EPURAREA
APELOR UZATE
1 Istoric si evolutie
Primele statii de epurare au aparut in Anglia
in secolul XIX. Initial
s-au realizat canalizari, care au rezolvat problema epidemiilor hidrice,
dar au facut din Tamisa un rau mort ce degaja
miros pestilential, incat in geamurile parlamentului au trebuit atarnate
carpe imbibate cu clorura de calciu. Abia atunci s-a
trecut la realizarea de statii de epurare. Tot in Anglia
s-au pus bazele monitoringului. Parametrul consum biochimic de oxigen CBO5 a
fost introdus in 1898 si a fost conceput in concordanta cu
realitatile englezesti - temperatura de 200C, timp de
rezidenta in rau 5 zile, tip de poluare predominanta fiind cea
fecaloid-menajera
In SUA, in 1984 existau 15438 de statii de epurare care deserveau o
populatie de 172205000 locuitori, adica 73,1% . Procentul de epurare
a apelor din punct de vedere al incarcarii organice masurate
prin CBO5 a fost de 84% iar din punct de vedere al suspensiilor de 86 %. Pentru anul 2005 se prevede atingerea unui nivel de
16980 de statii de epurare care sa deserveasca 243723000
locuitori, adica 86 % . Procentul de epurare a
apelor din punct de vedere al incarcarii organice masurate prin
CBO5 e planificat sa atinga 89 % iar din
punct de vedere al suspensiilor de 88,9%.
In SUA
tot mai putine ape uzate dupa epurare se descarca din nou in
emisar. Se infiltreaza in sol sau se utilizeaza pentru irigatii,
in industrie, pentru recreere (lacuri), pentru piscicultura, si chiar
ca sursa de apa potabila, dupa descarcare in lacuri
sau injectare in sol sau chiar direct, dar cu supunere la preparare
avansata. De exemplu in SUA se utilizeaza ape uzate la prepararea de
apa potabila in orase ca Palo Alto, Denver, El Paso si
chiar Washington DC! Aceasta e destul de scumpa, dar totusi mai
ieftina decat desalinizarea apei marine de exemplu, de aceea tehnologia se
raspandeste in tari arabe si africane
2 Principiul constructiv al unei statii de epurare a apelor uzate
Desi difera prin dimensiuni si tehnologii folosite, cea mai mare
parte a statiilor de epurare a apelor uzate orasenesti au o
schema constructiva apropiata. Exista si unele realizate pe
verticala, tip turn, dar majoritatea sunt pe orizontala. Ocupa relativ mult teren, dar o parte din
instalatii se pot realiza in subteran, cu spatii verzi deasupra.
Distingem o treapta primara, mecanica; o treapta secundara,
biologica; si la unele statii (deocamdata nu la toate!) o
treapta tertiara - biologica, mecanica sau chimica.
Treapta primara consta din mai multe elemente succesive:
· Gratarele retin corpurile plutitoare si suspensiile grosiere
(bucati de lemn, textile, plastic, pietre etc.). De regula sunt
gratare succesive cu spatii tot mai dese intre lamele.
Curatarea materiilor retinute se face mecanic. Ele se gestioneaza
ca si gunoiul menajer, luand drumul rampei de gunoi sau incineratorului
· Sitele au rol identic gratarelor, dar au ochiuri dese, retinand
solide cu diametru mai mic.
· Deznisipatoarele sau decantoarele pentru particule grosiere asigura depunerea
pe fundul bazinelor lor a nisipului si pietrisului fin si altor
particule ce au trecut de site dar care nu se mentin in ape linistite
mai mult de cateva minute. Nisipul depus se colecteaza mecanic de pe
fundul bazinelor si se gestioneaza ca deseu impreuna cu
cele rezultate din etapele anterioare, deoarece contine multe
impuritati organice.
· Decantoarele primare sunt longitudinale sau circulare si asigura
stationarea apei timp mai indelungat, astfel ca se depun si
suspensiile fine. Se pot adauga in ape si diverse substante
chimice cu rol de agent de coagulare sau floculare, uneori se interpun si
filtre. Spumele si alte substante flotante adunate la
suprafata (grasimi, substante petroliere etc.) se retin
si inlatura (despumare) iar namolul depus pe fund se
colecteaza si inlatura din bazin (de exemplu cu lame
racloare sustinute de pod rulant) si se trimite la metantancuri.
Treapta secundara consta si ea din mai multe etape:
· Aerotancurile sunt bazine unde apa este amestecata cu namol activ
ce contine microorganisme ce descompun aerob substantele organice. Se
introduce continuu aer pentru a accelera procesele biochimice.
Decantoarele secundare sunt bazine in care se sedimenteaza materialele de
suspensie formate in urma proceselor complexe din aerotancuri. Acest namol
este trimis la metantancuri iar gazele (ce contin mult metan) se folosesc
ca si combustibil de exemplu la centrala termica.
Treapta tertiara nu exista la toate statiile de epurare. Ea
are de regula rolul de a inlatura compusi in exces (de exemplu
nutrienti- azot si fosfor) si a asigura dezinfectia apelor
(de exemplu prin clorinare). Aceasta treapta poate fi biologica,
mecanica sau chimica sau combinata, utilizand tehnologii clasice
precum filtrarea sau unele mai speciale cum este adsorbtia pe carbune
activat, precipitarea chimica etc. Eliminarea azotului in exces se face
biologic, prin nitrificare (transformarea amoniului in azotit si apoi
azotat) urmata de denitrificare, ce transforma azotatul in azot ce se
degaja in atmosfera. Eliminarea fosforului se face tot pe cale
biologica, sau chimica.
In urma trecerii prin aceste trepte apa trebuie sa aiba o calitate
acceptabila, care sa corespunda standardelor pentru ape uzate
epurate. Daca emisarul nu poate asigura dilutie puternica, apele
epurate trebuie sa fie foarte curate. Ideal e sa aiba o calitate
care sa le faca sa nu mai merite numite ape uzate dar in
practica rar intalnim asa o situatie fericita. Pe de o
parte tehnologiile de epurare se imbunatatesc, dar pe de
alta parte ajung in apele fecaloid-menajere tot mai multe substante
care nu ar trebui sa fie si pe care statiile de epurare nu le
pot inlatura din ape.
In final
apa epurata este restituita in emisar - de regula raul de unde
fusese prelevata amonte de oras. Ea contine evident inca
urme de poluant, de aceea este avantajos ca debitul emisarului sa fie mare
pentru a asigura dilutie adecvata.
Alte solutii propun utilizarea pentru irigatii a apelor uzate
dupa tratamentul secundar, deoarece au un continut ridicat de
nutrienti. Acest procedeu e aplicabil daca acele ape nu contin
toxice specifice peste limitele admise si produsele agricole rezultate nu
se consuma direct. In acest caz nu mai este necesara treapta a III-a
si nu se mai introduc ape in emisar (fapt negativ din punct de vedere al
debitului dar pozitiv pentru calitate, deoarece apele epurate nu sunt
niciodata cu adevarat de calitate apropiata celor naturale
nepoluate antropic). Se experimenteaza si utilizarea apelor uzate ca
sursa de apa potabila, desigur cu supunerea la tratamente
avansate de purificare.
Namolul din decantoarele primare si secundare este introdus in
turnuri de fermentatie, numite metantancuri. De obicei sunt rezervoare de
beton armat de mari dimensiuni, unde se asigura temperatura relativ ridicata,
constanta, si conditii anaerobe, in care bacteriile
fermenteaza namolul si descompun substantele organice
pana la substante anorganice, rezultand un namol bogat in
nutrienti si gaze care, continand mult metan, se utilizeaza
ca si combustibil.
3 Probleme particular ale epurarii apelor uzate
· Statii de epurare integral biologice
In anumite conditii de clima se poate folosi si epurarea
biologica cu plante, prin mlastina / laguna de epurare,
care poate retine fosfatii, nitratii si agentii
patogeni. Un hectar de stuf de exemplu extrage din apa anual 10-15 tone de
azot, fosfor si sulf si peste 150 tone de poluanti organici!
La Arcata (California) in mod experimental s-a introdus un sistem de epurare
exclusiv biologic, cu plante, intr-un sistem de mlastini si lacuri. Fezabilitatea pe
termen lung si posibilitatea de a folosi pe scara larga asemenea
tehnologie este deocamdata controversata.
· Preepurarea apelor uzate industriale
Apele uzate industriale au de regula nivele inalte de incarcare cu
poluant si mai ales au caracteristici frecvent foarte diferite de cele
uzate fecaloid-menajere. De aceea ele nu pot fi epurate direct in statiile
de epurare orasenesti, ci trebuie supuse unui proces de
preepurare specifica, adaptata naturii poluantului sau
poluantilor in cauza, si apoi eventual descarcate in
canalizarea oraseneasca si duse la statia clasica
de epurare. Se poate face si o statie complet separata pentru
apele industriale, care sa asigure epurare pana la nivelul la care
pot fi descarcate legal in emisar (rau de exemplu). O asemenea statie
complet separata se poate justifica economic la mari intreprinderi
Ape industriale uzate sunt si cele ce provin din spalarea gazelor,
inclusiv a celor de la centralele termice sau termoelectrice, unde apele
incarca bioxid de sulf, rezultand gaze mai putin poluante pentru
atmosfera dar ape foarte poluate, ce trebuie epurate.
Uneori apele uzate industriale au incarcari de poluanti pentru
care nu exista tehnologie de epurare adecvata, singura solutie
ramanand in acest caz injectarea profunda.
· Problema namolului
Din statiile de epurare rezulta mari cantitati de
namol. De exemplu in Germania se produc anual peste 100 de milioane de
tone de namol brut! Acesta este in final uscat prin diverse procedee
si poate fi utilizat ca ingrasamant agricol sau dupa
caz este transportat la rampa de gunoi si haldat sau incinerat sau supus
pirolizei. Utilizarea ca ingrasamant oricum nu se face direct,
ci mai intai trebuie supus unui proces de conditionare ce poate cuprinde
dezinfectie, adaugare de saruri de aluminiu si fier, var,
cenusa, materiale de floculare apoi deshidratare prin presa sau
centrifuga.
In ultimul timp in apele uzate ajung tot mai multe metale grele si
alti poluanti care fac ca namolul sa fie toxic si
neadecvat utilizarii ca ingrasamant. In Germania de exemplu
doar circa 40% poate fi utilizat in agricultura. Alternative sunt
folosirea lui ca materie prima la caramizi speciale si alte
materiale de constructii. O practica larg raspandita in
trecut si din fericire abandonata dupa indelungi scandaluri a
fost deversarea in ocean a namolului provenit din statii de epurare a
apelor.
· Metode speciale de epurare a apelor - osmoza inversa
Osmoza a fost descoperita in 1748 iar osmoza inversa mult mai tarziu,
dar cu vaste aplicatii. Ea produce apa curata, chiar prea
curata (demineralizata) si se poate folosi pentru epurarea
apelor uzate , preparare de apa potabila, dar si in alte scopuri
( producerea ghetii, aplicatii biomedicale si de laborator, in
fotografie, industria farmaceutica, cosmetica, electronica
si electrotehnica, zootehnie, medicina pentru hemodializa,
dedurizarea apei pentru centralele termice etc.).
Principiul de functionare al procedeului este o membrana
semi-permeabila prin care apa trece foarte usor dar alte
substante mai putin sau deloc din cauza marimii moleculei.
Punand in contact doua mase de apa cu concentratii diferite de
diverse substante, separate prin membrana, la osmoza normala apa
va tinde sa traverseze membrana de la solutia mai diluata
catre cea mai concentrata pana la egalarea concentratiilor.
Dar daca pe solutia mai concentrata se aplica o presiune
mare, peste nivelul celei osmotice produsa de diferenta de
concentratie, procesul este invers si apa trece din solutia
concentrata spre cea diluata, cu alte cuvinte de la cea poluata
spre cea purificata.
Stratul de solutie concentrata care se formeaza pe
suprafata membranei trebuie indepartat periodic pentru a preveni
astuparea microporilor prin care trec moleculele de apa. In acest sens se
poate utiliza un pre-filtru cu carbon activ pentru retinerea clorului care
poate distruge membrana si a unui pre-filtru pentru sedimente care sa
retina suspensiile fine. Dedurizarea prealabila a apei e
necesara daca e foarte dura.
· Latrinele nu sunt o adevarata rezolvare a problemelor apelor uzate.
Multe sunt doar niste gropi in pamant de unde dejectiile se
infiltreaza in sol si il contamineaza cu multiple
substante. Corect ele ar trebui sa aiba bazinele betonate
si sa fie vidanjate periodic iar dejectiile sa fie
transportate la statia de epurare.
· Injectarea profunda - o alternativa la epurare?
O solutie mai putin ecologica in locul tratarii in
statii de epurare sau alte metode este injectarea profunda a apelor
uzate, in zone si adancimi unde nu contamineaza surse de apa
subterana in uz curent sau cunoscute. In functie de natura
poluantului, unele speram sa isi modifice sau reduca
continutul de poluanti, dar la majoritatea se spera doar sa
nu ne deranjeze in urmatoarele secole sau chiar milenii, ceea ce nu este
deloc o abordare durabila, dar se practica, la fel ca depozitarea
deseurilor nucleare puternic radioactive.
Injectarea se face la adancimi de regula de 500-2000 metri, cu extreme de
la cateva sute de metri pana la peste 4000 de metri. Depinde si de
tipul de roca / formatiune geologica in care se injecteaza,
de regula nisip, gresie, dolomit sau calcare. Debitul si presiunea
sunt si ele variabile, iar tipurile de ape uzate care se injecteaza
sunt de regula ape grav contaminate si foarte greu de epurat sau in
cantitati foarte mari. Categorii de ape uzate injectate profund: ape
uzate comunale si industriale, ape sarate de la exploatari
petroliere, ape utilizate la minerit prin solvire a diverselor minerale
(clorura de sodiu, potasiu, fosfati, uraniu, cupru etc.), ape
utilizate in procedeul de ardere in situ a combustibililor fosili
(carbune, sisturi bituminoase), producere de energie
electrica pe baza celei geotermale; ape radioactive sau incarcate cu
substante de inalta toxicitate din industria farmaceutica,
chimica etc.; ape de racire; ape meteorice colectate de
canalizari municipale si alte structuri. Se practica ti
reinjectare de ape ne sau putin uzate din ratiuni hidrogeologice, cum
sunt reincarcarea acviferelor, injectii de barare a intruziuni apei
sarate in acvifer, injectii de solide sub forma de suspensie
inapoi in golurile de unde au fost extrase ex. steril inapoi in mine. In SUA,
cel mai frecvent au fost injectate ape uzate de provenienta din industria
chimica, farmaceutica si petrochimica (55%), rafinarii
si industrie extractiva de gaze naturale (20%), industria
metalurgica (7%).
