procesul epurarii apelor uzate, concentratia substantelor organice este exprimata global, direct prin determinarea carbonului organic, sau indirect prin determinarea consumului chimic de oxigen. Schematic, procesul de epurarea biologica are loc in reactor astfel: substantele organice din apa uzata sunt adsorbite si concentrate la suprafata biomasei; aici, prin activitatea enzimelor eliberate de celula (exoenzime), substantele sunt descompuse in unitati mici care patrund in celula microorganismelor unde sunt metabolizate; o parte a reactiilor care au loc furnizeaza energie reactiilor prin care se formeaza masa celulara noua, iar produsii finali ai descompunerilor (CO₂, H₂O, azotati, sulfati) sunt eliberati in mediu; moleculele mici de substante organice, aflate in mediul apos, pot difuza in celula fara sa fie adsorbite pe suprafata acesteia . Deci, in epurarea biologica, concomitent cu eliminarea substantei organice impurificatoare, se obtine cresterea biomasei sub forma materialului celular insolubil, sedimentabil, precum si produsi reziduali (din metabolism sau din distrugerea celulei), unii usor de indepartat (CO₂), altii raman dispersati in mediul lichid, conferind o anumita valoare CCO - ului si CBO₅- ului apei epurate; pentru namolul activ se aproximeaza in general, cresterea biomasei la 40-60[%] din cantitatea de substanta organica asimilabila, existenta in apa uzata menajera. Aceasta substanta organica considerata global, reprezinta substratul dezvoltarii microorganismelor din namolul activ.

In linii generale, la indepartarea satisfacatoare a substantelor organice din apele uzate din procesele biologice iau parte:

a)      fenomene fizice ale transferului de masa (separarea prin sedimentarea a suspensiilor grosiere din apa uzata bruta, a suspensiilor obtinute prin coagulare, ca si a materialului celular sedimentabil din apa tratata; introducerea oxigenului din aer in apa; difuzia oxigenului dizolvat ca si a substratului nutritiv in celulele microorganismelor; adsorbtia substantelor dizolvate a particulelor coloidale si a suspensiilor fine pe suprafata biomasei; desorbtia produsilor de metabolism in mediu;

b)      fenomene chimice (reactii catabolice-oxidarea substratului, respiratia endogena; reactii anabolice-cresterea biomasei; inhibarea reactiilor enzimatice de catre substante toxice)

c)      fenomene hidraulice (de curgere; distributia apei uzate in reactor; timpi de retentie; viteze de sedimentare, incarcari hidraulice)

Cunoasterea temeinica a proceselor de asimilare sau de sinteza (anabolism) si de dezasimilare sau de oxidare (catabolism), a conditiilor de mediu in care au loc cu eficienta optima, a inhibitorilor metabolici, precum si cunoasterea posibilitatilor de mentinere a echilibrului din punct de vedere tehnico - economic intre aceste procese conduce la elaborarea instalatiilor de epurare biologica avand randamente maxime in indepartarea poluantilor si la indepartarea erorilor fundamentale in aprecierea posibilitatilor de epurarea biologica a anumitor ape uzate industriale.