Embed Size (px)
Citation preview
3
FACULTATEA DE TEHNOLOGIA PETROLULUI ŞI PETROCHIMIE
SPECIALIZAREA: INGINERIA ŞI PROTECŢIA MEDIULUI ÎN INDUSTRIE
PROIECT
TRATAREA ŞI EPURAREA
APELOR REZIDUALE
ÎNDRUMĂTOR STUDENT:
PROIECT: Stanciu Ionut Catalin
Conf. Dr. Ing. AN IV, I.P.M-F.R
PANAITESCU CAŞEN T.P.P./I.P.M.
PLOIEŞTI
2014
4
TEMA DE PROIECTARE
A. Să se elaboreze proiectul tehnologic al unei instalații de epurare a apelor uzate municipale
Se dau următoarele date: Qzi,max =645 m3/h= 0,179 m
3/s
B. Compoziția apelor uzate care sunt introduse în stația de epurare
Solide în suspensie - Ciss = 450 mg/l
Compuși organici - CBO5 = 530 mg/l
CCO-Cr = 660 mg/l
Azot total – CiN = 8.6 mg/l
Temperatura apei uzate: 20°C
pH = 6.3
C. Analize de laborator ale emisarului în care se deversează apele epurate:
Concentrația de oxigen dizolvat din receptor = 6 mg/l
CCCO-Cr = 2 mg/l
Solide în suspensie: (CSS)r = 50 mg/l
Azot total CNr = 2.5 mg/l
Temperatura medie a apei = 10°C
D. Studiile hidrologice ale emisarului indică:
Viteza medie a apei – v = 1,5m/s
Debitul emisarului - Qe = 7,8 m3/s
Coeficientul de sinuozitate al râului = 1,2 Constanta de oxigenare a apei din emisar - K2 = 0,17 zi
-1
E. Utilaje ce urmează a fi proiectate:
Treapta mecanică:
Grătar
Deznisipator
Separator grăsimi
Bazin de egalizare
Decantor primar
Treapta mecano-biologică 1:
Bazin cu nămol activ
Decantor secundar
Treapta mecano-biologică 2
Bazin cu nămol activ
Decantor secundar
5
1. ASPECTE TEORETICE PRIVIND PROIECTAREA TEHNOLOGICĂ A
INSTALAŢIILOR UNEI STAŢII DE EPURARE
A APELOR UZATE MUNICIPALE
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 numărului şi
complexităţi poluanţilor din aceste ape uzate.
Lucrarea urmăreşte proiectarea unei staţii de epurare a apelor uzate, 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).
Poluarea apelor
Poluarea reprezintă un fenomen complex de modificare a proprietăţilor şi caracteristicilor
naturale ale apei curate prin introducerea unor substanţe sau forme de energie.
Poluarea poate fi caracteristică prin prezenţa oricărei substanţe străine (organice, anorganice,
biologice sau radiologice) care tinde să degradeze calitatea apei şi să o facă improprie folosinţelor.
În timpul parcursului pe suprafaţa solului sau în sol, apele se impurifică prin dizolvarea sau
încărcarea cu suspensii din rocile care alcătuiesc terenul sau din murdăriile depozitate în mod
natural sau artificial.
Apele de canalizare care se deversează în emisar provin din apele restituite din locuinţe,
centre populate, unităţi industriale agrozootehnice etc. şi de pe teritoriile aferenţilor lor. Ele se
clasifică în raport cu provenienţa în :
ape uzate menajere publice
ape industriale
Apele uzate menajere se formează în locuinţe prin folosirea apei potabile la prepararea
hranei, la spălatul vaselor, al rufelor sau la întreţinerea curentă a clădirilor. În aceste ape de scurgere
există substanţe care se formează prin descompunerea substanţelor albumenoide, avuide, aruine,
hidrogen sulfurat. Apele uzate publice se formează în băi publice piscine, ape rezultate de la spălatul
străzilor a autovehiculelor.
Industria foloseşte cantităţi importante de apă pentru diferite procese tehnologice deversând
în emisar ape puternic impurificate. Felul şi gradul de impurificare sunt specifice fiecărei ramuri de
activitate industrială dar caracteristica lor comună este prezenţa impurităţilor în concentraţie mare şi
aproape totdeauna a unor substanţe dăunătoare atât florei şi faunei acvatice cât şi omului .
6
Poluarea industrială are diverse aspecte legate de procesul tehnologic de producţie astfel
încât în emisar pot fi deversate ape uzate încărcate cu diverşi compuşi chimici, ape cu temperaturi
mai ridicate decât cea a mediului, ape încărcate cu diverse substanţe organice sau suspensii.
Apele uzate în agricultură apar datorită procedeelor moderne de îngrăşare a soluţiilor de
combatere a dăunătorilor şi din complexele agrozootehnice. Poluarea cu substanţe chimice folosite
în agricultură devine îngrijorătoare pe de o parte datorită suprafeţelor intense pe care se folosesc
aceste substanţe iar pe de altă parte datorită marii stabilităţi în timp a acestora.
Deversarea în emisar a apelor uzate în care sunt prezente cantităţi mari de substanţe poluante
prin natura şi concentraţia lor provoacă apariţia unor efecte negative asupra florei şi faunei cât şi
asupra întregii economii aflate în aval de punctul de descărcare cum ar fi:
1. apele uzate de la combinatele de celuloză şi hârtie care conţin multă celuloză şi dacă vin în contact
cu sârmele de fier prezente în multe din râurile de la noi dau o coloraţie de cerneală greu de
eliminat; aceleaşi ape formează colonii mari de ciuperci care blochează grătarele, înfundă filtrele
sau creează depuneri mari în canale şi rezervoare;
2. apele care conţin crom peste 1 mg/l împiedică autodepunerea cursurilor naturale;
3. apele cu praf de cărbune colmatează malurile şi dau o coloraţie neagră-cenuşie, modificând
condiţiile de autoepurare ale râurilor;
4. apele deversate de la abatoare, lăptării favorizează puternic dezvoltarea bacteriilor şi a microbilor
patogeni.
Menţinerea în stare curată a apelor naturale mai ales în regiunile industriale prin purificarea
satisfăcătoare a apelor uzate reprezintă modul cel mai bun şi mai economic de a asigura industria cu
apa de care are nevoie.
Criteriul teoretic este de a restitui circuitului natural apa utilizată cu acelaşi grad de puritate
pe care îl avea atunci când a fost captată.
In practică se ţine seama de exigenţele unor consumatori specifici locali din zona respectivă
iar pe de o parte de proprietatea de autopurificare pe care o au apele naturale.
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
menţionează: compuşii anorganici solubili, compuşii organici nebiodegradabili, solidele în
suspensie, coloizii si organismele patogene.
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
7
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).
1.1. Considerente privind epurarea apelor uzate
1.1.1 Poluanţi caracteristici
Apele uzate cu cea mai mare încărcătură de poluanti sunt apele uzate menajere şi cele
industriale. O parte din poluanţi le sunt comuni:
Principalele categorii de poluanţi care conferă apelor ce îi conţin caracteristici de ape uzate,
prin alterarea caracteristicilor fizice, chimice şi biologice ale acestora sunt:
1.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 oxygen dizolvat cu
repercursiuni asupra florei, faunei. Prezenţa acestor compuşi este indicată de CBO5.
2.Nutrienţi includ: 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.
3.Substanţe toxice (poluanţi prioritari) respectiv metale grele, ciauri, compuşi organici
cloruraţi , lignina, proveniţi dinn industria chimică, celulozei şi hârtiei, petrochimică.
Poluanţii prioritari sunt compuşi organici sau anorganici selectaţi pe baza toxicităţii foarte
mari, efectelor cancerigene sau mutagene.Aceşti poluanţi sunt enumiţi şi compuşi toxici (refractari)
şi se găsesc în majoritatea cazurilor în apele uzate industriale, fiind însă uneori depistaţi în cantităţi
8
foarte mici în apele alimentare fie datorită unor infiltraţii, fie epurării necorespunzătoare a apelor
din amonte.
O clasificare a compuşilor organici nebiodegradabili care reprezintă majoritatea poluanţilor
organici prioritari s-a realizat pe clase de compuşi astfel:
-compuşi halogenaţi ai hidrocarburilor saturate şi nesaturate;
-compuşi aromatici monociclici;
-compuşi fenolici;
-compuşi policiclici;
-eteri siesteri ai acidului ftalic;
-compuşi cu azot;
-pesticide;
-compuşi policloruraţi ai fenil benzenului.
Impactul este deosebit asupra cursurilor de apă, asupra oamenilor şi asupra organismelor
acvatice.
Încetinesc sau stopează procesele de autoepurare sau epurare biologică şi pot da produşi de
dezinfecţie.
4.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.
5.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.
6.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).
7.Contaminarea bacteriologică poate fi produsă de către industriile alimentare, crescătoriile de
animale sau canalizarea apelor menajere şi industriale în sistem combinat [Macoveanu M. Şi alţii-
1997].
1.1.2 Impactul poluanţilor asupra mediului
Odată cu creşterea numărului populaţiei şi necesităţii ei se înregistrează o creştere
considerabilă a producerii diferitor substanţe şi articole sintetice în compoziţia cărora intră compuşi
chimici care în timpul fabricării şi utilizării prezintă un pericol mare pentru sănătatea oamenilor şi
mediul ambient.
A sporit considerabil şi utilizarea pesticidelor în agricultură, aplicarea intensivă a acestora
provoacă efecte toxice asupra tuturor fiinţelor vii.
O categorie deosebit de periculoasă a compuşilor menţionaţi o prezintă poluanţii organici
persistenţi (P.O.P) care se utilizează în industrie şi agriculură şi în unele cazuri se generează în
cadrul proceselor industriale.
9
În majoritatea bazinelor acvatice, cursurilor de apă, mărilor sunt depistate diferite concentraţii
de pesticide şi alte substanţe organice persistente.
În cazul unor cantităţi mai mari de pesticide apa capătă un miros specific, carac-teristic acestor
tipuri de substanţe.
Datorită proceselor de migrare,pesticidele impreună cu apa de ploaie se infiltrează în straturile
freatice şi chir în cele arteziene.
Sursa cu cel mai mare număr potenţial de poluare este agricultura. Reziduurile netratate de la
formele zootehnice sunt împrăştiate pe terenuri şi o parte îşi croiesc drum până la cursul de apă.
1.1.3. Necesitatea epurării apelor uzate
Pentru asigurarea cantitativă şi calitativă a apei necesara tuturor folosinţelor (industrii, irigaţii,
oraşe) este necesar, ca pe lângă alte lucrări şi măsuri de gospodărire a apelor, să se asigure utilizarea
cu randament maxim a instalaţiilor de epurare existente şi să se dezvolte noi tehnologii de epurare
capabile să asigure din apa epurată o nouă sursă de apă pentru alimentarea sistemelor de irigaţii sau
pentru industrii.
Procesul de epurare constă în îndepărtarea din apele uzate a substanţelor poluante, în scopul
protecţiei calităţii apelor şi a mediului înconjurător. Epurarea constitue unul din aspectele poluării
apei. Stabilirea comportarii multiplelor substanţe care poluează apele de suprafaţă, precum şi
efectelor asupra organismelor vii fac obiectivul epurării apelor.
Epurarea apelor uzate se efectuează în construcţii şi instalaţii grupate într-o anumită
succesiune tehnologică în cadrul unei staţii de epurare. Mărimea staţiei de epurare va depinde de
cantitatea şi calitatea apelor uzate ale receptorului, de condiţiile tehnice de calitate, care trebuie să le
îndeplinească amestecul dintre apa uzată şi a receptorului în aval de punctul de deversare a apelor
uzate, astfel încât folosinţele din aval să nu fie afectate.
O caracteristică a staţiilor de epurare o reprezintă „‟materia primă‟‟ care este apa uzată.
Randamentul impus la eliminarea poluanţilor din apă (gradul de epurare) este adesea la ordinul a
80% şi chiar peste 95%, valori superioare celor obişnuite în prelucrărle industriale. Una din
metodele de bază aplicate pentru eliminarea poluanţilor organici din apele uzate,epurarea biologică
operează cu populaţii de microorganisme,cu evoluţie deosebit de greu de dirijat.
Staţiile de epurare se realizează cu costuri de investigaţii mari şi cu cheltuieli de exploatare
ridicate, care, numai parţial pot fi recuperate. Se impun studii tehnico-economice aprofundate în
vederea găsirii soluţiilor care să contribuie la reducerea diferitelor costuri.În acest scop se are în
vedere aplicarea unor măsuri preliminarede prevenire a poluării apelor, respective uşurarea epurării
apelor uzate [Dima M.-1998]
10
1.2. Condiţiile de calitate a factorilor de mediu si normativele
1.2.1. Condiţiile de calitate privind evacuarea apelor uzate în apele de suprafaţă
În vederea protecţiei apelor ca factor natural al mediului înconjurător,ca element de bază
pentru viaţă şi desfăşurarea activitătilor social economice, evacuarea apelor uzate în apele de
suprafaţă se face numai în condiţiile prevăzute de Legea Apelor nr.8/1974.
Pentru respectarea acestor condiţii, sunt necasare numeroase studii şi cercetări în vederea
stabilirii schemei optime a statiei de epurare.
Codiţiile tehnice de calitate pe care trebuie să le îndeplinească apele de suprafată, după
amestecul lor cu apele uzate brute sau epurate sunt specificate de către Legea “Apelor Române”, în
grija cărora se află bazinele hidrografice.
Se recomandă ca evacuarea în emisar a apelor uzate ale căror grade de diluţie sunt cuprinse între
50-100 să se realizeze prin guri de vărsare speciale de difuzie în vederea obţinerii de valori limită
admise [Dima M.-1981].
Obiectivul acestei Directive este reducerea poluarii cu substante din Lista II în toată Uniunea
Europeana şi eliminarea poluarii cu cele mai periculoase substante (prevăzute pe Lista I a
Directivei). Directiva aceasta este asimilată acum cu Directiva Cadru privind Apa, dar majoritatea
prevederilor, cu exceptia Listei I şi Listei II inlocuite de Lista de substanţe prioritare/prioritar
periculoase, rămân în vigoare până în 2013.
În legislatia din Romania aferentă acestei directive, respectiv HG nr. 118/2002, termenul de
“substanţe din Lista I si Lista II” a fost înlocuit cu termenul “substanţe prioritare/prioritar
periculoase din Lista de substanţe prioritare în domeniul politiciii apelor, prezentă şi în Legea
Apelor nr. 310/2004
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.
11
Tabelul 1.1. Valori limită de încărcare cu poluanţi a apelor uzate industriale şi urbane
evacuate în receptori naturali
Nr.crt
Indicatorul de calitate
Valorile limită admisibile
1. Temperatura (°C) 35,0
2. pH 6,5-8,5
3. Materii în suspensie (mg/l) 35,0
4. Consum biochimic de oxigen la 5 zile (mg O2/l) 25,0
5. Consumul chimic de oxigen (CCO-Cr, mg O2/l) 125,0
6. Azotat amoniacal (mg/l) 2,0
7. Azotat total (mg/l) 10,0
8. Azotaţi (mg/l) 25,0
9. Sulfuri şi hidrogen sulfurat (mg/l) 0,5
10. Sulfiţi (mg/l) 1,0
11. Sulfaţi (mg/l) 600,0
12. Fenoli antrenabili cu vapori de apă (mg/l) 0,3
13. Substanţe extractibile cu solvenţi organici (mg/l) 20,0
14. Produse petroliere (mg/l) 5,0
15. Fosfor total (mg/l) 1,0
16. Detergenţi sintetici (mg/l) 0,5
17. Cianuri totale (mg/l) 0,1
18. Clor rezidual liber (mg/l) 0,2
19. Cloruri (mg/l) 500,0
20. Fluoruri (mg/l) 5,0
21. Reziduu filtrat la 105°C (mg/l) 2000,0
22. Arsen (mg/l) 0,1
23. Aluminiu (mg/l) 5,0
24. Calciu (mg/l) 300,0
25. Plumb (mg/l) 0,2
26. Cadmiu (mg/l) 0,2
27. Crom total (mg/l) 1,0
28. Crom hexavalent (mg/l) 0,1
29. Fier total ionic (mg/l) 5,0
30. Cupru (mg/l) 0,1
31. Nichel (mg/l) 0,5
32. Zinc (mg/l) 0,5
33. Mercur (mg/l) 0,05
34. Argint (mg/l) 0,1
35. Molibden (mg/l) 0,1
36. Seleniu (mg/l) 0,1
37. Mangan total (mg/l) 1,0
38. Magneziu (mg/l) 100,0
39. Cobalt (mg/l) 1,0
12
1.2.2. Caracteristicile apelor uzate
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,
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
13
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 aduce 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/dm
3 la 20°C şi la 14,23 mg/dm
3la
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
14
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 1.2. 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.
15
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 CO2 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 amoniac 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.
16
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
17
de organisme poate oferi indicaţii asupra desfăşurării procesului de epurare biologică sau de
fermentare a nămolurilor [Dima M.-1998].
2. TEHNOLOGIA ADOPTATĂ ÎN EPURAREA APELOR UZATE
Variante tehnologice de epurare a apelor uzate
În funcţie de caracteristicile apelor uzate definite de provenienţa acestor ape,la care se adaugă
condiţiile de calitate la deversare în receptori impuse de STAS 4706-88, procedeele de epurare pot
fi mecanice, mecano-chimice, mecano-biologice, mecano-chimică-biologică, avansat [Dima M.-
1998].
Procesele tehnologice de epurare a apelor uzate realizeaze reducerea sau eliminarea completă
a impurităţilor de natură minerală, organică şi bacteriologică astfel încât apele epurate să nu
afecteze caracteristicile calitative ale emisarilor în care se evacuează.
Epurarea apelor uzate, indiferent de procedeele utilizate, are ca obiective:
reţinerea substanţelor poluante sau a celor ce pot fi valorificate ulterior având ca efecl
final obţinerea apei epurate ce poate fi reintrodusă în circuitul natural sau recirculată în procese
tehnologice;
prelucrarea depunerilor (nămolurilor) rezultate din epurarea apelor.
Procedeele tehnologice de epurare realizate în cadrul staţiilor de epurare municipale sau
industriale utilizează operaţii unitare (bazate pe fenomene fizice de reţinerea poluanţilor) sau
procese unitare(bazate pe procese chimice şi biologice de transformare a poluanţilor în compuşi mai
simpli,sau chiar molecule de CO2 şi H2O [Axinte S. şi altii-2003].
Procedeele de epurare mecanică
Asigură reţinerea prin procese fizice, a substanţelor solide (solide de dimensiuni mari, nisip,
pietriş, solide în suspensie) din apele uzate.
Pentru reţinerea corpurilor solide de dimensiuni mari se folosesc grătare şi site; pentru
separarea, prin flotaţie sau gravitaţională, a grăsimilor şi uleiurilor care plutesc în masa apei uzate,
se folosesc separatoare de grăsimi, iar sedimentarea materiilor solide în suspensie, are loc în
deznisipatoare, decantoare, fose septice. În epurarea mecanică (decantoare) se reţine şi o parte din
material organică biodegradabilă, datorită asocierii acesteia cu solidele în suspensie.
Dacă în canalizarea orăşenească sunt deversate mari cantităţi de ape uzate industriale, pentru a
proteja desfăşurarea normală aproceselor de epurare în treaptă mecanică, se prevede o treaptă
preliminară, realizată în bazine de egalizare (uniformizare) a debitelor şi a concentraţiilor.
18
Figura 2.1. Reprezentarea schematica a unui procedeu de epurare mecanică
G/S – grătare/site;
DZ – deznisipator;
D.P. – decantor primar;
Procedeele de epurare mecano-biologică
Se bazează pe acţiunea comună a proceselor mecanice, chimice şi biologice şi pot avea loc în
condiţii naturale (câmpuri de irigare şi de infiltrare, iazuri biologice, lagune aerate) sau în condiţii
artificiale prin filtrare biologică (filtre biologice de mică sau de mare încărcare, filtre biologice
scufundate, filter tun, aerofiltre, pentru apele uzate) sau în bazine de aerare cu nămol active (de
mică sau de mare încărcare, cu aerare normală sau prelungită, cu distribuţia în trepte a materiei
organice).
Construcţiile şi instalaţiile în care se realizează procesele biochimice de epurare biologică
alcătuiesc treapta secundară a staţiei de epurare, având drept scop final, reţinerea materiilor solide
dizolvate şi în special a celor organice (biodegradabile).
Nămolul produs în treapta biologică este reţinut prin decantare, în decantoarele secundare.
În aceasta treaptă de epurare sunt necesare unele construcţii şi instalaţiile de deservire (instalaţii
pentru producerea şi introducerea artificială a aerului,staţii de pompare şi conducte pentru
transportul şi distribuţia nămolului activ).
Figura 2.2. Reprezentarea schematica a unui procedeu de epurare mecano-biologică
19
G/S – grătare/site;
Dz – deznisipator;
D.P. – decantor primar;
B.N.A. – bazin cu nămol activ;
D.S. – decantor secundar.
Procedeele de epurare avansată
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 menţionează:
compuşii anorganici solubili, compuşii organici nebiodegradabili, solidele în suspensie, coloizii si
organismele patogene.
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).
În mod normal, ciclul apei a fost întotdeauna utilizat pentru a reprezenta transportul continuu
şi transformările suferite de ape în mediu, cuprinzând toate sursele naturale de ape de suprafaţă
(râuri, fluvii, mări, oceane) apă subterană, apă din atmosferă. Dupilizarea apei, efluenţii în cantităţi
şi grade de poluare diferite pot fi recirculaţi sau reutilizaţi în conformitate cu reprezentarea din
Figura 2.3. Recircularea se referă la utilizarea apei provenite din procese industriale, după o
epurare corespunzătoare pentru a satisface necesităţile privind consumul de apă în aceleaşi unităţi
economice (apa de spălare, apa de proces, apa utilizatnt termic: răcire, încălzire).
Figura 2.3. Ciclul si posibilitatile de recirculare/ reutilizare a apei
20
Reutilizarea apei rezultată din staţiile de epurare municipale sau de pe platformele industriale
poate avea ca beneficiari agricultura, sistemele de irigaţii, sistemele duale de alimentare a
locuinţelor, piscicultura, îmbogăţirea acviferelor).
a)în această reprezentare,modalităţile de deversare respective posibilităţile de recirculare/
reutilizare sunt prezentate cu linii punctuate.
b)deversarea efluenţilor staţiilor de epurare municipale în emisari;
c)reutilizarea efluenţilor staţiilor de epurare municipale în procese industriale;
d)recircularea efluenţilor,după epurare,în cadrul proceselor industiale;
e)recircularea efluenţilor staţiilor de epurare municipale pentru tratare în vederea obţinerii apei
potabile;
f)reutilizarea efluenilor staţiilor de epurare municipale pentru irigaţii;
g)reutilizarea efluenilor staţiilor de epurare municipale pentru suplimentarea resurselor de apă
subteran.
Dintre procedeele de epurare avansată avem:
a)procedee care au la bază procese fizice: filtrarea, flotaţia cu aer, evaporarea, extrcţia lichid-
lichid, adsorbţia, procedeele de membrană (microfiltrarea, ultrafiltrarea, osmoza inversă,
electrodializa), distilarea.
b)procedeele care au la bază procese chimice: oxidarea cu aer umed,oxidarea cu apă în condiţii
supercritice, ozonizarea, precipitarea chimică, schimbul ionic, procesele electrochimice;
c)procedee care au la bază procese fizico-chimice: îndepărtarea azotului prinstripare cu aer,
clorinare, schimb ionic;
d)procedee care au la bază procese biologice: îndepărtarea azotului prin procese de nitrificare/
denitrificare sau oxidarea amoniacului prin nitrificarea biologică [Axinte S.,Teodosiu C,.şi alţii-
2003].
3. DETERMINAREA GRADULUI DE EPURARE NECESAR
Gradul de epurare (GE) este definit ca procentul de reducere, ca urmare a epurarii, a unei
parti din elemente poluante de natura fizica, chimica si biologica din apele uzate astfel incat
concentratia ramasa in apa epurata sa reprezinte sau sa se incadreze in valoarea limita admisibila
stabilita prin NTPA 001/2005.
Dupa tipul apei de suprafata, deosebim trei categorii de ape de suprafata care pot fi supuse
procesului de epurare, si anume: ape potabile, ape de agrement si ape industriale.
Formula generala pentru calculul gradului de epurare (GE) este:
,100
i
fi
c
ccGE (%)
unde:
21
ci – concentratia initiala a poluantilor din apele uzate pentru care se determina gradul de
epurare (mg/l);
cf – concentratia finala a poluantilor din apele uzate dupa procesul de epurare (mg/l).
Se defineste gradul de dilutie, notat cu d, care se determina cu relatia:
,q
Qd e
unde: Qe – debit de emisar (m3/s);
q – debit de ape uzate considerat a fi debitul maxim zilnic (m3/s).
Inlocuind cu valorile cunoscute din tema de proiectare, avem:
Qe = 7,8 m3/s;
q=645m3/h q = 0.179 m
3/s.
7,8
43,580,179
d
Avand in vedere faptul ca dilutia nu se realizeaza in bune conditii in punctul de deversare a
apei uzate in emisari decat dupa o anumita lungime a cursului de apa (Lamestec), se va calcula un
coeficient de dilutie real d’ cu relatia:
,'
q
Qad e
unde: a – coeficient de dilutie corespunzator sectiunii considerate. Se calculeaza in doua moduri:
a = 0.7 – 0.9 (cu precizarea ca numai in sectiunea de amestec complet,sectiune ideala,
teoretica, poate avea o valoare egala cu unitatea). Se adopta a = 0.8.
' 0,8*7,8
34,860,179
d
Acest coeficient de diluţie poate fi determinat şi cu ajutorul unei formule stabilită de
I.B. Rozdiler:
,
1
1
3
3
Le
L
eq
Q
ea
unde: α – coeficient ce caracterizează elementele hidraulice ale emisarului asupra desfăşurării
procesului de autoepurare, respectiv asupra amestecării şi diluţiei şi se calculează cu relaţia lui
Frolov:
22
,3
q
T
unde: ξ – coeficient care arată modulul de evacuare al apei epurate în emisar. Poate lua următorele
valori:
ξ = 1 – evacuarea se face la mal;
ξ =1,5 – evacuarea se face în talveg (în mijlocul curgerii);
ξ = 3 – evacuarea se face într-o instalaţie de dispersie în emisar.
Se adoptă ξ = 1,5 (viteza maximă de curgere);
φ – coeficient de sinuozitate al râului. Se calculeză prin raportul între distanţa reală după
talveg (L) şi distanţa în linie dreaptă (L‟) între secţiunea de evacuare a apelor şi secţiunea
examinată.
Din tema de proiectare φ = 1,2.
ΔT – coeficient de difuzie turbulentă, care se calculează cu relaţia:
;200
HvDT
[m
2/s]
v – viteza medie de curgere a emisarului(m/s); v = 1.5m/s (din tema de proiectare);
H – adâncimea medie a emisarului (m). Se adoptă H = 1.8 m;
1,5 1,8
0,0135200
T
;
3
0,01351,5 1,2 0,761
0,179
L – distanţa reală după talveg de la punctul de vărsare al apelor uzate, în secţiunea
transversală examinată (m). În calcul se consideră situată la 1 km amonte de secţiunea de folosinţă,
care se consideră a fi de 15 km.
L = 15 – 1= 14 Km = 14000 m;
q – debit de ape uzate, (m3/s); q = 0,179;
Se determină coeficientul de diluţie:
23
Calculam d’ prin două variante:
Pentru a = 0,8
Pentru a = 0,99
Se calculeaza lungimea de amestec (Lamestec), lungimea dupa care se considera ca s-a realizat
amestecul complet intre apa uzata epurata si apa emisarului.
Se calculeaza Lamestec cu relatia:
3
1lg
3.2
qa
qQa
aL e
am (m);
Se compara valorile lui Lam cu L; Lam L.
Se folosesc ambele valori ale lui a.
Pentru a = 0.99
3
2,3 0,99 7,8 0,179lg 607,17
0,99 1 0,99 0,179amL m
;
Pentru a =0.8
3
2,3 0,8 7,8 0,179lg 271,98
0,8 1 0,8 0,179amL m
L = 14000 m; Lam < L;
2.1.Calculul gradului de epurare necesar dupa materii in suspensie
Se calculeaza gradul de epurare cu ajutorul relatiei:
100
i
ss
f
ss
i
ss
c
ccGE (%);
unde: i
ssc - cantitatea de materii in suspensie din apa uzata care intra in statia de epurare; din
tema de proiectare i
ssc = 450 mg/l;
f
ssc - cantitatea de materii in suspensie din apa uzata care poate fi evacuata in
emisar (din NTPA 001/2005); f
ssc = 35 mg/l.
24
450 35
100 92,22%450
GE
2.2.Calculul gradului de epurare dupa materia organica exprimat prin CBO5
Se calculeaza prin trei metode:
Se tine seama pe langa dilutie si amestecare si de capacitatea de autoepurare a
apei, ca urmare a oxigenarii/reoxigenarii la suprafata;
Se tine cont numai de dilutie si amestecare;
Se tine cont de prevederile NTPA 001/2005.
a) Se ia in considerare dilutia, amestecarea si capacitatea de autoepurare a apei. La baza
calcularii gradului de epurare, in ceea ce priveste CBO5 sta ecuatia de bilant :
am
CBOe
tKr
CBoe
tKua
CBO CQaqCQaCq 5
2
5
1..
5 )(1010
..
5
ua
CBOC - concentratia de substante organice exprimate prin CBO5 la gura de varsare in
emisar (mgO/l);
q – debit masic zilnic de apa uzata;
10-K1t
– termen ce tine cont de procesul de autoepurare a apei unde K1- constanta de consum
a O2 a carei valoare este impusa prin tema de proiectare in zile-1
; K1 = 0.1 zi-1
;
t = timpul intre sectiunea de evacuare si cea de calcul (zile); se determina cu relatia:
v
Lt zile;
L – lungimea de la talveg la punctul de calcul (m); L = 14000 m;
v – viteza de curgere a apei (m/s); v = 1.5 m/s;
a – coeficient de dilutie;
Qe– debit de emisar (m3/s); Qe= 7,8 m
3/s;
r
CBOC 5 - concentratia de substante organice exprimate prin CBO5 a apei in amonte de
gura de varsare (mg/l); r
CBOC 5 = 2 mg/l;
K2 – constanta de oxigenare a apei emisarului;
Emisar cu viteza – foarte mica; mica; mare; foarte mare, in functie de temperatura.
La 100C se considera emisar cu viteza mica de curgere cu valoarea coeficientului de
deversare K2 = 0.17 zile-1
;
25
am
CBOC 5 - concentratia de substante organice exprimate sub forma de CBO5 dupa
sectiunea de amestec (mg/l). In general se impune am
CBOC 5 =7mg/l.
14000 9333,3339333,333 0,108 ;
185 86400t s zile
tK
tKr
CBOe
am
CBOeua
CBOq
CQaCqQaC
110
10 2
55..
5
(mg/l);
Pentru a = 0.8
0,17 0,108
. .
5 0,1 0,108
0,8 7,8 0,179 7 0,8 7,8 2 10188,83
0,179 10
a u
CBOC
mg/l;
Pentru a=0.99
0,17 0,108
. .
5 0,1 0,108
0,99 7,8 0,179 7 0,99 7,8 2 10228,99
0,179 10
a u
CBOC
mg/l;
Gradul de epurare se calculeaza cu relatia:
1005
..
55
i
CBO
ua
CBO
i
CBO
C
CCGE (%)
i
CBOC 5 = 530 mg/l;
Pentru 0.8
530 188,83
100 64,37%530
GE
;
Pentru 0.99
530 228,99100 56,80%
530GE
b) Se tine cont de dilutie si amestecare
La baza calcului gradului de epurare in ceea ce priveste materia organica exprimata prin
CBO sta ecuatia de bilant este:
am
CBOe
r
CBOe
ua
CBO CQaqCQaCq 55
..
5 ;
am
CBO
r
CBO
am
CBO
eua
CBO
r
CBOe
am
CBOeua
CBO CCCq
QaC
q
CQaCqQaC 555
..
5
55..
5
26
Pentru a = 0,8
. .
5
0,8 7,87 2 7 181,30 /
0,179
a u
CBOC mg l
;
530 181,30
100 65,80%530
GE
;
Pentru a = 0,99
. .
5
0,99 7,87 2 7 222,70 /
0,179
a u
CBOC mg l
530 222,70100 57,98%
530GE
c) Se tine cont de valorea impusa pentru CBO5 prin NTPA 001/2005
Gradul de epurare se calculeaza cu ajutorul relatiei:
1005
55
i
CBO
NTPA
CBO
i
CBO
C
CCGE (%)
NTPA
CBOC 5 = 25 mg/l (NTPA 001/2005)
530 25
100 95,28%530
GE
.
2.3.Calculul gradului de epurare dupa O2 dizolvat
a) Se calculeaza am
CBOC 5 al celor doua tipuri de ape (uzata si emisar) imediat dupa gura de
varsare.
am
CBOC 5 = F Dmax (mg/l);
unde: F – factor maxim de dilutie care i-a valori intre 1.5 – 2.5. Se adopta F = 2;
Dmax – deficit maxim de oxigen in aval de sectiunea de evacuare si care rezulta din diferenta
dintre oxigenul la saturatie si oxigenul care trebuie sa existe in orice moment in apa.
Dmax = OS – OR
OR – concentratia oxigenului in apa receptoare, concentratie ce ar trebui sa existe permanent
in apa; OR =6 mg/l;
OS – concentratia oxigenului dizolvat la saturatie pentru temperatura de 200C; OS = 9.2
mg/l;
Dmax = 9.2 – 6 = 3.2 mg/l;
am
CBOC 5 = 2 3.2 = 6.4 mg/l.
27
Se aplica ecuatia de bilant, care permite calcularea concentratiei de materie organica in ceea
ce priveste CBO5 pentru apa epurata deversata in apa receptoare:
q
CaQCaQqC
CQaqCQaCq
r
CBOe
am
CBOeua
CBO
am
CBOe
r
CBOe
ua
CBO
55..
5
55
..
5
Pentru a = 0,8
. .
5
0,179 0,8 7,8 6,4 0,8 7,8 2159,79 / ;
0,179
a u
CBOC mg l
Pentru a =0,99
. .
5
0,179 0,99 7,8 6,4 0,99 7,8 2196,21 / ;
0,179
a u
CBOC mg l
b) Se calculeaza valoarea concentratie de materie organica exprimata prin CBO dupa 20
zile :
20 51,46au au
CBO CBOC C (mg/l)
20 1,46 159,79 233,29 /au
CBOC mg l ;
20 1,46 196,21 286,47 /au
CBOC mg l ;
20 51,46r r
CBO CBOC C (mg/l)
20 1,46 2 2,92 / .r
CBOC mg l
c) Se calculeaza deficitul de oxigen din apa de suprafata in amonte de gura de varsare, dupa
ce in prealabil s-a calculat am
CBOC 20 .
e
r
CBOe
au
CBOam
CBOQaq
CQaCqC
2020
20 (mg/l)
20
0,179 233,29 0,8 7,8 2,929,3441 /
0,179 0,8 7,8
am
CBOC mg l
20
0,179 286,47 0,99 7,8 2,929,3437 /
0,179 0,99 7,8
am
CBOC mg l
Se calculeaza deficitul de oxigen ca fiind diferenta dintre concentratia oxigenului dizolvat la
saturatie si concentratia de oxigen dizolvata, care ar trebui sa existe in apa de supafata:
DO = OS – Or (mg/l)
Unde: OS – oxigen la saturatie in functie de tipul emisarului (la temperatura de 100C); OS = 11,3
mg/l;
28
Or – cantitatea minima de oxigen din apa emisarului (Ordin 1146/2002); Or = 6 mg/l.
DO = 11,3 – 6 = 5,3 mg/l.
d) Se calculeaza timpul critic la care se realizeaza deficitul maxim de oxigen (dupa gura de
varsare din apa emisarului).
12
120
12
1
2 1lg
KK
KC
KKD
K
K
t
am
CBO
O
cr
(zile)
5,3 0,17 0.10,17lg 1
0,1 9,3441 0,11.985
0,17 0,1crt zile
5,3 0,17 0,10,17lg 1
0,1 9,3437 0,11,985
0,17 0,1crt zile
e) Se calculeaza deficitul critic (Dcr) de oxigen cu relatia:
crcrcr tK
O
tKtKam
CBO
cr DKK
CKD 221 101010
12
201
,
0,11,985 0,17 1,985 0,17 1,9840,1 9,344110 10 5,3 10 4.7509
0,17 0,1crD
0,11,985 0,17 1,985 0,17 1,9840,1 9,343710 10 5,3 10 4.7508
0,17 0,1crD
f) Se compara valoarea deficitului critic prin determinarea concentratiei minime de oxigen
in apa emisarului
COmin = OS – Dcr ,
OS = 11.3 mg/l (la 100C);
COmin = 11,3 – 4,7509= 6,5491mg/l > 4 mg/l.
COmin = 11,3 – 4,7508= 6,5492mg/l > 4 mg/l.
2.4.Determinarea gradului de epurare in ceea ce priveste consumul chimic de oxigen
Calcul consumului chimic de oxigen se face cu ajutorul relatiei:
29
100..
i
CCOcr
ua
CCOcr
i
CCOcr
C
CCGE (%)
Unde: i
CCOcrC - concentratia initiala a materiei organice la intrarea in statia de epurare, exprimata
prin CCO-Cr;
..ua
CCOcrC - concentratia de materie organica exprimata prin CCO-Cr in apa epurata deversata
in emisar, ce corespunde valorii din NTPA 001/2005;
..ua
CCOcrC = 125 mg/l
660 125
100 81,08%660
GE
2.5.Determinarea gradului de epurare in ceea ce priveste azotul total
Se calculeaza gradul de epurare (GE) cu formula:
100
i
N
f
N
i
N
C
CCGE (%)
unde: i
NC - cantitatea de N2 total la intrarea in statia de epurare;
i
NC = 11 mg/l;
f
NC - cantitatea de N2 total la iesirea din statia de epurare comform NTPA 001/2005;
f
NC = 10 mg/l.
11 10
100 9,09%11
GE
%
4.ALEGEREA VARIANTEI TEHNOLOGICE OPTIME
Pentru epurarea apelor uzate s-a ales o schemă tehnologică alcătuită din două trepte de
epurare: una mecanică şi cea de-a doua treaptă biologică.
Procedeele de epurare mecano – biologica se bazeaza pe actiunea comuna a proceselor
mecanice, chimice si bilogice si pot avea loc in conditii naturale (campuri de irigare si de filtrare,
iazuri biologice etc.) sau in conditii artificiale prin filtrare biologica (filtre biologice de mica sau
mare incarcare, filtre biologice scufundate, filtre turn, aerofiltre) sau in bazine de aerare cu namol
activ de mica sau mare incarcare, cu aerare normla sau prelungita.
30
Constructiile si instalatiile in care se realizeaza procesele biochimice de epurare biologica
alcatuiesc treapta secundara a statiei de epurare, avand drept scop final retinerea materiilor solide in
solutii si in special a celor organice. Namolul produs in treapta biologica este retinut prin decantare,
in decantoare secundare, numite si bazine clarificatoare. In aceasta treapta de epurare sunt necesare,
dat fiind complexitatea proceselor, unele constructii si instalatii de deservire (pentru producerea si
introducerea artificiala a aerului, statii de pompare si conducte pentru transportul si distributia
namolului activ etc.).
In conditiile functionarii normale a treptei de epurare primare si secundare, eficienta
acestora exprimata prin gradul de epurare realizat in ceea ce priveste materrile organice si a
materiilor in suspensie, separabile prin decantare, poate fi apreciat la 75 – 92%.
Epurarea mecano – bilogica naturala constituie o solutie obisnuita pentru numeroase statii de
mica capacitate, deoarece in acest scop se poate folosi emisar terenul din apropiere sau depresiunea
de teren fara apa, in loc sa se construiasca un canal lung pana la receptor. In acest scop, se aplica
tehnica de infiltrare subterana (puturi absorbante sau campuri de filtrare) si de irigare subterana.
Puturile absorbante (utilizate tot mai rar) constituie o solutie admisibila numai cand terenul este
permeabil si nu afecteaza calitatea apei freatice care se gaseste la mare adancime. De obicei aceste
epurari necesita pompari; statia de pompare se monteaza inainte sau dupa fosa septica.
Dezavantajul principal al acestui procedeu de epurare mecano – biologica naturala il
constituie necesitatea scoaterii din circuitul agricol al unor suprafete mari de teren care in cazul
localitatilor mici sunt greu de obtinut.
Epurarea mecano – biologica artificiala se realizeaza in filtre biologice si bazine de aerare cu
namol activ. Filtrele biologice sunt preferate bazinelor de aerare deoarece sunt mai simplu de
realizat si rezista la socuri hidraulice. Se folosesc filtre obisnuite de mica incarcare , filtre biologice
cu discuri, filtre bilogice scufundate, transee filtrante etc. in ceea ce priveste bazinele de aerare cu
namol activ, utilizarea lor comporta deci gratare, decantoare, bazine de aerare, decantoare scundare,
spatii pentru fermentare si platforme de uscare a namolurilor. In general, se prefera bazinele pentru
oxidarea totala, bazinele combinate, santurile de oxidare etc.
Pentru alegerea variantei optime, se considera urmatoarele variante pentru care vom calcula
concentratiile intermediare pentru solidele in suspensie, CBO5, CCO-Cr si N2 pe fiecare treapta. Se
vor compara cu valorile din NTPA 001/2005 pentru verificarea gradului de epurare necesar.
Avem urmatoarele caracteristici initiale ale influentului (apa uzata municipala):
- CBO5 = 530mg/l;
-CSS=450 mg/l;
- CCO – Cr = 660 mg/l;
-NiN=21 mg/l
- temperatura = 20 C
- pH = 7
31
Pentru fiecare utilaj avem eficienta constructiilor de epurare, exprmata in %. Cu ajutorul
acestor grade de epurare standard, calculam concentratia la iesire care reprezinta si intrarea in
urmatoarea treapta.
Folosim urmatoarea relatie:
100
100 iif cGEc
c
(mg/l)
4.1. Calculul concentratiilor intermediare, realizate pentru etapele de epurare
mecanica, biologica si verificarea realizarii gradului de epurare necesar
I. Epurare mecanica
G/S – grătare/site;
Dz – deznisipator;
D.P. – decantor primar;
a) Pentru solide in suspensie
Gratare/site: GE = 5%; ciss = 450mg/l;
100 450 100 450 5427.5 /
100 100
i if c GE c
c mg l
Deznisipator: GE = 30%; ciss = 427.5 mg/l;
100 427.5 100 427.5 30299.4 /
100 100
i if c GE c
c mg l
Decantor primar: GE = 30%; ciss = 299.4 mg/l;
100 299.4 100 299.4 30209.58 /
100 100
i if c GE c
c mg l
32
Bazin cu namol active : GE = 60 %, ciss=209.58 mg/l;
100 209.58 100 209.58 6083.832 /
100 100
i if c GE c
c mg l
Comparand cu valoarea din NTPA 001/2005, conform careia css = 35 mg/l, se constata ca
valoarea obtinuta prin calcul este mai mare decat valoarea din NTPA 001/2005.
b) pentru CBO5:
Gratare / site: GE = 0%; ciCBO5 = 530 mg/l;
100 530 100 530 0
530 /100 100
i if c GE c
c mg l
Deznisipator: GE= 5%; 5
530i
CBOc mg/l;
100 530 100 530 5508.25 /
100 100
i if c GE c
c mg l
Decantor primar: GE = 5%; 5
508.25i
CBOc mg/l;
100 508.25 100 508.25 5
482.838 /100 100
i if c GE c
c mg l
Bazin cu namol activ : GE: 80 %, 5
482.838i
CBOc mg/l;
100 482.838 100 482.838 8096.567 /
100 100
i if c GE c
c mg l
Comparand cu valoarea din NTPA 001/2005 conform careia 5CBOc=25 mg/l, se constata ca
valoare obtinuta prin calcul este mai mare.
c) pentru CCO – Cr:
Gratare / site: GE = 0%; 660i
CCO Crc mg/l;
100 660 100 660 0660 /
100 100
i if c GE c
c mg l
Deznisipator: GE= 5%; 660i
CCO Crc mg/l
33
100 660 100 660 5627 /
100 100
i if c GE c
c mg l
Decantor primar: GE = 10%; i
CrCCOc = 627 mg/l;
100 627 100 627 10
564.3 /100 100
i if c GE c
c mg l
Bazin cu namol activ : GE: 80 %, 564.3i
CCO Crc mg/l
100 564.3 100 564.3 80112.86 /
100 100
i if c GE c
c mg l
Comparand cu valoarea din NTPA 001/2005 conform careia CrCCOc =125 mg/l, se constata
ca valoare obtinuta prin calcul este mai mica.
d) pentru 2N :
Gratare / site: GE = 0%; 2
i
Nc = 8.6mg/l;
100
100
i if c GE c
c
100 8.6 100 8.6 08.6 /
100 100
i if c GE c
c mg l
Deznisipator: GE= 0,5%; 2
i
Nc = 8.6 mg/l
100 8.6 100 8.6 0,58.557 /
100 100
i if c GE c
c mg l
Decantor primar: GE = 3%; 2
8.557i
Nc mg/l
100 8.557 100 8.557 3
8.3 /100 100
i if c GE c
c mg l
Bazin cu namol activ : GE: 70 %, 2
8.3i
Nc
mg/l
100 8.3 100 8.3 702.49 /
100 100
i if c GE c
c mg l
34
II. Epurare mecano-biologica-Treapta 1
G/S – grătare/site;
Dz – deznisipator;
D.P. – decantor primar;
B.N.A. – bazin cu nămol activ;
D.S. – decantor secundar.
III.Epurare biologică-Treapta a II-a
G/S – grătare/site;
Dz – deznisipator;
D.P. – decantor primar;
D.S. – decantor secundar;
C.A – adsorbţie pe cărbune activ.
a) pentru solide in suspensie:
Gratare/site: GE = 80%; ciss = 83.832mg/l;
100 83.832 100 83832 8016.77 /
100 100
i if c GE c
c mg l
Comparand cu valoarea din NTPA 001/2005 se constata ca valoare obtinuta prin calcul este
mai mica.
G/S Dz
D.P.
B.N.A
D.S.
Apă
uzată
Apă
epurată
G/S Dz
D.P.
B.N.A
D.S.
Apă
uzată
Apă
epurată
35
b) pentru CBO5:
GE =80%; i
CBOc5 = 96.567 mg/l;
100 96.567 100 96.567 7028.97 /
100 100
i if c GE c
c mg l
Comparand cu valoarea din NTPA 001/2005 se constata ca valoare obtinuta prin calcul este
mai mica
c) pentru CCO – Cr:
GE = 80%; i
CrCCOc = 112.86 mg/l;
100 112.86 100 112.86 8022.572 /
100 100
i if c GE c
c mg l
. Comparand cu valoarea din NTPA 001/2005 se constata ca valoare obtinuta prin calcul este
mai mica.
d) pentru azot amoniacal:
GE = 70%; ciCCO-Cr = 2.49 mg/l;
100 2.49 100 2.49 700.747 /
100 100
i if c GE c
c mg l
. Comparand cu valoarea din NTPA 001/2005 se constata ca valoare obtinuta prin calcul este
mai mica.
36
Epurare
Indicator-
i fC C
Epurare
mecanica
Epurare
biologica
Treapta I
Epurare
biologica
Treapta II
NTPA
001/2005
Materii în suspensii, mg/l 450 –
209,58
209.58 –
83.832
83.832–
16.77 35
CBO5, mgO2/l
530 –
482.838
482.838-
96.567 96.567 -28.97 25
CCO-Cr, mgO2/l
660 -564.3
564.3-
112.86
112.86 -
22.572 125
Azot amoniacal
mgN/l 8.6- 8.3 8.3 – 2.49 2.49 -0.747 2
Conform calculelor efectuate , cea mai buna epurare a apelor uzate urbane se realizeaza prin
epurarea biologica in doua trepte.
Alegerea variantei tehnologice optime şi descrierea detaliată a procesului adoptat
Dintre toate aceste variante tehnologice analizate, constatăm că doar una dintre acestea se
încadrerază din punct de vedere ecologic, deoarece concentraţiile calculate sunt în conformitate cu
Legea 188/2002, NTPA 001/2005.
Deci, având în vedere, criterile economice şi ecologice, varianta tehnologică optimă se alege
staţia de epurare mecano –biologică in doua trepte de epurare a apei uzate.
37
4.2. Elaborarea schemei boc tehnologice
Figura 4.1. Epurarea avansată a apelor uzat
38
5. PROIECTAREA TEHNOLOGICA A UTILAJELOR
5.1.Debite de calcul si de verificare utilizate in statiile de epurare municipale
Utilaje Debit de calcul (m3/s) Debit de verificare(m
3/s)
Gratare / site Qc = 2Qmax,orar Qv = Qmin, orar
Deznisipator Qc = 2Qmax, orar Qv = Qmin, orar
Decantor primar Qc = Qmax, zi Qv = 2Qmax, orar
5.2. Calculul utilajelor din cadrul treptei mecanice de epurare (gratare,
deznisipator, bazin de egalizare, separator de grasimi, decantor primar)
5.2.1. Gratare
Toate statiile de epurare, indiferent de sistemul de canalizare adoptat si independent de
procesul de intrare a apei in statia de epurare (curgere garvitationala sau compacta) au montate la
intrare gratare (fie ca sunt doua gratare, unul cu bare mai rare, iar altul cu bare mai dense, fie ca sunt
2 sisteme in serie de gratare etc). In acest caz gratarele se prevad inaintea statiei de pompare.
Scopul gratarelor este de a retine corpurile plutitoare si suspensiile mari din apele uzate
pentru a proteja mecanismele si utilajele din statia de epurare si a reduce pericolul de colmatare a
canalelor de legatura dintre obiectivele statiei de epurare.
In general, se construiesc sub forma unor panouri metalice plane sau curbe in interiorul
carora se sudeaza bare de otel paralele prin care sunt trecute apele uzate.
In cazul unor debite mari de ape uzate, gratarele se considera ca sunt prevazute cu sisteme
de curgere mecanica cu o inclinare de 45 – 950C. Aceste gratare sunt amplasate in camere speciale
care prezinta o supralargire a canalului din amonte sub un unghi de raportare de 900 pentru a se
evita formarea de curenti turbionari.
Pentru evitarea colmatarii este prevazut un canal de ocolire (by - pass) care asigura
evacuarea apelor uzate fara a inunda camera gratarelor si zonele din vecinatatea lor.
Barele cele mai frecvent folosite sunt cele de sectiune dreptunghiulara (10x40mm sau
8x60mm), dimensiunea minima fiind asezata normal pe directia de parcurgere a apei.
Pentru a reduce marimea pierderilor hidraulice la trecerea apei prin gratar, se recomanda
rotunjirea muchiilor barelor. Inune;lesituatii se poate accepta solutia cu bare cu sectiune rotunda
care, sub aspect hidraulic, prezinta rezistente minime, in schimb sunt dificile de curatat in timpul
exploatarii.
Gratarele rare indeplinesc, de obicei, rolul de protectie a gratarelor dese importiva corpurilor
mari plutitoare. Distanta intre barele acestui gratar variaza in limitele 50-100mm.
39
Gratarele dese prezinta deschiderile dintre bare de 16-20 mm, cand curatirea lor este manuala, si de
25-60 mm, cand curatirea lor este mecanica. Cele din fata statiilor de pomapare a apelor uzate brute
au interspatiile de 50-150 mm.
Gratarele cu curatire manuala se utilizeaza numai la statiile de epurare mici cu debite pana la
0,1 3 /m s , care deservesc maximum 15 000 locuitori. Curatirea se face cu greble, cangi, lopeti, etc.,
iar pentru usurarea exploatarii se vor prevedea platforme de lucru la nivelul partii superioare a
gratarului, latimea minima a acestora fiind de 0,8 m. Avand in vedere variatiile mari de debite ce se
inregistreaza in perioadele ploioase sau uscate de-a lungul unui an, exploatarea va fi mult usurata
daca se prevad 2 panouri de gratare aferente debitelor respective.
Gratarul cu curatire mecanica constituie solutia aplicata la statiile de epuarare ce deservesc
peste 15 000 locuitori, deoarce, in afara de faptul ca elimina necesitatea unui personal de deservire
continua, aigura conditii bune de curgere a apei prin interspatiile gratarului fara a exista riscul
aparitiei mirosurilor neplacute in zona.
Spre deosebire de gratarele cu curatire manuala unde nu se prevad panouri gratare de
rezerva,la cele cu curatire mecanica este necesar sa se prevada minimum un gratar de rezerva.
Curatirea gratarului este realizata de cele mai multe ori cu grable macanice care se deplaseaza prin
deschizaturile barelor gratarului prin intermediul unor lanturi sau cabluri.
Latimea gratarelor este limitata, ceea ce presupune adoptarea de mai multe compartimente in
camera gratarelor. Fiecare compartiment va fi prevazut cu stavile de inchidere pentru a permite
repararea gratarelor si a mecanismelor de curatire. In cazul cand depunerile retinute pe gratare
depasesc cantitatea de 0,1 3 /m zi , iar procedeul de curatire este macanizat, se vor pervedea
obligatoriu utilaje pentru tocarea (faramitarea) acestor depuneri.
In afara de gratarele plane,se pot folosi si gratare curbe cu curatire mecanica, care se
compun dintr-un schelet matalic incastrat in beton, prevezut cu doua greble care curate, prin
intermitenta,gratarul.
Distanta dintre barele panoului se considera de 16 mm, iar viteza apei printre bare variaza
intre 0,8 si 1,1m/s.
Dimensionarea gratarului se face in functie de debitul apei uzate, de marimea interspatiilor
adoptate intre barele gratarului si de latimea barelor metalice din care se executa panouri-gratar. Se
va avea in vedere ca viteza apei prin gratar, din conditia de a nu se antrena depunerile prin
interspatiile gratarului, san u depaseasca 0,7 m/s la debitul zilnic mediu si de maximum 1,2 m/s
pentru debitul orar maxim.
In amonte de gratar, limita maximaa vitezei este 0,4 m/s la dibitul minim al apelor uzate, iar
limita maxima este de 0,9 m/s corespunzatoare debitelor maxime si a celor pe timp de ploaie (aceste
limite de viteze nu vor permite depunerea materiilor in suspensie pe radierul camerei gratarului).
Dimensionarea gratarelor
Grătarele reţin aproximativ 3-5% din materialele solide transportate de apele uzate. Din varianta
tehnologică aleasă s-a propus un grad de epurare în ceea ce privesc materiile solide de 5 %.
40
a)Debite de calcul si de verificare ale gratarelor
Qc = 2Qmax, orar (m3/s)
Qmax, orar = 0,179 m3/s
Qc = 2*0,179 = 0,358 m3/s;
Qv = Qmin, orar (m3/s)
Qmin, orar = 0,19 m3/s.
Se considera ca gratarele retin 3 – 5% din materialele solide transportate de apele uzate.
Prin varianta tehnologica aleasa s-a propus un G.E.=5%
b)Viteza apei uzate prin interspatiile gratarelor, vg
Ea trebuie sa fie cuprinsa intre 0.7 – 1.1 m/s. Se adopta vg = 0.8 m/s.
c)Caracteristicile celor doua gratare
latimea gratarelor (s); s = 10 mm = 0,01 m;
coeficientul de forma al barelor (); = 1,83;
distanta dintre (bi); bi = 20 mm = 0,02 m;
unghiul de inclinare (); = 750.
d)Viteza apei in amonte de gratar, va
va = 0.4 – 0.75 m/s. In perioadele cu ape abundente va = 0.4 – 0.9 m/s.
Se calculeaza cu relatia:
max
,2
ca
c
Qv
B h
(m/s)
unde: Qc – debit de calcul (m3/s); Qc = 0,438 m
3/s;
Bc – inaltimea gratarelor (m); se adopta Bc = 2 m;
hmax – inaltimea apei in amonte de gratar (m); hmax = 0.25 – 0.6 m; se adopta hmax = 0,4 m.
0,3580,224 /
2 2 0,4av m s
Deoarece valoarea nu se incadreaza in limitele STAS, se adopta 0,4 /Av m s .
e)Se calculeaza suma latimilor interspatiilor dintre bare, b
max2 hv
Qb
g
c (m)
41
vg = 0,8 m/s; hmax = 0,4 m;
0,358
0.559 ;2 0,8 0,4
b m
.
f)Se calculeaza numarul de bare, nb
s
cbBn
c
b
unde: c – latimea de prindere a barelor; c = 0,3;
s – latimea barelor, s = 10 mm = 0,01m;
2 0,559 0,3
114,10,01
bn
Distanta intre bare: b
b
n
0.5590,0049 4,9
114,1m cm
g)Se verifica viteza apei in amote de gratare, va
va = 74R2/3j
1/2 (m/s)
R – raza hidraulica: max
max
2 hB
hBR
c
c
;
2 0,40,286
2 2 0,4R
;
j – panta gratarului; j = 0,5mm = 0.0005 m;
2/3 1/274 0,286 0,0005 0,72 /av m s
.
h)Se calculeaza pierderile de sarcina pe gratar, h
sin2
23/4
g
v
b
sh a
;
unde : - coeficient de forma a barelor; = 1,83;
42
s – latimea barelor; s = 0,01 m;
b – interspatiu dintre bare; b = 0,02 m;
va – viteza apei in amonte; va = 0,4 m/s;
g – acceleratia gravitationala; g = 9,81;
- unghiul de inclinare; = 750;
4/3 20,01 0,41,83 sin 75 1,826
0,02 2 9,81h m
5.2.2. Deznisipatoare
Se prezinta sub forma unor bazine speciale din beton unde sunt retinute suspensiile
granulare sub forma de particule discrete care sedimenteaza independent unele de altele cu o viteza
constanta.
Aceasta viteza depinde de forma, marimea si greutatea particulei.
In compozitia acestor depuneri predomina particulele de origine minerala, in special
nisipurile antrenate de apele de canalizare de pe suprafata centrelor populate, motiv pentru care se
numesc deznisipatoare.
Necesitatea tehnologica este justificata de protectia instalatiilor mecanice in miscare
impotriva actiunii abrazive a nisipului, de reducerea volumelor utile ale rezervoarelor de fermentare
a namolului organic ocupate cu acest material inert, precum si pentru a evita formarea de depuneri
pe conductele sau canalele de legatura care pot modifica regimul hidraulic al influentului.
Ampalsamentul deznisipatoarelor se va prevedea de la inceputul liniei tehnologice de
epurare mecanica a apelor uzate, imediat dupa gratare, poate sa fie precedata si de statia de
pompare, cu conditia ca aceasta sa fie echipata cu pompe elicoidale de tip melc.
In functie de modul de curatire a depunerilor, se deosebesc deznisipatoare cu curatire
manuala si deznisipatoare cu curatire mecanica si curatire hidraulica.
In deznisipatoare sunt retinute si cantitati mici de materii organice antrenate de particule
minerale sau depuse impreuna cu acestea, mai ales la viteze mici. Sunt retinute particulele de nisip,
cu diametrul mai mare de 0,2-0,3 mm pana la maxim 1 mm. Eficienta deznisipatoarelor scade in
cazul in care particulele prezinta dimensiuni mai mici de 0,2 mm (50% din cantitatea totala).
Se va dimensiona un deznisipator orizontal tip canal, latimea acestuia este putin mai mare ca
cea a canalelor apei uzate in statie.
Au forma in plan, dreptunghiular, cu raportul L/l=10-15, fiind prevazut cu doua sau mai
multe compartimente. La proiectarea deznisipatoarelor orizontale trebuie sa se stabileasca
dimensiunile corespunzatoare realizarii unei eficiente cat mai mari in sedimentarea suspensiilor
granulare.
O influenta hotaratoare a eficientei in deznisipator o are suprafata bazinului de sedimentare a
deznisipatorului si nu adancimea lui.
Dupa directia de miscare a apei, in aceste bazine se deosebesc deznisipatoare orizontale cu
miscarea apei in lungul bazinului si deznisipatoare verticale unde miscarea apei se face pe verticala.
Se mai numesc si deznisipatore tip canal deoarece latimea lor este putin mai mare fata de
cea a canalului de intrare a apelor uzate brute in statie.
43
Pantru debite mici se preconizeaza bazine alcatuite din doua compartimente separate prin
stavilare care permit functionarea lor prin intermitenta. In acest mod se asigura conditii pentru
curatirea manula a fiecarui compartiment, avand in vedere faptul ca nisipul este retinut la suprafata
unui material drenant sub care se prevede un dren comandat de o vana. Apa rezultata de la golirea
compartimentului ce urmeaza a fi curatat este dirijata inapoi in statie. In sectiunea transversala,
fiecare canal are forma dreptunghiulara, iar radierul are o panta de 0,02-0,05 in sens invers directiei
de miscare a apei.
Evacuarea manuala a nisipurilor este admisa numai pentru cantitati de pana la 0,5 3 /m zi . In
acest scop se ciurata nisipul de pe radier cu unelte terasiere, iar indepartarea lui se face prin relee de
lopatare sau benzi transportoare.
Dimensionarea deznisipatorului
Am ales GE = 30 % pentru materii solide, GE = 5 % pentru CBO5 şi GE = 5 % pentru CCOCr.
Debite de calcul si de verificare
Qc = 2Qmax, orar = 2 0.179 = 0,358 m3/s;
Qv = Qmin, orar = 0,3 m3/s.
Volumul util al deznisipatorului, Vdez
Vdez = Qctd (m3)
unde: Qc – debit de calcul, m3/s; Qc = 0.358 m
3/s;
q = 0,179 m3/s;
td – timp de deznisipare, s; td = 30 – 60 s; se adopta td = 50 s
Vdez = 0,179 50 = 8.95 m3.
a)Calculul suprafetei orizontale, A0
0 ,c
s
QA B L
v
(m2)
unde: - coeficient ce tine cont de regimul de curgere si gradul de epurare pentru matriile solide. Se
adopta, pentru GE = 30%, = 1,5;
vs – viteza de sedimentare in deznisipator; se adopta vs = 2,3 cm/s;
vs = 0,023 m/s;
B – latimea deznisipatorului;
44
L – lungimea deznisipatorului.
2
0
0,1791,5 11.67
0,023A m .
b)Se calculeaza incarcarea superficiala, vsi
,i ss
vv
(m/s)
0,0230,015 /
1,5
i
sv m s
.
c)Se calculeaza aria tranzversala, At
,ct
a
QA B H
v
(m2)
unde: Qc – debit de calcul, m3/s; Qc = 0,358 m
3/s;
va – viteza de trecere a apei prin deznisipator; va = 0.05 – 0.3 m/s. In functie de diametrul
particulelor retinute (nisip) se adopta va = 0,15 m/s.
20,1791,19
0,15tA m .
d)Se calculeaza lungimea si latimea deznisipatorului
L = va td (m)
L = 1,5 0,15 50 = 11,25 m;
0AB
L
(m)
11.67
1,0411,25
B m
45
e )Se calculeaza inaltimea deznisipatorului
LB
VH dez
(m)
8,950,76
11,25 1,04H m
.
f) Se compartimenteaza deznisipatorul
Deoarece latimea deznisipatorului (B) nu este mai mare de 2 m, B = 1,04 m, nu se recurge la
decompartimentarea acestuia. Latimea unui compartiment trebuie sa se incadreze in intervalul 0.6 –
2 m
5.2.3. Bazinul de egalizare
Variatiile de debit si de concentratie ce apar ca urmare a proceselor tehnologice industriale
si activitatii umanesau gospodaresti, provoaca dereglari in functionarea statiei de epurare, de aceea
se impune o rpiecta un bazin de egalizare si unuformizare a debitelor respective.
Operatia de uniformizare si egalizare a debitelor si concentratiilor apelor uzate prezinta
urmatoarele avantaje: evitarea problemelor de operare si instabilitatea regimului hidraulic, evitarea
instabilitatii parametrilor de operare si scaderii gradului de epurare a diferitelor trepte de epurare,
pentru epurarea fizico – chimica si biologica concentratiile uniforme reprezinta un avantaj atat prin
prisma consumului de reactivi, cat si a problemelor de mentinere constanta a eficientei procesului
de epurare si in special pentru evitarea „incarcarilor soc”, prin utilizarea unor debite si concentratii
uniformizate se evita cheltuieli suplimentare datorate supradimensionarii utilajelor.
Bazinul de egalizare a debitelor este de forma cilindrica si pentru proiectarea sa se urmareste
determinarea diametrului si inaltimii.
Schema de principiu a unui bazin de egalizare si unuformizare a debitelor este prezentata mai jos:
hs
hu
hd
D
Figura 5.1 Sectiunea tranzversala prin bazinul de egalizare
46
h = inaltimea utila, m; 2uh m ;
hs – inaltimea de siguranta, m; 0,4sh m ;
hd – inaltimea zonei de depunere, m; , 4dh o m
D – diametrul bazinului, m;
2,8u s dH h h h m
Presupun : D=16m ; D-diametrul bazinului 2 2
23,14 16201
4 4b
dA m
, 3201 2,8 562,8bV A H m
5.2.4. Decantorul primar
Decantorul este un bazin deschis in care se separa substantele insolubile mai mici de 0.20
mm, care in majoritatea lor, se prezinta sub forma de particule floculente, precum si substantele
usoare care plutesc la suprafata apei.
In functie de gradul necesar de epurare a apelor uzate, procesul de decantare este folosit, fie
in scopul prelucrarii preliminare a acestora inaintea epurarii lor in treapta biologica, fie ca procedeu
de epurare finala, daca in conformitate cu conditiile sanitare locale se impune numai separarea
suspensiilor din apele uzate.
Dupa directia de miscare a apei uzate in decantoare, aceste se impart in doua grupe:
decantoare orizontale si decantoare verticale,; o varianta a decantoarelor orizontale sunt
decantoarele radiale. In decantoarele orizontale apele uzate circula aproape orizontal; in cele
verticale apa circula de jos in sus, iar in cele radiale apa se deplaseaza de la centru spre periferie, cu
aproximativ aceeasi inclinare fata de orizontala ca si la decantoarele orizontale.
Dupa amplasarea lor in statia de epurare, se deosebesc: decantoare primare, amplasate
inainte de instalatiile de epurare biologica si care au drept scop sa retina materiile in suspensie din
apele brute; decantoare secundare, amplasate dupa instalatiile de epurare biologica si care au drept
scop sa retina asa-numitele namoluri biologice, rezultate in urma epurarii in instalatii biologice.
Randamentul sedimentarii particulelor floculente depinde de numerosi factori, cum ar fi:
timpul de decantare, incarcarea superficiala sau viteza de sedimentare si accesul sau evacuarea cat
mai uniforma a apei din decantor.
Pentru proiectarea decantoarelor sunt necesare studii privitoare la viteza de sedimentare sau
de ridicare la suprafata a materiilor in suspensie, exprimata global prin incarcarea superficiala sau
hidraulica, in m3/m
2h. Conform STAS 4162/1-89, marimea acestei incarcari de suparfata variaza in
functie de concentratia initiala a materiilor in suspensie din apa uzata si de eficienta decantoarelor.
In scopul maririi eficientei de reducere a suspensiilor in decantorul primar se folosesc
urmatoarele solutii tehnologice:
cresterea duratei de decantare;
adaugarea unor substante in suspensie care sedimenteaza usor;
aerarea preliminara a apelor uzate care contribuie la formarea flocoanelor prin intesificarea
numarului de contacte ale particulelor floculente.
47
Ansamblul bazinelor de decantare trebuie sa prevada cel putin doua compartimente in functiune
cu dispozitive de separare; un canal de ocolire va asigura scoaterea din functiune a fiecarei unutati
de decantare.
La alegerea dimensiunilor decantorului s-a avut in vedere ca la suprafata apei in bazinele largi
se pot forma valuri datorita vantului, vor influenta eficienta procesului de decantare.
Decantorul primar orizontal longitudinal
Este un bazin din beton armat cu forma in plan dreptunghiulara, avand lungimi cuprinse
intre 30 – 100 m si adancimi medii de 3.0 m. Acest bazin se construeste separat sau in grupuri, in
scopul obtinerii unor reduceri ale suprafetelor de teren si economisirea volumelor de beton in pereti,
precum si pentru utilizarea in comun ale instalatiilor de curatire. Radierul bazinului se executa cu o
panta medie de 0.01 m, inversa sensului de curgere al apei, pentru o mai usoara alunecare a
namolului spre palnia de colectare situata la capatul amonte al decantorului.
Colectarea namolului spre palnia de namol se poate face mecanic prin mecanisme razuitoare
montate pe un carucior sau pe un lant fara sfarsit, precum si manual, cu ajutorul hidromonitoarelor.
Cand se foloseste razuitorul mobil montata pe carucior, in fata caruciorului se prevede o lama
pentru colectarea spumei si a substantelor grase care, plutesc la suprafata apei, acestea fiind impinse
spre un jgheab pentru evacuarea materiilor plutitoare, fiind asezat la partea amonte a decantorului.
Indepartarea namolului din palnie se face prin gravitatie (daca conditiile locale permit)
folosind o conducta cu diametrul minim de 200 mm,sau prin pompare folosind o conducta de
refulare cu un diametrul mai mare de 150 mm,precum si prin presiunea hidrostatica (cazul cel mai
raspandit) diametrul minim al conductei fiind de 200 mm.
O deosebita importanta in ceea ce priveste asigurarea unei eficiente maxime a decantoarelor
orizontale, o reprezinta, accesul uniform al apei in decantor. In acest scop se poate aplica solutia cu
orificii prevazute cu deflectoare sau solutia numai prin pereti gauriti, orificiile fiind indreptate catre
radier pentru ca prin schimbarea ulterioara a directiei de curgere a apei, sa se asigure uniformizarea
curentului pe toata inaltimea apei in bazin.
Forma si dimensiunile uzuale ale decantoarelor orizontale longitudinale sunt prezentate in
STAS 4162/1-89.
Dimensionarea decantorului
In conformitate cu STAS 4162/1-89, in decantorul primar se pot obtine orientativ
urmatoarele eficiente:
40 – 60% in reducerea concentratiei suspensiilor solide;
20 –25% in reducerea concentratiei CBO5.
În cazul decantorului primar s-au ppropus următoarele grade de epurare:
Gess = 30%; GECBO5 = 5%; GECCOcr = 10%; GENt = 3%.
48
a) Debite de calcul si de verificare
Qc = Qmax,zi (m3/s);
Qc = 0,179 m3/s;
Qv = 2Qmax,orar (m3/s);
Qv = 2 0,179 = 0,358 m3/s.
b) Determinarea vitezei de sedimentare, vs
Viteza de sedimentare se determina in doua moduri:
cu ajutorul testelor de sedimentare;
se adopta din STAS 4126 – 1/1989 in functie de gradul de epurare stabilit pentru solidele
in suspensie si in functie de concentratia initiala a materiilor in suspensie din tema de proiectare:
Viteza de sedimentare se propune a avea valori de vs = 1,5 m/h = 0,00041 m/s pentru
încărcări iniţiale cu materii în suspensie mai mic de 200 mg/l.
Deoarece incarcarile initiale cu materii in suspensie depasesc 200 mg/l , viteza de
sedimentare se calculeaza astfel :
1,5 m/s……….200 mg/l
X……………..450 mg/l
vs =1,5 450
3,4200
X
m/h=0,00094 m/s
c) Calculul vitezei de circulatie a apei prin decantor, va
Va = 10 mm/s = 10 10-3
m/s.
d) Timpul de stationare in decantor, ts
Variaza intre 1,5 – 2,5 h, dar conform STAS 4162 – 1/89, se recomanda a fi de maxim 1,5 h.
ts = 1,5 h = 5400 s.
e) Calculul volumului spatiului de decantare, Vs
Vs = Qc ts (m3)
Vs = 0.179 5400 = 966.6 m3.
f) Se calculeaza aria orizontala si aria tranversala
co
s
QA
v (m
2)
2
0
0,179190.43
0,00094A m ;
49
ctr
a
QA
v (m
2)
20,17917.9
0,01trA m .
g)Se calculeaza lungimea decantorului, L
L = va ts (m)
L = 0,01 5400 = 54 m.
h) Se calculeaza inaltimea totala a decantorului, H
H = Hs + Hu + Hd (m)
Hs = inaltime de siguranta; Hs = 0,2 –0,6 m; se adopta Hs = 0,4 m;
Hu = inaltimea efectiva a zonei de sedimentare, m;
Hu = vs ts = 0,00094 5400 = 5,076 m;
Hd = inaltimea zonei de depuneri; Hd = 0,2 – 0,6 m; se adopta
Hd = 0,4m;
H = 0,4 + 5,076 + 0,4 = 5.876 m.
i) Se calculeaza latimea decantorului, B
,oAB m
L
190.433,53
54B m
Deoarece B nu depaseste valoarea standardizata de 4 – 5 m, nu se recurge la
decompartimentarea decantorului .
j) Calculam volumul total de namol depus in decantor, Vtnamol
pCQ
GEV i
ssc
n
ss
namolt
100
100,
(m
3/zi)
unde: GE = 30% = 0.3;
n – densitatea namolului rezultat in bazinul de decantare primar;
n = 1100 – 1200 Kg/m3; adoptam n = 1150 Kg/m
3;
50
Cssi - concentratia initiala de solide in suspensie la intrarea in decantor;
Cssi = 450 mg/l = 450 10
-3 Kg/m
3;
p – umiditatea namolului; alegem p = 95%;
Qc = 0,179 m3/s= 15465.6 m
3/zi
3 3
,
0,3 10015465.6 450 10 36.31 /
1150 100 95t namolV m zi
Volumul decantorului primar:
5.3. Calculul utilajelor în cadrul treptei biologice (bazin de nămol activ, decantorul secundar).
Epurarea biologică constituie un proces prin care se elimină prin fenomene biochimice
conţinutul de substanţe organice dizolvate şi uneori a unor suspensii coloidale de natură organică. În
cadrul procesului ce are loc în epurarea biologică sunt folosite microorganisme care participă la
procese ce pot fi grupate în aerobe şi anaerobe.
Microorganismele aerobe sunt folosite în mod curent la epurarea majorităţii apelor uzate cu
caracter preponderent organic şi în ultima vreme şi la fermentarea aerobă a nămolului.
Deşi procedeele aerobe de epurare biologică în biofiltre, în bazine cu nămol activ, pe
câmpuri de irigaţii şi în iazuri diferă între ele cu privire la timpul de contact între microorganisme şi
apa uzată, necesarul de oxigen, modul de utilizare a nămolurilor biologic, etc., fenomenele
biochimice esenţiale sunt identice.
Procesele de epurare biologică nu pot avea loc decât în cazul în care apele uzate supuse
epurării au valoare biologică, respectiv conţin, pe de o parte suficiente substanţe nutritive, iar pe de
altă parte, dispun de substanţele necesare sintezei organice. Apele uzate menajere, prin natura lor,
având un conţinut complex de substanţe organice biodegradabile, întrunesc condiţiile unei epurări
biologice.
Componenţa organică a apelor uzate industriale variază în funcţie de specificul industriei şi
a materiilor prime prelucrate. Unele substanţe organice existente în apele uzate industriale sunt
degradate cu uşurinţă de către microorganisme, alte substanţe solicită, pentru îndepărtarea lor, o
floră selecţionată adecvat, iar alte substanţe sunt rezistente la atacul microorganismelor sau sunt
degradate în timp îndelungat.
Bazinul de nămol activ, are ca principal scop principal degradarea sau eliminarea
substanţelor organice din apele uzate prin procese biochimice care conduc la scăderea CBO5 şi a
materiei solide coloidale preponderent de materie organică.
Procesul epurării biologice în bazinul de nămol activ este asemănător celui care se dezvoltă
în locurile sau cursurile naturale când se produce autoepurarea apei, aici aplicându-se un complex
de măsuri care contribuie la intensificarea proceselor: mărimea concentraţiei nămolului activ,
aerarea artificială a operaţiei, pentru intensificarea oxigenării acesteia, agitarea artificială a apei în
vederea dispersării în apa uzată brută a nămolului recirculat.
Avantajele folosirii bazinului cu nămol activ sunt: realizarea unei eficienţe mai ridicate, atât
iarna cât şi vara, sunt lipsite de mirosul neplăcut şi de prezenţa muştelor, suprafeţele specifice
354 3,53 5.876 63.41V L B H m
51
constituente sunt mai reduse, permite o mai bună adaptare a procesului tehnologic din staţia de
epurare la modificări de durată ale caracteristicilor apelor uzate, etc.
Marele inconvenient al acestui proces este de ordin energetic deoarece necesită un consum
specific de energie mai ridicat, această energie fiind absorbită de utilajele care furnizează oxigenul
necesar proceselor aerobe.
Un bazin de aerare se prezintă sub forma unui bazin rectangular din beton armat, unde
epurarea biologică are loc în prezenţa unui amestec de nămol activ şi apă uzată. Pentru asigurarea
unui contact intim şi continuu a celor doi componenţi ai amestecului, se impune o agitare
permanentă a acestora cu ajutorul aerului care asigură, în acelaşi timp şi oxigenul necesar coloniilor
de microorganisme aerobe existente în compoziţia nămolului activ, sub formă de flocoane. În bazin
se urmăreşte a se menţine o concentraţie cvasiconstantă a nămolului activ în decantorul secundar.
Simultan cu eliminarea substanţei organice impurificatoare, se obţine creşterea nămolului
activ sub forma materialului celular insolubil şi sedimentabil în decantoarele secundare. O parte din
acest nămol este utilizat în scopuri tehnologice proprii (nămolul activ de recirculare), iar diferenţa
numită nămolul activ în exces, este dirijată în decantoarele primare pentru a le mări productivitatea
de eliminare a suspensiilor datorită prezenţei flocoanelor care au efectul unui coagulant.
Pentru apele uzate cu concentraţii mari în CBO5, viteza reducerii materiilor organice,
raportată la unitatea celulară va rămâne constantă până la o anumită limită de concentraţie a
substratului, după care, pentru valori ale acestuia mai reduse, viteza variază numai în funcţie de
concentraţia materiilor organice şi va fi descrecătoare.
Apele uzate intră în bazinul de nămol activ apoi intră în decantorul secundar de unde o parte
din nămol este eliminat în exces sau este recirculat.
5.3.1. Bazin cu namol activ
Ipoteze pentru proiecterea bazinelor cu nămol activ şi a decantoarelor secundare :
1. bazinul de nămol activ este asimilat cu un bazin cu amestecare perfectă în care se consideră că în
orice punct din bazin concentraţia substratului cât şi a nămolului activ este egală cu cea de la ieşirea
din bazin;
2. epurarea biologică se realizează în ansamblul format din bazinul de nămol activ şi decantorul
secundar;
3. procesul biologic de degradare a materiei organice care are loc numai în bazinul de nămol activ,
în decantorul secundar se realizează separarea flocoanelor biologice de apa epurată şi recircularea
unei părţi a nămolului activ în bazinul de nămol activ;
4. în decantorul secundar, nămolul activ trebuie menţinut în stare proaspătă prin evacuarea
excesului şi recircularea unei părţi de nămol activ în bazinul de nămol activ în conformitate cu
raportul de recirculare;
5. principalele caracteristici ale nămolului activ ce sunt avute în vedere în proiect în treapta
biologică, sunt:
indicele volumetric a nămolului IVN;
încărcarea organică a nămolului ION;
indicele de încărcare organică a bazinului IOB.
52
Schema de bază în treapta biologică este prezentată în figura de mai jos, care presupune
existenţa unui BNA alimentat cu aer, urmat de un DS în care are loc separarea flocoanelor.
Figura 5.2. Schema bloc a treptei de epurare biologică
Dimensionarea bazinului cu namol activ
a) Calculul materiei organice la intrarea în treapta biologică exprimată prin concentraţia la
intrare în bazin a CBO5:
CCBO5 = 482.838 mg/l
b) Debitul de calcul:
Q = 0,179 m/s
c) Calculul gradului de epurare pentru treapta biologică în conformitate cu condiţiile de deversare
(NTPA 001/2005)
GESS = 60%; GECBO5 = 80%; GECCOCr = 80%; GENt = 70%
Qc
(de la treapta
mecanică)
Nămol activ recirculat
Nămol activ exces
Apă
epurată
aer
Nămol activ
Bazin cu nămol activ
Staţie de
compresoare
Staţie de
pompare
S
DS
P
53
d) Calculul încărcării organice a bazinului.
IOB reprezintă cantitatea de CBO5 din influent exprimată în Kg CBO5/zi care poate fi
îndepărtată dintr-un m3 de bazin de aerare.
Se poate calcula în trei moduri:
- Folosind relaţia de calcul:
IOB 5 1 b
CBOK GB
V
GEb – gradul de epurare în CBO5;
V – volumul bazinului de aerare, m3;
K – coeficient influenţat de temperatură. Dacă temperatura în bazin este:
T = 10 – 20oC, atunci K = 5;
T = 30 – 40oC, K = 7;
T = 20 – 30oC, K = 6;
8.015 OBI= 2.236 Kg CBO5/m
3zi.
e) Încărcarea organică a nămolului activ, se poate calcula:
- Folosind relatia:
N
ibCBOC
ONCV
CQI
5
QC – debit de calcul;
CCBO5ib – concentraţia iniţială a CBO5;
V – volumul bazinului cu nămol activ;
CN – concentraţia nămolului; CN = 2,5 – 4 Kg/m3
ION OB
N
I
C ;
ION = k·(1 – GEb) = 5·(1 – 0,8) = 1 kg CBO5/Kg NA zi;
f) Se calculează concentraţia nămolului activ
2.2362.236
1
OBN
ON
IC
I kg CBO5/m3
g) Volumul bazinului cu nămol activ
3
32 2 0,179 482.838 103600 24 3339.62
2,236 1
C CBO ib C CBO ib
OB N ON
Q C Q CV m
I C I
54
h) Calculul debitului de nămol activ recirculat
QR = r · QC, (m3/s) ;
r = raport de recirculare
100N
R N
Cr
C C
;
CR = 10 kg MTS/m3;
CN – concentraţia nămolului activ;
CR – concentraţia nămolului recirculat.
2,236100 28,80%
10 2,236r
. , 328,800,179 0,052 /
100rQ m s
i) Timpul de aerare
Dacă se ia în calcul recircularea namolului
3339.623,05
(0,179 0,125) 3600ra
C r
Vt ore
Q Q
unde: Qr‟ = debitul maxim de recirculare; se recomandă a fi max
Qr‟ = 0,7 · Qc = 0,7 · 0,179 = 0,125 m
3/s
j) Calculul nămolului în exces
0.23 51.2 , /100
CBON ex ON SB
GEQ I L kg zi
Acest calcul se face cu relaţia Huncken:
unde LSB = VB IOB = 3339.62 2,236 =7467.39 kg/zi
0,23 801,2 1 7467.39 7168.69 /
100NexQ kg zi
k) Calculul necesarului de oxigen se face cu relaţia:
5o CBO NtC a GE C b C kg O2/zi
a GECBO5 C – corespunde necesarului de oxigen pentru respiraţia substratului
b CNt – reprezintă necesarul de oxigen pentru respiraţia endogenă neluând în considerare procesul
de nitrificare.
unde:
55
a = coeficient corespunzător utilizării substratului de către microorganisme. Pentru apele
uzate municipale a = 0,5 kg O2/kg CBO5.
GEb = gradul de epurare realizat în treapta de epurare biologică. GE = 80 %.
C = cantitatea totală de materie organică exprimată prin CBO5 adusă de către apa uzată
influentă. C = Qc· (CCBO5)ib [kg CBO5/zi]
C = 0,179 · 482.838 10-3
· 3600 · 24 = 7467.38 kg CBO5/zi
b = coeficient necesar respiraţiei endogene a microorganismelor, respectiv de oxigenul
consumat de unităţile de nămol activ aflat în bazin, în timp de o zi. Se adoptă b = 0,15 kg O2 / kg
CBO5 zi
CNt – cantitatea totală de materii solide totale de nămol activ şi se determină cu relaţia:
0 2
7467.38
0,5 0,8 7467.38 0,15 7467.38 4107.06 /
Nt
ON
CC
I
C kgO zi
l) Se calculează capacitatea de oxigenare, CO care reprezintă cantitatea de oxigen ce trebuie
introdusă prin diferite sisteme de aerare.
CO 2
101 760OSO
SA B t
C kC
C C k p
kg/zi
unde:
CO = cantitatea de oxigen necesară consumului materiilor organice de către microorganisme.
CO = 4107.06 kg O2/zi
α = raportul dintre capacitatea de transfer a O2 în apele uzate şi capacitatea de transfer a O2
prin apa curată. α = 0,9 pentru apele uzate municipale.
COS = concentraţia de saturaţie a O2 în apă condiţii standard (la temperatura de 10 0C şi 760
mm Hg în apă curată). Cs = 11,3 mg/l (conform STAS 11566/91).
CSA = condiţii de saturaţie a O2 în amestecului de apă uzată şi nămol activ la temperatura de
lucru (200C). CSA = 7,4 mg/l (conform STAS 11566/91).
CB = concentraţia efectivă a O2 în amestec de apă uzată şi nămol activ la temperatura de
lucru (200C). Se recomandă pentru CB valori cuprinse între 1,5-2 mg/l.. Se adoptă CB =1,5 mg/l
10
t
k
k raportul dintre coeficientul de transfer al O2 în apă pentru temperatura de 10
0C şi
coeficientul de transfer al O2 pentru temperatura de lucru (20C). Se adoptă 10
t
k
k 0,83 (conform
STAS 11566/91).
p = presiunea barometrică anuală calculată cu o medie a valorilor zilnice în oraşul unde se
realizează epurarea apelor uzate. Se adoptă p = 782 mm Hg.
56
1 11,3 7604107.06 0,83 7050.17 /
0,9 7,4 1,5 782CO kg zi
m) Utilizarea sistemelor de aerare – pentru eficientizarea activităţii bilogice, respiraţia de oxidare
bilogică care permit degradarea substanţelor organice foloseşte un sistem de distribuţie a aerului
generat în compresoare sau turbosuflante folosind dispozitive pnematice de dispersie a aerului.
Dispersia aerului se paote face sub formă de bule fine (având diametrul mai mic de 0,3 mm), bule
mijlocii (cu D = 0,3 – 3 mm) şi bule mari (cu D = 10 mm). În proiectare se vor alege dispersarea
aerului prin bule fine care caracterizează sistemul de distribuţie prin materiale poroase.
Se calculează capacitatea de oxigenare orară.
' 7050.17293.76
24 24
COCO kg O2/h
n) Se calculează debitul de aer necesar şi acesta se află cu formula:
3' 10
aer
s imersie
COQ
CO H
m
3/h
unde: COs – capacitatea specifică de oxigenare a BNA-ului prin insuflaera aerului care variază între
8 – 10 g O2/m3 şi m
3 bazin pentru bule fine. Se alege COs = 9 g O2/m
3 aer.
Se va calcula suprafaţa plăcilor poroase Ap în ipoteza în care distribuitorul de aer este poziţionat la o
înălţime de imersie în masa de apă uzată faţă de suprafaţa bazinului. Se adoptă Himersie = 4 m.
3293.76 10
8159.929 4
aetQ
m3/h
8159.92
1361 60
aerp
aer
QA
I
m
2
unde: Iaer – intensitatea aerării. Se adoptă 1 m3/m
2 min aer.
Se calculează energia brută a sistemului de aerare, Eb.
Eb = Himersie Esp kWh/m3
unde: Esp – consumul energetic specific, Esp = 5,5 Wh/m3.
Eb = 4 5,5 103 = 22000 kWh/m
3
o) Se calculează dimensiunile BNA-ului
- inălţimea BNA-ului este cuprinsă între 3 – 5 m.
Ht = Himersie + Hs = 4 + 0,75= 4,75 m
Hs=0,5-0,8
- lăţimea BNA-ului
57
B = 1,25H = 1,25 4,75 = 5,94 m
- lungimea BNA-ului
L = (18 -8)B = 8B = 8 5,94 = 47,5 m
5.3.2.Decantorul secundar.
În decantoarele secundare se reţine membrana biologică sau flocoanele de nămol activ
evacuate odată cu efluentul din filtrele biologice, respectiv din bazinele de aerare. Rezultă că
decantorul secundar constituie o parte componentă de bază a treptei de epurare biologică.
Decantoarele secundare frecvent folosite sunt de tip longitudinal şi radial, echipate cu
dispozitive adecvate pentru colectarea şi evacuarea nămolului în mod continuu sau cu intermitenţă,
intervalul de timp dintre două evacuări de nămol să nu fie mai mare de 4,0 ore.
Având în vedere că acest nămol prezintă un conţinut mare de apă, evacuarea lui se face prin
sifonare, sau prin pompare; podul raclor este echipat cu conducte de sucţiune care dirijează nămolul
spre o rigolă pentru evacuarea lui în exterior.
Se va proiecta un decantor secundar radial în conformitate cu următoarele date:
a) Debitul de calcul si debitul de verificare
Q = 0.179 m3/s;
b) Se stabileşte încărcările superficiale ale DS cu materii solide:
Iss =
( )N c R
u
C Q Q
A
kg/h·m2
unde: CN - concentraţia nămolului activ (kg/m3).
QR - debitul de recirculare [m3/h].
Au – suprafaţa utilă a decantorului radial
Se determină '
SDv - încărcarea hidraulică a decantorului, se determină pe baza experienţelor
în conformitate cu '
SDv 1,9 m
3/m
2h la valoarea lui IBN 150 cm
3/g. Se va adopta valoarea lui
'
SDv
= 1,2 m3/m
2h.
2
2
0,1793600 537
1.2
2,236 (0,179 0,125) 360024 109.37 /
537
C CSD U
U SD
ss
Q Qv A m
A v
I kg m zi
58
c) Se determină timpul de decantare
În conformitate cu STAS 4162/2-89 valoarea lui tdc = 3,5 - 4 h. Se adoptă tdc = 4 h.
d) Se calculează înălţimea utilă a decantorului şi respectiv a volumului decantorului secundar
hu = tdc · v‟sc = 4 1,2 = 4,8 m
V = Qc· tdc = 0,179 4 3600 = 2577.6 m3
V= 2577.6 m3
22577.6644.4 1
4B B
VV A H A m decantor
H
e) Se calculează volumul de nămol rezultat din decantorul secundar
Vn =
100
100
i
SS c
n
GEC Q
p
unde:
GE - eficienţa separării nămolului activ în DS = 85%.
γn - greutatea specifică a nămolului, care pentru o umiditate a nămolului de 95% este între
1100-1200 kg/m3. Se consideră γn = 1150 kg/m
3.
Cssi - concentraţia iniţială a materiei solide intrate în decantorul secundar; cd = 64,15 mg/l.
p - umiditatea nămolului decantat; p = 95%.
3 30,85 100450 10 0,21 3600 5,03 /
1150 100 95nV m h
6.Determinarea costului apei epurate
Aprecierea eficienţei unei staţii de tratare a apei trebuie făcută şi din punct de vedere al aspectelor
economice. Pentru aceasta este necesar a stabili costul apei.
Cheltuielile anuale de exploatare se calculează cu relaţia:
A = a + b + c + d + e + f + g + h – V = 15171338,88
unde:
A – totalul cheltuielilor care se fac în timp de 1 an pentru exploatarea tehnică a staţiei de
epurare;
a – cotele de amortisment ale staţiei de epurare;
59
b – costul energiei electrice necesare pentru: pompare, mişcarea mecanismelor, oluminat,
semnalizări, încălzit tehnologic etc.;
c – costul combustibililor şi energiei calorice consumate la fermentare, deshodratare,
dezgheţare şi încălzit;
d – costul reactivilor folosiţi pentru epurare, dezinfecţie şi deshidratare;
e – costul apei potabile şi de incendiu sau alte folosinţe;
f – cheltuieli de transporturi tehnologice;
g – retribuţii şi alte drepturi băneşti ale personalului;
h – cheltuieli generale de exploatare;
V – venituri rezultate din valorificarea produselor.
Costul energiei electrice se stabileşte pentru fiecare obiect luând consumul pe durata de
funcţionare respectivă; calculul se face pentru un consum annual în vigoare la data proiectului sau a
exploatării.
Costul energiei calorice se stabileşte pentru fiecare obiect, în funcţie de sursele de energie
folosite.
Costul reactivilor se stabileşte pentru fiecare material, pe obiect, se aplică preţurile de la
magazia staţiei de epurare.
Costul apei potabile şi pentru combaterea incendiilor sau alte folosinţe se apreciază pe baza
altor staţii de epurare similare.
Cheltuielile de transport privesc evacuarea gazelor, nămolului şi depunerilor la lacul de
depozitare şi consum.
Retribuţiile şi alte drepturi băneşti ale personalului se stabilesc conform indicaţiilor oficiale
şi experienţei pentru staţii similare.
Veniturile pot rezulta din vânzarea gazelor produse prin fermentare a nămolului deshidratat,
a nisipului de la deznisipatoare şi a grăsimilor reţinute în separatoarele de grăsimi.
Toate cheltuielile arătate se stabilesc în proiect pentru fiecare variantă de staţie de epurare
studiată şi pentru fiecare etapă de dezvoltare a acestuia.
Exemplu de cheltuieli privind stabilirea necesarului de investitii pentru statia de epurare
mecanico-biologica:
Valoarea utilajelor ce necesită montaj:
Nr.crt. Denumire utilaj
Nr.
buc.
Preţ unitar,
RON/buc. Total, RON
1. Grătare şi site 2 1300 2600
TOTAL 2600
Cheltuieli de transport (1,5% din total valoare utilaj) reprezintă:
1,5% × 2600 = 39
60
Cheltuieli de montaj (10% din total valoare utilaj) reprezintă:
10% × 2600 = 260
Cheltuieli totale: 2400 + (39+260) = 2699 RON
Valoarea utilajelor ce nu necesită montaj:
Nr.crt Denumire utilaj Nr.
Buc.
Preţ unitar,
RON/buc. Total, RON
1. Deznisipatoare 1 5500 5500
2. Separator de grăsimi 1 3000 3000
3. Decantor primar 1 7200 7200
4. Bazin cu nămol active 2 15000 30000
5. Decantor secundar 2 9000 18000
TOTAL 63700
Cheltuieli de transport (1,5% din total valoare utilaj) reprezintă:
1,5% × 63700 = 318,5
Cheltuieli totale: 63700+318,5=64018,5 RON
Cheltuieli totale de investitii : 2699 + 64018,5 = 66717.5
Costul apei epurate se stabileşte cu relaţia:
[RON/m3/an]
Debitul mediu anual de apă epurată este:
Qm anual=Qzi med ·365·24·3600= 0,211·365·24·3600 = 6654096 m3/an
În consecinţă se poate determina preţul apei epurate raportând volumul cheltuielilor anuale la
debitul mediu anual de apă .
15171338,882,28
6654096manual
AC
Q lei/m
3
61
Reducerea costului apei epurate
Costul apei este necesar să fie cât mai redus, în condiţiile asigurării apei tratate la nivelul de
calitate cel mai exigent.
Realizarea acestui obiectiv se poate face pe mai multe căi:
Controlul folosirii apei în incintă şi reducerea la minimum a pierderilor, prin depistarea
locului în care se produc şi remedierea operativă a defecţiunilor;
Căutarea de tehnologii noi de tratare, reactivi noi mai ieftini şi mai eficace, astfel încât
randamentul construcţiilor de alimentare cu apă să crească;
Verificarea pompelor pentru funcţionarea lor cu randamente cât mai mari şi, eventual,
înlocuirea acestora când uzura este avansată;
Educarea beneficiarului (consumatorilor de apă) în scopul folosirii cât mai raţionale a apei;
Evitarea murdării apei din sursă;
Raţionalizarea şi refolosirea apei în incintele industriale;
Recuperarea apei de spălare evacuate din filtre;
Mărirea capacităţii de tratare în perioada de ape limpezi.
62
BIBLIOGRAFIE
1) Serban Stoianovici, Dan Robescu – Procedee si echipamente mecanice pentru
tratarea şi epurarea apei, Editura Tehnică Bucureşti
2) Diana Robescu, Szobolcs Lanyi, Attila Verestoy, Dan Robescu – Modelarea şi
simularea proceselor de epurare , Editura tehnică Bucureşti, 2004
3) E. Secara, Radu Antoniu, Ion Ghiţă – Exploatarea instalaţiilor de epurare a
apelor uzate – Editura Tehică
4) Ianculescu O., Ionescu Gh., Racoviţeanu R. “Epurarea apelor uzate”, Ed.
Matrixrom, Bucureşti, 2001;
5) Ordinul NP 118-06-Prelucrare nămoluri
6) Panaitecu Casen, Note de curs
