Tehnologia epurarii apelor uzate - caracterizarea fizico-chimica si tehnologica a apei epurate

Apa – generalitati

Peste 2/3 din supafata terestra este ocupata de mari si oceane, care formeaza Oceanul Planetar. Terra este supranumita si “planeta albastra” datorita acestui fapt. Din suprafata totala a pamantului, evaluata la 510,10 mil. km², apa Oceanului Planetar ocupa 361,07 mil.km², adica 70,8%. Se estimeaza ca planeta dispune de 1,37 mild. km³ de apa, dar circa 97,2% este constituita din apa marilor si oceanelor.

Omul dispune numai de apele de la suprafata solului – adica de aproximativ 30.000 km³, ceea ce inseamna circa 0,002% din total. Consumul de apa ce revine pe om/zi variaza intre 3 litri, in zonele aride ale Africii si de 1,045 litri la New York. Valoarea productivitatii marilor si oceanelor se apreciaza ca fiind intre 0,1 – 0,5 gr/m³/zi. Oceanul Planetar constituie baza vietii pe Terra si genereaza negentropie in ecosfera. Apa este cea mai raspandita substanta compusa si reprezinta trei sferturi din suprafata globului terestru. Ca si aerul, ea constituie factorul principal al mentinerii vietii pe pamant. Apa este o resursa naturala esentiala cu rol multiplu in viata economica. In natura apa urmeaza un circuit. Se poate vorbi despre apa de ploaie, apa raurilor si izvoarelor, apa de mare, etc. Apa pura se obtine din apa naturala prin distilare repetata in conditii in care sa nu poata dizolva gaze din aer sau substante solide din recipientele in care este conservata.

Apa este habitatul a sute de specii de pesti, pasari si alte vietati ce sunt dependente de calitatea apei;

Apa este unul din cele mai importante medii de recreere. Suntem atrasi de rauri, lacuri, plaje, mari si oceane pentru activitati recreative precum pescuitul, sporturile nautice, plimbari sau odihna.

Epurarea – reprezinta procesul complex de reținere si neutralizare a substanțelor daunatoare dizolvate, in suspensie sau coloidale prezente in apele uzate industriale sau menajere in statii epurare. Principalul scop este de a imbunatații calitatea acestor ape pentru a putea fi deversate in emisar fara a prejudicia flora sau fauna. Dupa ce apa este epurata in statii de epurare ea poate fi chiar refolosita in anumite domenii sau procese tehnologice.

     Epurarea apelor uzate poate fi in funcție de caracteristicile apei si de cerințele evacuarii in emisar mai mult sau mai putin complexa astfel avand stații epurare simple mecano-biologice sau stații epurare complexe. Apele uzate cu caracter predominant anorganic vor fi tratate in stații de epurare numai prin mijloace fizico-chimice de reținere si neutralizare: sedimentare, neutralizare, precipitare, coagulare, floculare, adsorbite pe carbune activ, schimb ionic. Apele uzate cu un caracter predominant organic sunt epurate intr-o stație de epurare prin procedee fizico-chimico-biologice.

Apa uzata, prin incarcatura microbiologica pe care o transporta, este un factor major de risc pentru sanatatea umana. Calitatea vietii noastre depinde de calitatea apei din jurul nostru.

Poluarea cu apa uzata este pedepsita prin lege.

Am observat cu multi ani in urma ca Romania trebuia sa faca progrese importante in acest domeniu. De aceea, am inceput din anul 1999 sa promovam tehnologii si echipamente avansate pentru epurarea apelor uzate casnice, comunale si industriale utilizate cu succes in tarile U.E.

Epurarea apei uzate este o prioritate pentru noi toti

• Apa supusa epurarii, are in raport cu indicatorii de potabilitate la toate variantele infinit mai mult amoniu, nitriti si cianuri, pana la de 85 ori mai mult fosfat si la 50 ori mai mult fenol , ca CMA si depasiri ale CAE prevazute de STAS 1342-9176 ori la amoniu, 26 ori la nitriti, 25 ori fenoli, 17 ori fosfati de 6 ori la cianuri.

1 Istoric si evolutie

Trebuie, precizat ca prin ape uzate orasenesti se intelege amestecul de ape menajere, industriale, de drenaj si de suprafata; apele uzate menajere care contin uneori si cantitati mici de impuritati caracteristice apelor uzate industriale, provenite din gospodarii sunt asemanatoare celor orasenesti. Pe langa apele uzate menajere si subterane provenite din infiltratii in canale in canalizarea localitatilor se colecteaza si alte ape cum ar fi:

- ape uzate publice;

- ape uzate industriale;

- ape uzate de la unitatile agricole;

- ape colectate din balti, mlastini, lacuri;

- ape provenite de la transporturi, constructii;

- ape meteorice, provenite din precipitatii;

- ape de suprafata;

- ape subterane din desecari naturale sau artificiale.

Unele din aceste ape sunt curate, si pot fi evacuate in emisar fara epurare, si amestecul lor cu apele menajere usureaza epurarea acestora. Cele mai mari cantitati de asemenea ape sunt furnizate de precipitatii, de apele de suprafata, precum si de apele subterane.

Importanța si domenii de utilizare

Trebuie, chiar de la inceput precizat ca prin ape uzate orasenesti se intelege amestecul de ape menajere, industriale, de drenaj si de suprafata; apele uzate menajere care contin uneori si cantitati mici de impuritati caracteristice apelor uzate industriale, provenite din gospodarii sunt asemanatoare celor orasenesti. Pe langa apele uzate menajere si subterane provenite din infiltratii in canale in canalizarea localitatilor se colecteaza si alte ape cum ar fi:

- ape uzate publice;

- ape uzate industriale;

- ape uzate de la unitatile agricole;

- ape colectate din balti, mlastini, lacuri;

- ape provenite de la transporturi, constructii;

- ape meteorice, provenite din precipitatii;

- ape de suprafata;

- ape subterane din desecari naturale sau artificiale.

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

Unele din aceste ape sunt curate, si pot fi evacuate in emisar fara epurare, si amestecul lor cu apele menajere usureaza epurarea acestora. Cele mai mari cantitati de asemenea ape sunt furnizate de precipitatii, de apele de suprafata, precum si de apele subterane.

Procesul de epurare consta in indepartarea din apele uzate a substantelor toxice, a microorganismelor, in scopul protectiei mediului inconjurator (emisar, in primul rand, aer, sol); o epurare corespunzatoare trebuie sa asigure conditii favorabile dezvoltarii in continuare a tuturor folosintelor (alimentari cu apa, piscicultura, agricultura). Evacuarea apelor uzate neepurate in mod corespunzator poate prejudicia, printre altele, in primul rand, sanatatea publica. Ca o prima masura 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 industrie, marimea lor fiind determinata de gradul de epurare necesar, de debitele si caracteristicile apelor uzate si ale emisarului, de folosintele prezente si viitoare ale apei.

Cateva definitii, conform HGR 188/2002 (care transpune Directiva UE privind apa uzata 91/271/CEE, cu nuantarea prin sinonime a unor termeni):

Ape uzate orașenști: ape uzate menajere sau amestec de ape uzate menajere cu ape industriale și/sau ape meteorice.

Ape uzate menajere:ape uzate provenite din gospodarii si servicii, care rezulta de regula din metabolismul uman si din activitatile menajere

Ape uzate industriale:orice fel de ape uzate ce se evacueaza din incintele in care se desfasoara activitati industriale si/sau comerciale, altele decat apele uzate menajere si apele meteorice.

Locuitor echivalent (le): incarcarea organica biodegradabila avand un consum biochimic de oxigen la 5 zile - CBO - de 60 g O /zi; Definitia porneste de la faptul ca, prin metabolism si activitatile menajere un om produce zilnic aceasta cantitate de materii organice poluatoare. Termenul 'echivalent' se refera la echivalarea gradului de poluare a

industriilor care produc ape uzate compatibile cu apele uzate menajere cu un numar corespunzator de locuitori, pe baza acestui indicator.

1.2. Caracterizarea fizico-chimica si tehnologica a apei epurate

Procesul de epurare consta in indepartarea din apele uzate a substantelor toxice, a microorganismelor, in scopul protectiei mediului inconjurator (emisar, in primul rand, aer, sol); o epurare corespunzatoare trebuie sa asigure conditii favorabile dezvoltarii in continuare a tuturor folosintelor (alimentari cu apa, piscicultura, agricultura). Evacuarea apelor uzate neepurate in mod corespunzator poate prejudicia, printre altele, in primul rand, sanatatea publica. Ca o prima masura 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 industrie, marimea lor fiind determinata de gradul de epurare necesar, de debitele si caracteristicile apelor uzate si ale emisarului, de folosintele prezente si viitoare ale apei.

Apa este un lichid incolor, fara miros, fara gust, inodora, insipida, ingheata la temperatura de 0^oC, fierbe la temperatura de 100^oC,pana la temperatura de +4^oC isi mareste constant densitatea 1 g/cm³ , dupa care se micsoreaza(apa isi mareste volumul la solidificare), la 25^oC, densitatea este de 0,997 g/cm Gheata pluteste pe apa, ceea ce face posibila viata acvatica, deoarece sub stratul de gheata se gaseste un strat de apa, densitatea gheti este de 0,917 g/cm Omologi apei , H₂S, H₂Se, H₂Te, sunt substante gazoase in conditii obisnuite. Apa reprezinta o serie de proprietati fizice care o deosebesc de celelalte hidruri din perioada a 2­-a. Aceste proprietati sunt cunoscute sub numele de ,,anomaliile proprietatilor fizice ale apei”.

Anomaliile observate in proprietatile fizice ale apei pot fi explicate pe baza asocieri moleculelor ei (v. asociatia moleculara).

Hidrura CH₄ NH₃ H₂O HF

p.t. [^oC]            -184 -78 0 -83

p.f. [^oC]            -164 -33 100 19,5

Puncte de topire si de fierbere ale hidrurilor elementelor din perioada a 2-a.

Hidrura p.t. [^oC] p.f. [^oC]

H₂O                  0 100

H₂S       -85,5 -60,3

H₂Se                 -65,7 -41,5

H₂Te -51 -4

Punctele de topire si de fierbere ale hidrurilor elementelor din grupa 16 (VI A).

Din analiza vaporilor punctele de topire si de fierbere ale hidrurilor prezentate se constata ca apa are constante fizice anormale de ridicare. Anomaliile proprietatilor fizice ale apei se explica prin faptul ca apa lichida nu este formata din molecule independente, ci din molecule asociate prin legaturi de hidrogen (H₂O)_n.

Studiile cu raze X asupra ghetii au evidentia o structura afanata. Fiecare molecula de apa este inconjurata tetraedic de alte 4 molecule. Prin trecerea ghetii in apa lichida masa nu variaza, dar volumul se micsoreaza.

Proprietatile fizico – chimice

Principalele proprietati fizico – chimice care caracterizeaza apa sunt:

Culoarea, care depinde de prezenta in apa a urmatoarelor substante:

Oxizi ferici, acizi humici, compusi de mangan, clorofila etc. Culoarea se determina prin comparatia probei cu o solutie etalon de clorura de platina si potasiu si clorura de cobalt. Se exprima in grade de culoare (un grad de culoare corespunde la 1 mg de clorura de platina pe litru). Culoarea variaza de la o sursa de apa la alta, de la un anotimp la altul, etc.

Temperatura, se masoara in grade Celsius si variaza in functie de sursa si anotimp. La apele de adancime temperatura variaza intre 6 si 12 grade, pe cand la cele de suprafata aceasta variaza intre 0 si 26 grade Celsius.

Radioactivitatea reprezinta proprietatea apei de a emite radiatii

permanent (α, β, γ). Acumularea emanatiilor radioactive in apa depinde de tipul sursei

(de adancime, freatica), de natura straturilor de roci pe care le strabate, de natura gazelor care se degaja din straturile subterane, etc.

Turbiditatea reprezinta raportul dintre cantitatea de material solid aflat in suspensie intr-o proba luata si cantitatea de apa a probei respective. Se exprima in grade de tulbureala (un grad de tulbureala corespunde la 1 mg de silice fin pulverizata si imprastiata intr-un litru de apa distilata – proba etalon).

Reziduul fix reprezinta totalitatea substantelor minerale si organice din

apa. Determinarea acestei proprietati se face prin evaporarea la 105 s C a apei dintr-o proba si se cantareste reziduul. Se exprima in mg/l.

Reactia apei este data de raportul cantitativ dintre ionii de hidrogen (H) si axidril (OH¯) aflati in apa la un moment dat. Pentru apa pura concentratiile celor doua grupe de ioni sunt egale. Predominarea ionilor de hidrogen determina caracterul acid al apei, iar predominarea ionilor de oxidril determina caracterul bazic al apei.

Reactia apei se determina prin indicele pH. Valorile extreme ale acestei scari sunt valorile pH –ului atinse de solutiile acide tari (valoarea pH = 0,0) sau ale solutiilor bazice tari (valoarea pH = 14,0).

Cresterea reactiei acide sau bazice a apei reprezinta o scadere a pH –ului de la valoarea 7, respectiv o crestere a pH-ului peste valoarea 7.

Cresterea reactiei acide a apei (pH < 7) se datoreaza prezentei in apa a bioxidului de carbon liber, a acizilor minerali si a sarurilor de acizi tari cu baze slabe, iar cresterea reactiei alcaline se

datoreaza prezentei in apa a ionilor de bicarbonat si fosfat. Limitele exceptionale ale pH-ului fiind 6,6 – 9,0.

Duritatea apei este data de prezenta in compozitia sa a sarurilor de calciu si magneziu sub forma de carbonati , bicarbonati, cloruri, fosfati, sulfati.

Duritatea poate fi temporara, data de carbonatii si bicarbonatii de calciu si magneziu si care poate fi eliminata prin fierbere. Duritatea temporara si cea permanenta prin insumare dau duritatea totala.

Duritatea se exprima in grade (un grad reprezentand 10 mg de oxid de calciu sau magneziu la un litru de apa). Din punct de vedere al duritatii totale, apele naturale se clasifica in ape moi (1-8 grade); ape semidure (8-12 grade); ape dure(12-30 grade); ape foarte dure (peste 30 grade).

Duritatea apei nu are o influenta prea bine cunoscuta asupra organismelor (oameni, animale, plante) dar influenteaza anumite procese tehnologice (in industria alimentara) sau instalatii (transportul prin conducte metalice si cazane de termoficare) prin depunerea sarurilor pe peretii lor.

Proprietati biologice

Acestea se refera la igiena apei, mai precis la bacteriile care se gasesc in apa. Aceste bacterii pot proveni direct de la sursa de apa sau pe traseul de la sursa la utilizator.

Principalele categorii de bacterii sunt:

bacteriile obisnuite (banale) care nu au influente asupra organismelor;

bacteriile saprofite, provenite din surse de poluare cu dejectii animale si

indica prezenta posibila a bacilului febrei tifoide;

bacteriile patogene care duc la imbolnavirea organismelor animale;

bacili coli, care insotesc bacilul febrei tifoide si care dau indicatii asupra

impurificarii apei cu ape de canalizare;

cunoasterea valorilor admisibile a acestor proprietati este foarte

importanta, atat in folosintele gospodaresti si industriale, cat mai ales in acele folosinte la care apa intra in retetarele unor produse alimentare.

1. Condiții de calitate, depozitare, transport

Primul pas spre epurare este colectarea apelor uzate, care se face prin sisteme de canalizare. ele sunt mai simple la poluanti industriali, dar foarte vaste si complicate in cazul canalizarii localitatilor, deoarece trebuie sa preia ape uzate fecaloid-menajere de la un foarte mare numar de surse - toate chiuvetele, WC-urile, cadele de dus sau baie etc. Se mai adauga canalele ce preiau apele pluviale. Apele acestea trebuie apoi conduse la statia de epurare, de unde apoi de regula sunt restituite in emisar, de obicei un rau. In final vom vedea o serie de reglementari in domeniu, pentru a intelege mai bine problema epurarii apelor.

Generalitati despre canalizari.

La densitati foarte reduse de populatie nu e nevoie de latrine si canalizari, campurile si padurile servind ca pentru orice animal drept loc de defecare si urinare. Asemenea conditii erau candva peste tot pe glob, dar treptat s-au redus incat astazi se mai intalnesc numai in zone montane sau desertice sau polare. In rest e nevoie de un sistem organizat.

In zilele noastre in tari dezvoltate exista sisteme performante de canalizare si in mediul rural, in schimb in meri orase din lumea a treia fecalele sunt in continuare depuse pe strada, unde sunt spalate de ploi, consumate de porci sau caini sau uscate de soare si transformate in praf. De exemplu in Mexico CIty o mare parte din praful din atmosfera este de fapt format din fecale umane uscate. Consecintele asupra sanatatii publice sunt pe masura de grave.

In zone rurale cu climat nu foarte rece si nu prea umed se pot folosi cu succes sisteme de tancuri septice cu campuri de absorbtie pe sol. Mai sigure dar mai scumpe sunt tancurile septice inchise, care se vidanjeaza periodic si se transporta intreg continutul la o statie de epurare, sau se face sistem centralizat de canalizare ca in mediul urban. O solutie ieftina hibrida este combinatia intre tanc septic care sa retina numai componenta solida a apelor uzate fecaloid-menajere si canalizare centralizata dar care sa colecteze si sa duca la statia de epurare numai componenta lichida. Avantajele unui astfel de sistem sunt ca tancul septic trebuie golit mult mai rar iar sistemul de canalizare se poate realiza cu tevi de diametre mult mai mici si deci cu costuri reduse.

Structura unei retele de canalizare. Exista diverse variante constructive, solutii tehnice, de design si de material folosit la canale. Majoritatea conductelor de canal sunt la noi din ciment sau azbociment, iar marile colectoare au structuri diverse, unele armate sau de metal, fiind adevarate tunele. Exista insa principii comune si variante larg folosite.

In mod tipic, in interiorul cladirilor sistemul incepe cu sifoane la chiuvete, WC-uri, pisoare, cade de dus sau baie, canale la nivelul podelei etc. Aceste converg gravitational spre subsolul cladirii de unde trec in exterior spre racordul cu reteaua publica de canalizare. Canalele pentru ape pluviale au deschideri spre strazi, curti si alte spatii. Ele sunt laterale in rigole sau orizontale, acoperite cu gratare. In interiorul putului se monteaza dispozitive care sa impiedice intrarea de gunoaie si eventual si emanarea de mirosuri, avand astfel canal cu galeata sau cu galeata si sifon. Galeata retine corpurile solide si se goleste periodic. Structura unei retele de canalizare este arborescenta: canalele de racord converg in canale colectoare secundare ce se reunesc in colectoare principale, ce se termina sau ar trebui sa se termine la statia de epurare. Retelele au si guri pentru vizitare, care sa permita accesul pentru control si intretinere.Canalele pot fi curatate prin diverse tehnici: Spalare cu presiune ridicata, curatare cu draga cu lant sau cablu; curatare cu vehicule speciale Constructia sistemului de canalizare trebuie sa asigure o perfecta etanseitate, o neta separare de reteaua de alimentare cu apa (cu care nu trebuie sa vina in contact si in nici un caz sa nu treaca deasupra ei) ca sa se evite orice posibila contaminare. Trebuie sa fie cadere suficienta, coturi nu prea stranse, adancime corespunzatoare ca sa nu apara iarna inghet si dimensionarile (diametre) adecvate ca sa permita preluarea intregului debit, sa nu se ajunga la blocaje si refulari la exterior pe strazi sau si mai rau in interiorul cladirilor.