CAPITOLUL 1. TEMA DE PROIECTARE

A.    Sa se elaboreze proiectul tehnologic al unei instalatii de epurare a apelor uzate municipale. Se dau urmatoarele date:

Debite de calcul

Q_{zi, med} = 0,38 m³/s

Q_{zi, max} = 0,42 m³/s

Q_{or, min} = 0,30 m³/s

Q_{or, max} = 0,40 m³/s

B.     Compozitia apelor uzate care sunt introduse in statia de epurare

Solide in suspensie - C_iss = 640 mg/l

Compusi organici - CBO₅ = 550 mg/l

- CCO_Cr = 770 mg/l

Azot total - C_iN = 15 mg/l

Temperatura apei uzate: 20⁰C

pH = 7

Constanta vitezei de consum a oxigenului din apele uzate: k₁ = 0,1 zi^-1

C.    Analize de laborator ale emisarului in care se deverseaza apele epurate:

Concentratia de oxigen dizolvat din receptor - C_Or = 6 mg O₂/l

C_(cco-cr)r = 20 mg/l

Solide in suspensie - (C_SS)_r = 50 mg/l

Azot total - C_Nr = 2,5 mg/l

Temperatura medie a apei - 10⁰C

D.    Studiile hidrologice ale emisarului indica

Viteza medie a apei - v = 1,5 m/s

Debitul emisarului - Q_e = 5 m³/s

Coeficientul de sinuozitate al raului - ф = 1,2

Constanta de oxigenare a apei din emisar - K₂ = 0,17 zi^-1

E.     Utilaje ce urmeaza a fi proiectate

Treapta mecanica:

Gratar

Deznisipator

Separator de grasimi

Bazin de egalizare

Decantor primar

Treapta biologica:

Bazin de aerare cu namol activ

Decantor secundar

CAPITOLUL 2. MEMORIU TEHNIC

Acest proiect tehnologic are in vedere elaborarea unei instalatii de epurare a apelor uzate municipale.

Pentru acest lucru, au fost propuse mai multe variante tehnologice dintre care, varianta optima este cea de epurare mecano - bilogica:

Proiectul cuprinde 7 capitole structurate astfel:

Capitolul 1: prezinta tema de proiectare ce se refera la proiectarea unei instalatii de epurare a apelor uzate.

Capitolul 2: cuprinde memoriul tehnic.

Capitolul 3: cuprinde considerentele privind epurarea apelor uzate municipale si anume: poluantii caracteristici, impactul lor asupra mediului si necesitatea epurarii apelor uzate; conditii de calitate normative pentru factorul de mediu; caracteristicile apelor uzate municipale.

Capitolul 4: pune in evidenta tehnologia adoptata pentru epurarea apelor uzate. Aici se prezinta:

patru variante tehnologice de epurare a apelor uzate municipale,

factorii care influenteaza selectia operatiilor si proceselor unitare,

determinarea gradului de epurare necesar, descrierea detaliata a procesului tehnologic adoptat,

calculul concentratiilor intermediare realizate pentru etapele de epurare mecanica si biologica si verificarea realizarii gradului de epurare necesar.

tot aici este elaborata schema bloc tehnologica,

sunt puse in evidenta materiile prime si auxiliare,

utilitatile si consumul de energie, subprodusele materiale si energetice, precum si deseurile.

Capitolul 5: aici are loc proiectarea tehnologica a utilajelor. S-au analizat:

debitele de calcul si de verificare utilizate in statiile de epurare municipale,

calculul utilajelor din cadrul treptei mecanice de epurare (de tipul gratare, deznisipator, separator de grasimi, decantor primar),

calculul utilajelor in cadrul treptei biologice de epurare (bazin cu namol activ, decantor secundar),

tratarea namolurilor (aspecte generale privind colectarea si tratarea namolurilor),

sunt prezentate si fisele tehnice pentru doua utilaje din cadrul procesului tehnologic se epurare.

Capitolul 6: sunt prezentate constructiile si instalatiile prevazute in cadrul statiei de epurare.

Capitolul 7: este desenata schema tehnologica de epurare a apelor uzate municipale.

CAPITOLUL 3. CONSIDERENTE PRIVIND EPURAREA APELOR UZATE MUNICIPALE

. Poluanti caracteristici, impactul asupra mediului, necesitatea epurarii apelor uzate.

Apele uzate cu cea mai mare incarcatura de poluanti sunt apele uzate menajere si cele industriale. O parte din poluanti le sunt comuni.

Principalele tipuri de poluanti care confera apelor "calitatea" de ape uzate datorita modificarii caracteristicilor fizice, chimice, bacteriologice sau radioactive sunt:

Compusi organici biodegradabili care provin din apele uzate menajere, industriale etc. Cele mai incarcate sunt cele din industriile alimentare, cea organica de sinteza si de hartie, din complexe de crestere a animalelor (abatoare, zootehnie).

Impactul acestor compusi consta in reducerea concentratiei de oxigen dizolvat cu repercursiuni asupra florei, faunei. Are loc procese anaerobe; exista riscul reducerii capacitatii de autoepurare. Prezenta acestor compusi este indicata de CBO₅ (indicator specific).

Compusi organici nebiodegradabili (refractari sau poluanti prioritari) rezultati din surse precum ape uzate din industria organica de sinteza, cea a celulozei si hartiei, petrochimica si metalurgica. Sunt compusi organici cu toxicitate acuta sau cronica si/sau cu caracter mutagen sau cancerigen.

Impactul este deosebit asupra cursurilor de apa, asupra oamenilor si asupra organismelor acvatice. Incetinesc sau stopeaza procesele de autoepurare sau epurare biologica si pot da produsi secundari de dezinfectie.

Oxidabilitatea este mai mica decat la compusii organici biodegradabili datorita structurii chimice pe care o au.

Compusii organici toxici sau nebiodegradabili se pot clasifica dupa cum urmeaza:

-compusi halogenati ai hidrocarburilor saturate si nesaturati ciclici sau aciclici;

-compusi aromatici monociclici;

-compusi fenolici;

-compusi aromatici policiclici;

-compusi ai acidului ftalic de tipul esterilor si eterilor;

-compusi cu azot;

-pesticide;

-compusi policlorurati ai fenilbenzenului.

Toti compusii citati provin din industria organica de sinteza, industria textila, industria celulozei si hartie, rafinarii de petrol, industria metalurgica, industria miniera si industria lemnului.

Clorurile si sulfurile din apele uzate pot influenta procesele biologice de epurare daca cantitatile lor depasesc anumite limite. Clorurile sub forma de ioni de clor din apa uzata menajera provin in special, din urina de origine animala sau umana, ca urmare a consumului in alimentatie a clorurii de sodiu. Sulfurile din apele uzate menajere pot fi determinate si puse in evidenta sub forma de sulfuri totale, sulfuri de carbon si hidrogen sulfurat (care ne da indicatii asupra lipsei oxigenului din apa si aparitia proceselor anaerobe).

Metalele grele existente, in special, in apele uzate industriale sunt toxice pentru microorganismele care participa la epurarea biologica a apelor si la fermentarea anaeroba a namolurilor. Limitele admisibile pentru Cu, Zn, Cd, Pb, Hg, Co sunt evidentiate in STAS 4706 - 88. Determinarea lor in laborator prin analize standard necesita durate mari de timp si un echipament complex derivat din necesitatea utilizarii unei game largi de reactivi. In ultimul timp se practica metoda spectrofotometriei cu absorbtie atomica al carui aparat este capabil sa determine un numar de 27 elemente minerale, intre care si metalele grele mentionate.

Substante radioactive folosite din ce in ce mai mult in medicina, tehnica etc, precum si la centralele atomice creaza noi probleme celor care se ocupa cu protectia calitatii apelor. Aceste substante care emit radiatii influenteza procesele de epurare si pot fi periculoase pentru personalul de exploatare.

Substantele organice din apele uzate menajere provin din dejectiile umane si animale, din resturile de alimente, legume si fructe, precum si din alte materii organice evacuate in reteaua de canalizare. Prezenta substantelor organice in apa poate reduce oxigenul din apa pana la 0, iar in apa lipsita de oxigen, substantele organice se descompun prin procese anaerobe care au loc concomitent cu producerea hidrogenului sulfurat si a altor gaze rau mirositoare si toxice (indol, scatol, etc).

Nutrienti includ N₂, P, compusi anorganici si organici cu azot si fosfor, Si si sulfati. Principalele surse de generare le constituie apele uzate menajere si efluentii din industria ingrasamintelor chimice. Azotul si fosforul stimuleaza cresterea necontrolata a algelor si microorganismelor producand fenomenul de eutrofizare.

Substante toxice (poluanti prioritari) includ detergenti, cianuri, compusi organici clorurati, lignina, compusi proveniti din industria chimica, industria celulozei si hartiei, industria petrochimica.

Poluantii prioritari sunt compusi organici sau anorganici selectati pe baza toxicitatii foarte mari, a efectelor cancerigene sau mutagene. Acesti poluanti sunt denumiti si compusi toxici refractari si se gasesc in majoritatea cazurilor in apele uzate industriale, fiind insa depistati uneori in cantitati foarte mici in apele de alimentare datorita unor infiltratii sau datorita epurarii necorespunzatoare a apelor din amonte.

Suspensii inerte, materiale coloidale sau materii fin divizate rezulta ca urmare a proceselor de spalare din diverse industrii. Prin depunerea solidelor in suspensie se perturba viata acvatica normala.

Apa calda este produsa de multe industrii, cum ar fi industria enegetica, petrochimica si de sinteza organica care utilizeaza apa ca agent de racire. Deversata ca atare in emisar, apa calda perturba desfasurarea procesului de autoepurare. Limita la noi in tara la deversare este de 30⁰C.

Contaminarea bacteriologica poate fi produsa de catre industria alimentara, crescatoriile de animale sau canalizarea apelor menajere si industriale in sistem combinat.

Alti poluanti sunt substantele petroliere, sarurile, bazele si acizii peste concentratia limita (C.M.A.), agentii reducatori (grupe de sulfiti, sulfati), uleiuri care apar in efluentii generati in diferite industrii.

Impactul: consum de oxigen dizolvat sau impiedica transferul de oxigen din atmosfera in apa. Influenteaza procesele de tratare a apei si viata organismelor subacvatice care duc la modificari de pH si depuneri in albie.

Conditii de calitate pentru apele uzate urbane. Normative

In vederea asigurarii conditiilor de calitate privind evacuarile de ape epurate in mediul acvatic trebuiesc considerate HG 351/21.04.2005 respectiv programul de evacuari treptate de ape epurate in mediul acvatic si HG 352/21.04.2005 privind modificarea si completarea HG nr. 188/2002 pentru aprobarea unor norme privind conditiile de descarcare in mediu acvatic a apelor epurate (NTPA 001/2005 si 002/2005).

NTPA 001/2005 denumeste valorile limita pentru poluantii apelor uzate evacuate in receptorii naturali. Acestia sunt prezentati in Tabelul 1.

Tabel 1. Valori limita de incarcare cu poluanti a apelor uzate industriale si urbane evacuate in receptori naturali

NTPA 002 denumeste indicatorii de calitate ai apelor uzate evacuate in retele de canalizare ale localitatilor. Acestia sunt prezentati in Tabelul 2.

Tabel 2. Indicatori de calitate ai apelor uzate evacuate in retelele de canalizare ale localitatilor

In proiectare daca evacuarea de ape uzate se face intr-un receptor natural de tip emisar, pentru asigurarea conditiilor de calitate ale emisarului, respectiv a apei de suprafata, trebuiesc cunoscute prevederile Ordonantei MAPM nr. 1146/2002 pentru aprobarea normativului privind obiectivele de referinta pentru clasificarea calitatii apelor de suprafata.

Tabel 3. Determinari fizico-chimice la apa

Caracteristicile apelor uzate urbane

Determinarea caracteristicilor apelor uzate municipale este necesara pentru proiectarea statiilor de epurare dar si pentru controlul si operarea acestora in conditii optime.

Prin caracterizarea apelor uzate se intelege determinarea parametrilor calitativi (indicatori de calitate) cu referire la:

-indicatori fizici ;

-indicatori chimici ;

-indicatori biologici ;

A.    Caracteristici fizice

Temperatura apelor uzate influenteaza majoritatea reactiilor fizice si biochimice care au loc in procesul de epurare. Apele uzate menajere au o temperatura cu 2-3⁰C mai ridicata decat cea a apelor de alimentare, cu exceptia cazului de deversari de ape calde tehnologice sau cand in retea se infiltreaza ape subterane.

Turbiditatea apelor uzate este data de particulele foarte fine aflate in suspensie, care nu sedimenteaza in timp. Turbiditatea nu constituie o determinare curenta a apelor uzate, deoarece nu exista o proportionalitate directa intre turbiditate si continutul lor in suspensii. Analizele de laborator se exprima in grade de turbiditate, 1 grad de turbiditate corespunzand la 1 mg SiO₂/dm³ de apa. Orientativ, apele uzate menajere prezinta valori ale gradului de turbiditate in limitele de 400 - 500⁰ in scara silicei.

Culoarea apelor uzate menajere proaspete este gri deschis, iar culoarea gri inchis indica inceputul procesului de fermentare a materiilor organice existente in aceste ape. Pentru apele uzate care prezinta alte nuante de culori, rezulta ca amestecul acestora cu apele uzate industriale care patrund in reteaua de canalizare este dominat de acestea din urma (ape verzi de la industriile de legume, ape galbene de la industriile prelucratoare de clor, ape rosii de la uzine metalurgice etc).

Mirosul apelor uzate menajere proaspete este aproape inperceptibil: intrarea in fermentatie a materiilor organice este indicata de mirosuri de hidrogen sulfurat, de putregai sau de alte mirosuri de produse de descompunere. Apele uzate orasenesti pot avea mirosuri diferite imprimate de natura si provenienta apelor uzate industriale.

Materiile solide totale (MST) care se gasesc in apa uzata pot fi in stare de suspensie (organice si minerale) si materii solide dizolvate (organice si minerale). Materiile solide in suspensie, la randul lor, pot fi separabile prin decantare si materii coloidale. In functie de dimensiunile diferitelor particule (gradul de dispersie) si de greutatea specifica a acestor particule, materiile solide in suspensie se pot depune sub forma de sediment, pot pluti la suprafata apei sau pot pluti in masa apei (materiile coloidale).

Analizele apelor uzate menajere indica o cantitate totala a materiilor solide de 65 g/om zi, din care, materiile solide decantabile reprezinta 35- 50 g/om zi (in medie 40 g/om zi), ceea ce reprezinta 60-75% din materiile solide totale. In cazul indepartarii unei parti din reziduurile menajere solide prin maruntire (tocare) si evacuare apoi hidraulic, prin reteaua de canalizare, se inregistreaza o crestere semnificativa (cca 100 g/om zi) a depunerilor in statia de epurare.

B. Caracteristici chimice

Apele uzate contin carbohidrati, grasimi si uleiuri, proteine, fenoli, pesticide, poluanti prioritari, compusi organici volatili. Acestia pot proveni di dejectiile umane si aminale, resturi alimentare, legume si fructe sau alti compusi organici de sinteza proveniti din apele uzate industriale. Prezenta materiilor organice pot reduce O₂ dizolvat favorizand aparitia proceselor anaerobe. Analiza continutului de compusi organici prezinta o importanta deosebita pentru functionarea statiilor de epurare, testele putand fi grupate in doua categorii:

analize care masoara concentratii mai mari de compusi organici mai mari de 1mg/L precum CBO₅, CCO_Cr , CTCO (continutul total de carbon organic), CTO (consum teoretic de oxigen).

analize care determina urme de compusi organici (10^-12 - 10^-3 mg/L) folosind metode instrumentale de analiza, cum ar fi cromatografia in faza lichida/gazoasa, spectrofotometrice

analize anorganice : aciditatea, alcalinitatea, pH, sulfati, nitrati, etc

CBO₅ este consum biochimic de oxigen in interval de cinci zile la o temperatura standard de 20 C. Este un indicator general care da informatii asupra continutului de substante organice biodegradabile din apa uzata sau despre necesarul de oxigen al microorganismelor din apa. Practic se determina diferenta dintre cantitatea de oxigen initiala din apa uzata si cea de dupa 5 zile de incubatie la temperatura constanta.

Pentru ape uzate menajere CBO₅ are valorile 100400 mg/L, in timp ce in apele uzate industriale variaza in limite mai largi functie de provenienta lor. Este un indicator important pentru proiectarea treptelor biologice. Procesele consumatoare ale oxigenului dizolvat sunt cele de transformare ale carbonului organic in CO₂ si de transformare a NH₃ in NO₂ si NO₃.

CCO este consumul chimic de oxigen. Se poate determina prin doua metode:

- Metoda cu KMnO₄ in mediu acid (nu se foloseste in cazul apelor uzate decat foarte rar).

- Metoda cu K₂Cr₂O₇ in mediu acid pentru determinarile specifice analizei apelor uzate (la 100C). Este masura cea mai potrivita a oxidabilitatii, daca concentratia de ioni Cleste mai mare de 300mg /L se foloseste ca inhibitor pentru HgSO₄.

CCO_Cr ia valori de 300800 mg/L pentru apele uzate municipale in general dar se poate ajunge la 9001200 mg/L in unele cazuri.

CTO este consumul teoretic de oxigen determinat pe principiul cromatografiei in gaza gazoasa evidentiaza toate substantele organice si anorganice existente in proba de ape uzate care intra in reactii chimice pana la nivelul de oxizi stabili. Se poate calcula daca se cunoaste natura compusilor organici impurificatori.

CTCO este continutul total de carbon organic din apa. Este un indicator global pentru concentratii destul de mici. Principiul de determinare consta in introducerea unor volume exact masurate de apa in dispozitive de oxidare chimica sau in cuptoare cu temperatura inalta. Carbonul este transformat in CO₂ in prezenta unui catalizator si apoi se determina CO₂ intr-un analizor cu raze IR. Inaintea determinarii se realizeaza filtrarea probei si eventual o acidifiere pentru a elimina interferentele.

Aciditatea apelor uzate este determinata de prezenta bioxidului de carbon liber, a acizilor minerali si a sarurilor acizilor tari cu baze slabe. Aciditatea se exprima in ml substanta alcalina normala pentru neutralizarea unui dm³ de apa. Acest parametru este indicat a fi determinat pentru apele uzate industriale care ajung in statia de epurare oraseneasca.

Alcalinitatea apelor uzate este data de prezenta bicarbonatilor, carbonatilor alcalini si a hidroxizilor. Apele uzate menajere sunt usor alcaline, caracterizate prin valoarea pH-ului in limitele de 7.2 - 7.6. In laborator aceasta caracteristica chimica se determina prin neutralizarea unui dm³ de apa de analizat cu o solutie de HCl diluat la 0.1N exprimata in ml.

pH-ul apelor uzate poate fi acid sau alcalin si constituie o cauza importanta perturbatoare a proceselor biologice din cadrul unei statii de epurare. Spre deosebire de aciditatea sau alcalinitatea unei ape, acest parametru exprima numai intensitatea aciditatii sau alcalinitatii, adica nu exista o legatura directa intre pH-ul unei ape si cantitatea de acizi sau alcali care este in compozitia apei respective. Este posibil ca doua solutii apoase sa prezinte aceleasi valori ale pH-ului, cu toate ca concentratia lor in acizi sau baze poate fi diferita.

Concentratia in ioni de hidrogen a apelor naturale, adica pH-ul care exprima reactia activa a apei prezinta valoarea 7 (ape neutre). Reactia apelor va fi acida pentru pH =0 - 7 si va fi alcalina pentru pH = 7 - 14.

C. Caracteristici bacteriologice si biologice

Apele uzate in compozitia carora se afla materii organice, sunt poluate si cu specii de organisme care valorifica resursele de hrana respective si care, in decursul dezvoltarii lor, s-au adaptat unor conditii unulaterale de mediu. Aceste organisme constituie indicatorul biologic ce caracterizeaza pozitiv gradul de incarcare al apei cu substante organice sau gradul sau de saprobitate. Organismele respective sunt formate din bacterii, protozoare, alge.

Din punct de vedere al nutritiei, bacteriile se impart in autrotofe si heterotrofe. Bacteriile autotrofe utilizeaza pentru hrana substante minerale. Carbonul necesar pentru sinteza glucidelor, lipidelor si proteinelor il iau din bioxidul de carbon, carbonati si bicarbonati.

Bacteriile heterotrofe au nevoie de materii organice ca sursa de carbon si de energie. Din grupa acestor bacterii fac parte: saprofitele care utilizeaza materii organice moarte si care joaca rolul principal in procesul de autoepurare, si parazite, care se dezvolta in corpul organismelor animale si umane si care apar numai intamplator in apele poluate; unele suntpatogene, reprezentand un pericol pentru sanatatea omului (bacteriile tifosului intestinal, a dizenteriei, a holerei, a febrei tifoide etc.).

Pentru a determina gradul de infectare a apei cu bacterii patogene se efectuiaza o analiza a apelor pentru a pune in evidenta existenta bacteriilor din grupa Coli - bacterii care prezinta un component tipic al microflorei intestinale. Bacteria Coli nu constituie o bacterie patogena (este o bacterie banala), dar constituie un indicator al existentei in apa uzata a dejectiilor de animale si umane si deci existenta de bacterii patogene.

Determinarea organismelor existente in apele uzate dupa sistemul saprobiilor care cuprine speciile de organisme caracteristice apelor impurificate cu substante organice isi gaseste o aplicare din ce in ce mai larga. Astfel, prezenta sau absenta unor organisme poate oferi indicatii asupra desfasurarii procesului de epurare biologica din cadrul unei statii de epurare. Aceeasi observatie este valabila si in cazul proceselor de fermentare anaeroba a namolurilor. Varietatea organismelor in procesele tehnologice mentionate este mai mare fata de cea existenta in apele uzate brute unde speciile de organisme sunt foarte reduse, ceea ce impune efectuarea de analize biologice, in mod sistematic, in statiile de epurare.

Fata de analiza chimica, analiza biologica a apelor uzate prezinta unele avantaje si dezavantaje.

Avantajul cel mai important consta in valoarea ei retrospectiva. Daca analiza chimica ofera informatii asupra unor caracteristici ale apei valabile numai pentru momentul prelevarii probelor, analiza biologica furnizeaza date medii ce oglindesc situatia in trecut pe o perioada indelungata de timp. Acest avantaj este consecinta asa-numitei inertii biologice ce caracterizeaza materia prima. Reactia unui organism, raspunsul acestuia fata de factorii de mediu (temperatura, oxigen, pH) nu au loc imediat, ci se petrec intr-o anumita perioada de timp. Analiza biologica, in schimb, nu poate furniza valori cantitative asupra proceselor de poluare si nici nu poate indica natura poluantului. In aceasta situatie, metodele de analiza fizico-chimica a apelor uzate se completeaza reciproc cu metodele de analiza biologica. Daca o poluare puternica nu este greu de identificat, in schimb cand intervine o poluare slaba se poate pune in evidenta numai printr-o analiza atenta a conditiilor biologice corelate cu datele chimice.

CAPITOLUL 4. TEHNOLOGIA ADOPTATA PENTRU EPURAREA APELOR UZATE

4.1. Variante tehnologice de epurare a apelor uzate municipale

Epurarea apelor uzate se poate realiza prin metode ce se bazeaza pe procese fizice, chimice si biologice, care difera functie de tipul poluantilor si concentratia lor in apa uzata. Se poate face o clasificare a acestor metode luand in considerare tipul procesului care sta la baza metodei de epurare:

Epurare mecanica

Epurare chimica

Epurare biologica

Epurare avansata

sau considerand operatiile si procesele unitare necesare pentru a realiza indepartarea poluantilor, intr-un anumit stadiu al sistemului de epurare in:

Epurare primara

Epurare secundara

Epurare tertiara (avansata)

Procedeele de epurare mecanica asigura retinerea, prin procese fizice, a substantelor poluante sedimentabile din apele uzate, folosind in acest scop, constructii si instalatii in a caror alcatuire difera marimea suspensiilor retinute. Astfel, pentru retinerea corpurilor si suspensiilor mari se folosesc gratare si site; in unele situatii de scheme de epurare, aceasta operatie se numeste epurare preliminara. Pentru separarea, prin flotare sau gravitationala, a grasimilor si emulsiilor care plutesc in masa apei uzate, se folosesc separatoare de grasimi, iar sedimentarea sau decantarea materiilor solide, in suspensie separabile prin decantare, are loc in deznisipatoare, decantoare, fose septice etc. Acest procedeu de epurare este folosit frecvent in epurarea apelor uzate menajere, constituind o etapa intermediara de realizare totala a epurarii apelor, indeosebi pentru localitatile in care statia de epurare se construieste simultan cu canalizarea localitatii. In cazul cand in canalizarea oraseneasca sunt deversate mari cantitati de ape uzate industriale, pentru a proteja desfasurarea normala a proceselor de epurare in treapta mecanica, se prevede o epurare preliminara alcatuita din bazine de egalizare a debitelor de uniformizare a concentratiilor (in cazul apelor uzate industriale evacuate in sarje tehnologice), sau in bazine de neutralizare pentru apele puternic acide sau alcaline.

Procedeele de epurare mecano - chimica se aplica la apele uzate in compozitia carora predomina materii solide in suspensie, coloidale si dizolvate care nu pot fi retinute decat numai prin tratarea acestor ape cu reactivi chimici de coagulare. Pentru a creste eficienta procesului chimic, apele vor fi supuse, in prealabil, epurarii mecanice, de aceea acest procedeu poarta denumirea de epurare mecano - chimica. La apele uzate menajere, acest procedeu se aplica la dezinfectarea apelor uzate, procedeul fiind aplicat frecvent in epurarea apelor uzate industriale.

In mod obisnuit epurarea mecanica si epurarea mecano - chimica constituie epurarea primara a apelor uzate, iar constructiile si instalatiile aferente alcatuiesc trepta mecanica a unei statii de epurare.

Procedeele de epurare mecano - biologica se bazeaza pe actiunea comuna a proceselor mecanice, chimice si biologice si pot avea loc in conditii naturale (campuri de irigare si de infiltrare, iazuri biologice etc), sau in bazine de aerare cu namol activ de mica sau de mare incarcare, cu aerare normala sau prelungita. Pentru apele uzate industriale in compozitia carora lipsesc substantele nutritive (azot si fosfor) necesare bacteriilor aerobe, se prevad bazine speciale pentru introducerea acestor substante chimice (este mai economica solutia de epurare in comun a acestor ape industriale cu apele uzate menajere, deoarece deseurile orasenesti contin suficiente cantitati de azot si fosfor).

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 decantoarele secundare, numite si bazine clarificatoare. In aceasta treapta de epurare sunt necesare, dat fiind complexitatea proceselor, unele constructii si instalatii de deservire (instalatii 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 materiile organice si a materiilor in suspensie, separabile prin decantare, poate fi apreciat la 75 - 92 %. De exemplu, apele uzate menajere epurate complet ( primar si secundar), vor contine 15 - 20 mg CBO5 / dm si 20 - 30 mg suspensii / dm la deversare in receptor. Apele uzate orasenesti vor avea valori superioare acestora, marimea lor depinzand de incarcarea in poluanti a apelor uzate industriale. In acest caz obtinerea de valori mai mici presupune suplimentarea schemei clasice a statiei de epurare (de exemplu, introducerea da mai multe trepte de epurare biologica).

Variante tehnologice

1. Epurare mecanica

G/S - gratare/site;

DZ - deznisipator;

D.P. - decantor primar;

2. Epurare mecano-chimica

G/S - gratare/site;

Dz - deznisipator;

C-F - separator grasimi;

D.P. - decantor primar;

3. Epurare mecano-biologica

G/S - gratare/site;

Dz - deznisipator;

D.P. - decantor primar;

B.N.A. - bazin cu namol activ;

D.S. - decantor secundar.

4. Epurare mecano-biologica

G/S - gratare/site;

Dz - deznisipator;

D.P. - decantor primar;

B.N.A. - bazin cu namol activ;

D.S. - decantor secundar;

C.A - adsorbtie pe carbune activ.

Factorii care influenteaza selectia operatiilor si proceselor unitare

Factorii cei mai importanti care intervin in evaluarea si selectia operatiilor si proceselor unitare sunt prezentati sintetic in Tabelul 4:

Tabel 4.

Tabel 5. Influenta proceselor tehnologice asupra mediului

4.3. 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:

(%)

unde: c_i - concentratia initiala a poluantilor din apele uzate pentru care se determina gradul de epurare (mg/l);

c_f - 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:

unde: Q_e - 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:

Q_e = 5 m³/s; q = 0.42 m³/s.

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 (L_amestec), se va calcula un coeficient de dilutie real d^' cu relatia:

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.

Acest coeficient de dilutie poate fi determinat si cu ajutorul unei formule stabilita de I.B. Rozdiler:

unde: a - coeficient ce caracterizeaza elementele hidraulice ale emisarului asupra desfasurarii procesului de autoepurare, respectiv asupra amestecarii si dilutiei si se calculeaza cu relatia lui Frolov:

unde: x - coeficient care arata modul de evacuare al apei epurate in emisar. Poate lua urmatoarele valori:

x = 1 - evacuarea se face la mal;

x = 1.5 - evacuarea se face in talveg (in mijlocul curgerii);

x = 3 - evacuarea se face intr-o instalatie de dispersie in emisar.

Se adopta x = 1.5 (viteza maxima de curgere);

f - coeficient de sinuozitate al raului. Se calculeaza prin raportul intre distanta reala dupa talveg (L) si distanta in linie dreapta (L') intre sectiunea de evacuare a apelor si sectiunea examinata.

Din tema de proiectare f

DT - coeficient de difuzie turbulenta, care se calculeaza cu relatia:

[m²/s]

v - viteza medie de curgere a emisarului(m/s); v = 1.5m/s (din tema de proiectare);

H - adancimea medie a emisarului (m). Se adopta H = 1.8 m;

;

;

L - distanta reala dupa talveg de la punctul de varsare al apelor uzate, in sectiunea transversala examinata (m). In calcul se considera situata la 1km amonte de sectiunea de folosinta, care se considera a fi de 15km.

L = 15 - 1= 14 Km = 14000 m;

q - debit de ape uzate (m³/s); q = 0.42 m³/s;

Se determina coeficientul de dilutie:

.

Calculam d' prin doua variante:

Pentru a = 0.8

Pentru a = 0.99

.

Se calculeaza lungimea de amestec (L_amestec), lungimea dupa care se considera ca s-a realizat amestecul complet intre apa uzata epurata si apa emisarului.

Se calculeaza L_amestec cu relatia:

(m);

Se compara valorile lui L_am cu L; L_am L.

Se folosesc ambele valori ale lui a.

Pentru a = 0.8

;

L = 14000 m; L_am < L;

Pentru a = 0.99

;

L_am < L.

Dupa determinarea lui a, se calculeaza gradele de epurare necesare pentru poluantii majori sau cantitatea de O₂ dizolvat, astfel incat dupa epurare, si amestecare cu apele emisarului, acesta din urma sa se incadreze in Normativul 1146/2002. Conform acestui normativ:

CBO₅ = 5 mg/l;

CCO - Cr = 10 mg/l;

N_total = 4 mg/l;

O_2diz = 6 mg/l.

A. Calculul gradului de epurare necesar dupa materii in suspensie:

Se calculeaza gradul de epurare cu ajutorul relatiei:

(%);

unde: - cantitatea de materii in suspensie din apa uzata care intra in statia de epurare; din tema de proiectare = 640 mg/l;

- cantitatea de materii in suspensie din apa uzata care poate fi evacuata in emisar (din NTPA 001/2005); = 35 mg/l.

.

B.     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 :

(4.9)

- 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:

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;

Q_e- debit de emisar (m³/s); Q_e= 5 m³/s;

- concentratia de substante organice exprimate prin CBO₅ a apei in amonte de gura de varsare (mg/l); = 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;

- concentratia de substante organice exprimate sub forma de CBO₅ dupa sectiunea de amestec (mg/l). In general se impune =7mg/l.

(mg/l); (4.11)

Pentru a = 0.8

mg/l;

Pentru a = 0.99

mg/l;

Gradul de epurare se calculeaza cu relatia:

(%) (4.12)

= 550 mg/l;

;

.

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:

;

Pentru a = 0.8

;

Pentru a = 0.99

;

;

.

c)      Se tine cont de valorea impusa pentru CBO₅ prin NTPA 001/2005

Gradul de epurare se calculeaza cu ajutorul relatiei:

(%)

= 25 mg/l (NTPA 001/2005)

.

C. Calculul gradului de epurare dupa O₂ dizolvat

a)      Se calculeaza al celor doua tipuri de ape (uzata si emisar) imediat dupa gura de varsare.

= F D_max (mg/l); (4.15)

unde: F - factor maxim de dilutie care i-a valori intre 1.5 - 2.5. Se adopta

F = 2;

D_max - 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.

D_max = O_S - O_R (4.16)

O_R - concentratia oxigenului in apa receptoare, concentratie ce ar trebui sa existe permanent in apa; O_R =6 mg/l;

O_S - concentratia oxigenului dizolvat la saturatie pentru temperatura de 20⁰C; O_S = 9.2 mg/l;

D_max = 9.2 - 6 = 3.2 mg/l;

= 2 3.2 = 6.4 mg/l.

Se aplica ecuatia de bilant, care permite calcularea concentratiei de materie organica in ceea ce priveste CBO₅ pentru apa epurata deversata in apa receptoare:

Pentru a = 0.8

Pentru a = 0.99

b)      Se calculeaza valoarea concentratie de materie organica exprimata prin CBO dupa 20 zile :

(mg/l)

;

;

(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 .

(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:

D_O = O_S - O_r (mg/l)

Unde: O_S - oxigen la saturatie in functie de tipul emisarului (la temperatura de 10⁰C); O_S = 11.3 mg/l;

O_r - cantitatea minima de oxigen din apa emisarului (Ordin 1146/2002); O_r = 6 mg/l.

D_O = 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).

(zile)

zile;

zile.

e)      Se calculeaza deficitul critic (D_cr) de oxigen cu relatia:

,

.

.

f)       Se compara valoarea deficitului critic prin determinarea concentratiei minime de oxigen in apa emisarului

C_Omin = O_S - D_cr ,

O_S = 11.3 mg/l (la 10⁰C);

C_Omin = 11.3 - 5.605 = 5.695 mg/l > 4 mg/l.

C_Omin = 11.3 - 5.306 = 5.994 mg/l > 4 mg/l

D. Determinarea gradului de epurare in ceea ce priveste consumul chimic de oxigen

Calcul consumului chimic de oxigen se face cu ajutorul relatiei:

(%)

Unde: - concentratia initiala a materiei organice la intrarea in statia de epurare, exprimata prin CCO-Cr;

- concentratia de materie organica exprimata prin CCO-Cr in apa epurata deversata in emisar, ce corespunde valorii din NTPA 001/2005;

= 125 mg/l

(%)

E. Determinarea gradului de epurare in ceea ce priveste azotul total

Se calculeaza gradul de epurare (GE) cu formula:

(%)

unde: - cantitatea de N₂ total la intrarea in statia de epurare;

= 15 mg/l;

- cantitatea de N₂ total la iesirea din statia de epurare comform NTPA 001/2005;

= 10 mg/l.

% .

Alegerea variantei tehnologice optime

(cu justificare din punct de vedere tehnic, economic si ecologic) si descrierea detaliata a procesului adoptat.

Pentru epurarea apelor uzate s-a ales o schema tehnologica alcatuita din doua trepte de epurare: una mecanica si cea de-a doua treapta biologica.

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.

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 ternul 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 bzinele pentru oxidarea totala, bazinele combinate, santurile de oxidare etc.

Pentru alegerea variantei optime, se considera urmatoarele variante pentru care vom calcula concentratiile itermediare pentru solidele in suspensie, CBO₅, CCO-Cr si N₂ pe fiecare treapta. Se vor compara cu valorile din NTPA 001/2002 pentru verificarea gradului de epurare necesar.

Avem urmatoarele caracteristici initiale ale influentului (apa uzata municipala):

- = 640 mg/l;

- CBO₅ = 550 mg/l;

- CCO - Cr = 770 mg/l;

- = 15 mg/l.

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:

(mg/l)

4.5 Calculul concentratiilor intermediare, realizate pentru etapele de epurare mecanica, biologica si verificarea realizarii gradului de epurare necesar

Schema 1. Epurare mecanica

G/S - gratare/site;

Dz - deznisipator;

C-F - separator grasimi;

D.P. - decantor primar;

a)      pentru solide in suspensie

Gratare/site: GE = 5%; cⁱ_ss = 640mg/l;

;

Deznisipator: GE = 50%; cⁱ_ss = 608 mg/l;

;

Decantor primar: GE = 50%; cⁱ_ss = 304mg/l;

;

Comparand cu valoarea din NTPA 001/2005, conform careia c_ss = 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%; cⁱ_CBO5 = 550 mg/l;

;

Deznisipator: GE = 30-40%; adoptam GE= 30%; cⁱ_ss = 550 mg/l;

;

Decantor primar: GE = 30-40%, adoptam GE = 35%; = 385 mg/l;

;

Comparand cu valoarea din NTPA 001/2005 conform careia =25 mg/l, se constata ca valoare obtinuta prin calcul este mai mare.

c)      pentru CCO - Cr

Gratare / site: GE = 0%; cⁱ_CBO5 = 770 mg/l;

;

Deznisipator: GE = 30-40%; adoptam GE= 30%; cⁱ_ss = 770mg/l;

;

Decantor primar: GE = 35%; = 539 mg/l;

;

Comparand cu valoarea din NTPA 001/2005 conform careia =125 mg/l, se constata ca valoare obtinuta prin calcul este mai mare.

d)     pentru N₂

Gratare / site: GE = 0%; cⁱ_N2 = 15 mg/l;

;

Deznisipator: GE = 35%; cⁱ_N2 = 15 mg/l;

;

Decantor primar: GE = 35% cⁱ_N2 = 9.75 mg/l;

;

Comparand cu valoarea din NTPA 001/2005, conform careia valoarea obtinuta prin calcul este mai mica decat cea din NTPA.

Schema 2 Epurare mecano-chimica

G/S - gratare/site;

Dz - deznisipator;

D.P- decantor primar

C- F- coagulare-floculare

a)      pentru solide in suspensie

Gratare / site: GE = 5%; cⁱ_ss = 640 mg/l;

;

Deznisipator: GE = 50%; cⁱ_ss = 608 mg/l;

;

Coagulare-floculare: GE = 50%; cⁱ_ss = 304 mg/l;

;

Decantor primar: GE = 50 %; cⁱ_ss = 152 mg/l;

;

C0mparand cu valorile din NTPA 001/2005, valoarea obtinuta prin calcul este mai mare decat cea din NTPA.

b) pentru CBO₅

Gratare / site: GE = 0%; cⁱ_CBO5 = 550 mg/l;

;

Deznisipator: GE = 30%; cⁱ_CBO5 = 550mg/l;

;

Coagulare-floculare: GE = 50%; = 385mg/l;

;

Decantorul primar: GE = 35%; adoptam GE = 50%; = 192.5mg/l;

;

Comparand cu valoarea din NTPA 001/2005 se constata ca valoare obtinuta prin calcul este egala cu cea prevazuta de NTPA 001/2005.

b)     pentru CCO - Cr

Gratare / site: GE = 0%; cⁱ_CBO5 = 770 mg/l;

;

Deznisipator: GE = 30%; cⁱ_CCO-Cr = 770 mg/l;

;

Coagulare-floculare: GE = 50%; = 539mg/l;

;

Decantor p rimar: GE =35%; = 269.5mg/l;

;

Comparand cu valoarea din NTPA 001/20025se constata ca valoare obtinuta prin calcul este mai mare.

d)     pentru N₂

Gratare / site: GE = 0%; cⁱ_N2 = 15 mg/l;

;

Deznisipator: GE = 35%; cⁱ_N2 = 15mg/l;

;

Coagulare-floculare: GE = 70%; = 9.75 mg/l;

;

Decantor p rimar: GE =35%; cⁱ_N2 = 2.92 mg/l;

;

Comparand cu valoarea din NTPA 001/2005 se constata ca valoare obtinuta prin calcul este mai mica.

Schema 3. Epurare mecano-biologica

G/S - gratare/site;

Dz - deznisipator;

D.P. - decantor primar;

B.N.A. - bazin cu namol activ;

D.S. - decantor secundar.

a)      pentru solide in suspensie

Gratare/site: GE = 5%; cⁱ_ss = 640 mg/l;

;

Deznisipator: GE = 50%; cⁱ_ss = 608 mg/l;

;

Decantor primar: GE = 50%; cⁱ_ss =304 mg/l;

;

Bazin cu namol activ: GE = 80%; cⁱ_ss = 152 mg/l;

;

Comparand cu valoarea din NTPA 001/2005 se constata ca valoare obtinuta prin calcul este mai mare.

b)     pentru CBO₅

Gratare / site: GE = 0%; cⁱ_CBO5 = 550 mg/l;

;

Deznisipator: GE = 30%; = 550 mg/l;

;

Decantor primar: GE = 30 - 40%, adoptam GE = 35%; = 385mg/l;

;

Bazin cu namol activ: GE = 80%; = 250.25mg/l;

;

Comparand cu valoarea din NTPA 001/2005 se constata ca valoare obtinuta prin calcul este mai mare.

c)      pentru CCO - Cr

Gratare / site: GE = 0%; cⁱ_CCO-Cr = 770 mg/l;

;

Deznisipator: GE = 30%; = 770 mg/l;

;

Decantor primar: GE = 35%; = 539mg/l;

;

Bazin cu namol activ: GE = 80%; = 350.35 mg/l;

;

Comparand cu valoarea din NTPA 001/2005 se constata ca valoare obtinuta prin calcul este mai mare.

d)     pentru N₂

Gratare / site: GE = 0%; cⁱ_N2 = 15 mg/l;

;

Deznisipator: GE = 35%; cⁱ_N2 = 15mg/l;

;

Decantor primar: GE = 35% cⁱ_N2 = 9.75mg/l;

;

Bazin cu namol activ: GE = 70%; cⁱ_N2 = 6.33 mg/l;

;

Comparand cu valoarea din NTPA 001/2005 se constata ca valoare obtinuta prin calcul este mai mica.

Schema 4. Epurare mecano-biologica

G/S - gratare/site;

Dz - deznisipator;

D.P. - decantor primar;

D.S. - decantor secundar;

C.A - adsorbtie pe carbune activ.

a)      pentru solide in suspensie

Gratare/site: GE = 5%; cⁱ_ss = 640 mg/l;

;

Deznisipator: GE = 50%; cⁱ_ss = 608 mg/l;

;

Decantor primar: GE = 50%; cⁱ_ss = 304 mg/l;

;

Filtru biologic: GE = 80%; cⁱ_ss = 152 mg/l;

;

Adsorbtie pe carbune activ: GE = 75%; cⁱ_ss = 30.4 mg/l;

.

Comparand cu valoarea din NTPA 001/2005 se constata ca valoare obtinuta prin calcul este mai mmica.

b)     pentru CBO₅

Gratare / site: GE = 0%; cⁱ_CBO5 = 550mg/l;

;

Deznisipator: GE = 30%; cⁱ_ss =550mg/l;

;

Decantor primar: GE = 30 - 40%, adoptam GE = 35%; = 385mg/l;

;

Filtru biologic: GE =75%; = 250.25mg/l;

;

Adsorbtie pe carbune activ: GE = 75%; cⁱ_CBO5 = 62.56 mg/l;

.

Comparand cu valoarea din NTPA 001/2005 se constata ca valoare obtinuta prin calcul este mai mica.

c)      pentru CCO - Cr

Gratare / site: GE = 0%; cⁱ_CCO-Cr = 770 mg/l;

;

Deznisipator: GE = 30%; = 770 mg/l;

;

Decantor primar: GE = 35%; = 539mg/l;

;

Filtru biologic: GE = 70%; = 350.35 mg/l;

;

Adsorbtie pe carbune activ: GE = 75%; cⁱ_CCO-Cr = 105.105mg/l;

.

. Comparand cu valoarea din NTPA 001/2005 se constata ca valoare obtinuta prin calcul este mai mica.

d)     pentru N₂

Gratare / site: GE = 0%; cⁱ_N2 = 15 mg/l;

;

Deznisipator: GE = 35%; cⁱ_N2 = 15 mg/l;

;

Decantor primar: GE = 35% cⁱ_N2 = 9.75 mg/l;

;

Filtru biologic: GE = 70%; cⁱ_N2 = 6.33 mg/l;

;

Adsorbtie pe carbune activ: GE = 45%; cⁱ_CBO5 = 1.9 mg/l;

Comparand cu valoarea din NTPA 001/2005 se constata ca valoare obtinuta prin calcul este mai mica.

Conform calculelor efectuate , cea mai buna epurare a apelor uzate urbane se realizeaza cu cea din urma schema tehnologica,si anume printr-o epurare avansata

. Elaborarea schemei bloc tehnologice

S-a constatat ca varianta tehnologica optima este statia de epurare macano - biologica.

Schema bloc este prezentata mai jos:

Gratare/site

_{Bazin de egalizare}

_B.N.A

Gratarele si sitele, conformSTAS 12431/86, se prevad la toate statiile de epurare, indiferent de sistemul de canalizare adoptat si indiferent de procedeul de intrare a apei in statia de epurare. Scopul gratarelor este de a retine corpurile plutitoare si suspensiile mari din apele uzate (crengi si alte bucati de material plastic, de lemn, materiale moarte, legume, carpe si diferite corpuri aduse prin plutire) pentru a proteja mecanismele si utilajele din statia de epurare si pentru a reduce pericolul de colmatare a canalelor de legatura dintre obiectele statiei de epurare.

Deznisipatoarele se prezinta sub forma unor bazine speciale din beton armat unde sunt retinute suspensiile granulare sub forma de particule discrete care sedimenteaza, indepedent unele de altele, cu o viteza constanta. In compozitia acestor depuneri predomina particulele de origine minerala, in special nisipuri antrenate de apele de canalizare de pe suprafata centrelor poluante. Necesitatea tehnologica a deznisipatoarelor in cadrul unei statii de epurare 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 pe canalele de legatura care pot modifica regimul hidraulic al influentului.

Decantoarele primare sunt bazine deschise in care se separa substantele insolubile mai mici de 0.2 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.

Bazinele cu namol activ sunt constructii in care epurarea biologica aeroba a apei are loc in prezenta unui amestec de namol si apa uzata, agitat in permanenta si aerat. Epurarea apei in aceste bazine poate fi asemuita cu autoepurarea care se produce in apele de suprafata; in bazinele cu namol activ insa in afara de agitarea si aerarea amestecului, se realizeaza si accelerarea procesului de epurare, ca urmare a maririi cantitatii de namol prin trimiterea in bazine a namolului de recirculare. Influentul cu continut de impuritati organice este pus in contact intr-un bazin cu namol activ cu cultura de microorganisme care consuma impuritatile degradabile biologic din apa uzata. Apa epurata se separa apoi gravitational de namol activ in decantorul secundar. O parte din namolul activ, separat in decantorul secundar este recirculata in bazinul de aerare, iar alta parte este evacuata ca namol in exces in decantorul primar in asa fel incat in bazinele de aerare se mentine o concentratie relativ constanta de namol activ; in bazinul de aerare cultura de microorganisme este mentinuta in conditii de aerare printr-un aport permanent de aer sau oxigen.

Decantoarele secundare constitue o parte componenta importanta a treptei de epurare biologica; ele au drept scop sa retina namolul, materiile solide in suspensie separabile prin decantare. Namolul din decantoarele secundare are un continut mare de apa, este puternic floculat, este usor si intra repede in descompunere; daca ramane un timp mai indelungat in decantoarele secundare, bulele mici de azot, care se formeaza prin procesul chimic de reductie, il aduc la suprafata si astfel nu mai poate fi evaluat.

4.7. Materii prime si auxiliare

Materia prima reprezinta un ansamblu de material destinat prelucrarii, intr-o instalatie industriala, in vederea obtinerii unui produs.

Intr-un proces de epurare a apelor uzate se utilizeaza materii prime de diferite proveniente, acestea putand fi:

materii prime naturale;

materii prime fabricate industrial;

produse secundare ale industriei chimice sau a altor ramuri industriale.

Materiile prime pot fi:

amestecuri omogene de doua lichide organice ce urmeaza a fi separate prin rectificare;

solutiile diluate ale unor saruri supuse concentrarii prin operatia de evaporare;

amestecuri gazoase ce urmeaza a fi separate prin absorbtie;

diverse materiale sub forma granulara supuse uscarii.

4.8. Utilitati si energie

Functie de utilizarea care se da apei se deosebesc mai multe categorii: apa tehnologica, apa de racire, apa potabila, apa de incendiu, apa de incalzire.

Apa

Apa ca agent de incalzire poate fi :

apa calda cu temperatura pana la 90 C;

apa fierbinte, sub presiune, pana la temperatura de 130 - 150 C.

Apa este un agent termic cu capacitate calorica mare, usor de procurat. Pentru incalzire, se prefera apa dedurizata in scopul evitarii depunerilor de piatra.

Aburul

Aburul este cel mai utilizat agent de incalzire si poate fi: abur umed; abur saturat; abur supraincalzit.

Aburul umed contine picaturi de apa si rezulta de la turbioanele cu contra presiune sau din operatiile de evaporare, ca produs secundar. Este cunoscut sub denumirea de abur mort.

Aburul saturat este frecvent folosit ca agent de incalzire, avand caldura latenta de condensare mare si coeficienti individuali de transfer de caldura mari. Temperatura aburului saturat poate fi reglata usor prin modificarea presiunii. Incalzirea cu abur se poate realiza direct, prin barbotare, sau indirect, prin intermediul unei suprafete ce separa cele doua fluide.

Aburul supraincalzit cedeaza, in prima faza, caldura sensibila de racire, pana la atingerea temperaturii de saturatie, cand coeficientul individual de transfer de caldura este mai mic si apoi caldura latenta prin condensare.

Energia electrica

Aceasta reprezinta una din formele cele mai folosite datorita usurintei de transport la distante mari si la punctele de consum si randamentelor mari cu care poate fi transformata in energie mecanica, termica sau luminoasa.

Energia electrica transformata in energie mecanica este utilizata la actionarea motoarelor cu care sunt dotate diversele utilaje.

Energia electrica este folosita si la incalzire, prin transformare in caldura, folosind mai multe tehnici:

trecerea curentului prin rezistente electrice;

transformarea energiei electrice in radiatii infrarosii;

folosirea curentilor de inalta frecventa, medie si mica;

folosirea pierderilor dielectrice;

incalzirea prin arc electric.

Avantajul incalzirii electrice consta in reglarea usoara a aparaturii, posibilitatea generarii caldurii intr-un punct, introducerea unei cantitati mari de caldura intr- un volum mic, realizarea unei incalziri directe, fara impurificarea mediului si la orice presiune.

Dezavantajul utilizarii energiei electrice il costituie costul ridicat si impunerea unor masuri speciale de protectia muncii.

Aerul comprimat

Aerul comprimat poate fi utilizat in urmatoarele scopuri:

ca purtator de energie (pentru actionarea aparatelor de masura si de reglare, in atelierul mecanic);

pentru amestecare pneumatica;

pentru diferite scopuri(curatirea utilajelor, uscare, etc).

4.9. Subproduse materiale si energetice, deseuri

O cantitate importanta de deseuri provin de la treapta mecanica de epurare si sunt constituite din corpuri plutitoare de dimensiuni mari care sunt retinute de gratare si site si din depuneri minerale de la deznisipatoare. Aceste deseuri sunt colectate in containere unde se usuca si apoi sunt deversate la groapa de gunoi a localitatii

Epurarea apelor uzate, in vederea evacuarii in receptorii naturali sau recircularii lor, conduce la retinerea si formarea unor cantitati importante de namoluri ce inglobeaza atat materiile poluante din apele brute, cat si cele formate in procesul de epurare. O statie de epurare poate fi considerata eficienta nu numai daca efluentul se incadreaza in limitele impuse de calitatea receptorului, ci si daca namolurile rezultate au fost tratate suficient de bine in vederea valorificarii lor finale, fara a afecta calitatea factorilor de mediu din zona respectiva.

La baza tuturor procedeelor de tratare a namolurilor stau doua procese tehnologice si anume stabilizarea prin fermentare (anaeroba sau aeroba) si eliminarea apei din namol (deshidratarea). Intre aceste doua procedee de baza exista diverse combinatii de procedee a caror aplicare se face diferentiat in functie de conditiile locale definite de cantitatea si calitatea namolurilor, de posibilitatea asigurarii terenurilor pentru amplasarea instalatiilor si constructiilor respective, de disponibilitatea de energie.

Procedeele de prelucrare conduc la obtinerea urmatoarelor tipuri de namoluri:

namol stabilizat (aerob sau anaerob);

namol deshidratat (natural sau artificial);

namol igienizat (prin pasteurizare, tratare chimica sau compostare);

namol fixat rezultat prin solidificare in scopul imobilizarii compusilor toxici;

cenusa rezultata din incinerarea namolurilor.

CAPITOLUL 5. PROIECTAREA TEHNOLOGICA A UTILAJELOR

Debite de calcul si de verificare utilizate in statiile de epurare municipale

Calculul utilajelor din cadrul treptei mecanice de epurare (gratare, deznisipator, bazin de egalizare, separator de grasimi, decantor primar)

A. 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.

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 , 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 , 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

Gratarele retin aproximativ 3-5% din materialele solide transportate de apele uzate. Din varianta tehnologica aleasa s-a propus un grad de epurare in ceea ce privesc materiile solide de 5 %.

a)      Debite de calcul si de verificare ale gratarelor

Q_c = 2Q_{max, orar} (m³/s)   

Q_{max, orar} = 0.40 m³/s

Q_c = 2*0.40 = 0.80 m³/s;

Q_v = Q_{min, orar} (m³/s)   

Q_{min, orar} = 0.30 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.=

b)      Viteza apei uzate prin interspatiile gratarelor, v_g

Ea trebuie sa fie cuprinsa intre 0.7 - 1.1 m/s. Se adopta v_g = 0.8 m/s.

c)      Caracteristicile celor doua gratare

latimea gratarelor (s); s = 10 mm = 0.01 m;

coeficientul de forma al barelor (b b

distanta dintre (b_i); b_i = 20 mm = 0.02 m;

unghiul de inclinare (q q

d)      Viteza apei in amonte de gratar, v_a

v_a = 0.4 - 0.75 m/s. In perioadele cu ape abundente v_a = 0.4 - 0.9 m/s.

Se calculeaza cu relatia:

(m/s)

unde: Q_c - debit de calcul (m³/s); Q_c = 0.8 m³/s;

B_c - inaltimea gratarelor (m); se adopta B_c = 2 m;

h_max - inaltimea apei in amonte de gratar (m); h_max = 0.25 - 0.6 m; se adopta h_max = 0.4 m.

.

e)      Se caluleaza suma latimilor interspatiilor dintre bare, ab

(m)

v_g = 0.8 m/s; h_max = 0.4 m;

.

f)       Se calculeaza numarul de bare, n_b

unde: c - latimea de prindere a barelor; c = 0.3;

s - latimea barelor, s = 10 mm = 0.01m;

.

g)      Se verifica viteza apei in amote de gratare, v_a

v_a = 74 R^2/3 j^1/2 (m/s)

R - raza hidraulica: ;

;

j - panta gratarului; j = 0.5mm = 0.0005 m;

.

h)      Se calculeaza pierderile de sarcina pe gratar, h

;

unde : b - coeficient de forma a barelor; b

s - latimea barelor; s = 0.01 m;

b - interspatiu dintre bare; b = 0.02 m;

v_a - viteza apei in amonte; v_a = 0.5 m/s;

g - acceleratia gravitationala; g = 9.81;

q - unghiul de inclinare; q

m.

B. 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.

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 . In acest scop se ciurata nisipul de pe radier cu unelte terasiere, iar indepartarea lui se face prin relee de lopatare sau benzi transportoare.

La proiectarea deznisipatoarelor orizontale se recomanda a avea in vedere proiectele tip elaborate de PROED Bucuresti. Un astfel de bazin, cu doua compartimente are latimea de 1,50m iar adancimea totala variaza intre 1,50 si 3,0 m in functie de marimea debitului.

Proiectarea deznisipatoarelor orizontale consta in stabilirea formei si dimensiunilor interioare ale bazinului, in dimensionarea instalatiilor de evacuare a depunerilor si in dimensionarea dispozitivelor pentru mentinerea unei viteze constante a apei in deznisipator.

Viteza orizontala a apei inbazineste instransa dependenta de viteza critica la care este antrenat materialul depus pe radierul deznisipatorului. Prin cercetari experimentale indelungate s-a ajuns la concluzia ca viteza orizontala a apei trebuie sa fie mai mica sau egala cu viteza critica la care apa uzata antreneaza suspensiile depuse pe fundul bazinului. Valoarea maxima a acestei viteze orizontale este de 0,3 m/s corespunzatoare debitului orar maxim, iar valoarea minima este de 0,05 m/s pentru debitul orar minim.

Dimensionarea deznisipatorului

Am ales GE = 50 % pentru materii solide, GE = 30 % pentru CBO₅ si GE = 35 % pentru CCO_Cr.

a) Debite de calcul si de verificare

Q_c = 2Q_{max, orar} = 2 0.40 = 0.80 m³/s;

Q_v = Q_{min, orar} = 0.3 m³/s.

b) Volumul util al deznisipatorului, V_dez

V_dez = Q_c t_d (m³)   

unde: Q_c - debit de calcul, m³/s; Q_c = 0.80 m³/s;

t_d - timp de deznisipare, s; t_d = 30 - 60 s; se adopta t_d = 50 s;

V_dez = 0.80 50 = 40 m³.

c)      Calculul suprafetei orizontale, A₀

(m²)

unde: a - coeficient ce tine cont de regimul de curgere si gradul de epurare pentru matriile solide. Se adopta, pentru GE = 30%, a

v_s - viteza de sedimentare in deznisipator; se adopta v_s = 2.3 cm/s;

v_s = 0.023 m/s;

B - latimea deznisipatorului;

L - lungimea deznisipatorului.

.

d)     Se calculeaza incarcarea superficiala, v_sⁱ

(m/s)

.

e)      Se calculeaza aria tranzversala, A_t

(m²)

unde: Q_c - debit de calcul, m³/s; Q_c = 0.80 m³/s;

v_a - viteza de trecere a apei prin deznisipator; v_a = 0.05 - 0.3 m/s. In functie de diametrul particulelor retinute (nisip) se adopta v_a = 0.15 m/s.

.

f)       Se calculeaza lungimea si latimea deznisipatorului

L = a v_a t_d (m)

L = 1.5 50 = 11.25 m;

(m)

.

g)      Se calculeaza inaltimea deznisipatorului

(m)

.

h)     Se compartimenteaza deznisipatorul

Deoarece latimea deznisipatorului (B) este mai mare de 2 m, B = 4.63 m, se recurge la decompartimentarea acestuia. Latimea unui compartiment nu va depasi 0.6 - 2 m si se noteaza cu b₁. Se adopta b₁ = 1.15 m.

Se calculeaza numarul de compartimente, n

C. 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:

h_s

h_u

h_d

D

Figura 5.1. Sectiunea tranzversala prin bazinul de egalizare

h = inaltimea utila, m; h_u = 1.8 - 2 m; adoptam h_u = 2 m;

h_s - inaltimea de siguranta, m; h_s = 0.2 - 0.4 m; adoptam h_s = 0.4 m;

h_d - inaltimea zonei de depunere, m; h_d = 0.2 - 0.4 m; adoptam

h_d = 0.4 m;

D - diametrul bazinului, m; D = 12 - 20 m;

H = h_s + h_u + h_d = 0.4 + 0.4 + 2 = 2.8 m.

Se adopta H = 2m.

m²

m²

D. 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/m²h. 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.

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.

In cazul decantorului primar s-au ppropus urmatoarele grade de epurare:

Gess = 50%; GE_CBO5 = 35%; GE_CCOcr = 35%; GE_Nt = 35%.

a)          Debite de calcul si de verificare

Q_c = Q_max,zi (m³/s);

Q_c = 0.42 m³/s;

Q_v = 2Q_max,orar (m³/s);

Q_v = 2 0.40 = 0.80 m³/s.

b)         Determinarea vitezei de sedimentare, v_s

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 v_s = 1,5 m/h = 0,00041 m/s pentru incarcari initiale cu materii in suspensie mai mic de 200 mg/L.

c)          Calculul vitezei de circulatie a apei prin decantor, v_a

V_a = 10 mm/s = 10 10^-3 m/s.

d)         Timpul de stationare in decantor, t_s

Variaza intre 1.5 - 2.5 h, dar conform STAS 4162 - 1/89, se recomanda a fi de maxim 1.5 h.

t_s = 1.5 h = 5400 s.

e)          Calculul volumului spatiului de decantare, V_s

V_s = Q_c t_s (m³)

V_s = 0.42 5400 = 2268 m³.

f)           Se calculeaza aria orizontala si aria tranzversala

(m²)

;

(m²)

.

g)         Se calculeaza lungimea decantorului, L

L = v_a t_s (m)

L = 0.01 5400 = 54 m.

h)         Se calculeaza inaltimea totala a decantorului, H

H = H_s + H_u + H_d (m)

H_s = inaltime de siguranta; H_s = 0.2 -0.6 m; se adopta H_s = 0.5 m;

H_u = inaltimea efectiva a zonei de sedimentare, m;

H_u = v_s t_s = 0.00041 5400 = 2.25 m;

H_d = inaltimea zonei de depuneri; H_d = 0.2 - 0.6 m; se adopta

H_d = 0.4m;

H = 0.4 + 2.25 + 0.5 = 3.15 m.

i)        Se calculeaza latimea decantorului, B

(m)

Deoarece B depaseste valoarea standardizata de 4 - 5 m, se recurge la decompartimentarea decantorului si la calcularea numarului (n) de compartimente functie de latimea adoptata pentru un compartiment si notata cu B₁. Se adopta B₁ = 5 m.

; ; adoptam n = 4 compartimente.

j)       Calculam volumul total de namol depus in decantor, V_tnamol

(m³/zi)

unde: GE = 50% = 0.5;

g_n - densitatea namolului rezultat in bazinul de decantare primar;

g_n = 1100 - 1200 Kg/m³; adoptam g_n = 1150 Kg/m³;

C_ssⁱ - concentratia initiala de solide in suspensie la intrarea in decantor;

C_ssⁱ = 307mg/l = 307 10^-3 Kg/m³;

p - umiditatea namolului; alegem p = 95%;

Q_c = 0.42 m³/s= 36288 m³/zi

. Calculul utilajelor in cadrul treptei biologice (bazin de namol activ, decantorul secundar).

Epurarea biologica constituie un proces prin care se elimina prin fenomene biochimice continutul de substante organice dizolvate si uneori a unor suspensii coloidale de natura organica. In cadrul procesului ce are loc in epurarea biologica sunt folosite microorganisme care participa la procese ce pot fi grupate in aerobe si anaerobe.

Microorganismele aerobe sunt folosite in mod curent la epurarea majoritatii apelor uzate cu caracter preponderent organic si in ultima vreme si la fermentarea aeroba a namolului.

Desi procedeele aerobe de epurare biologica in biofiltre, in bazine cu namol activ, pe campuri de irigatii si in iazuri difera intre ele cu privire la timpul de contact intre microorganisme si apa uzata, necesarul de oxigen, modul de utilizare a namolurilor biologic, etc., fenomenele biochimice esentiale sunt identice.

Procesele de epurare biologica nu pot avea loc decat in cazul in care apele uzate supuse epurarii au valoare biologica, respectiv contin, pe de o parte suficiente substante nutritive, iar pe de alta parte, dispun de substantele necesare sintezei organice. Apele uzate menajere, prin natura lor, avand un continut complex de substante organice biodegradabile, intrunesc conditiile unei epurari biologice.

Componenta organica a apelor uzate industriale variaza in functie de specificul industriei si a materiilor prime prelucrate. Unele substante organice existente in apele uzate industriale sunt degradate cu usurinta de catre microorganisme, alte substante solicita, pentru indepartarea lor, o flora selectionata adecvat, iar alte substante sunt rezistente la atacul microorganismelor sau sunt degradate in timp indelungat.

Bazinul de namol activ, are ca principal scop principal degradarea sau eliminarea substantelor organice din apele uzate prin procese biochimice care conduc la scaderea CBO₅ si a materiei solide coloidale preponderent de materie organica.

Procesul epurarii biologice in bazinul de namol activ este asemanator celui care se dezvolta in locurile sau cursurile naturale cand se produce autoepurarea apei, aici aplicandu-se un complex de masuri care contribuie la intensificarea proceselor: marimea concentratiei namolului activ, aerarea artificiala a operatiei, pentru intensificarea oxigenarii acesteia, agitarea artificiala a apei in vederea dispersarii in apa uzata bruta a namolului recirculat.

Avantajele folosirii bazinului cu namol activ sunt: realizarea unei eficiente mai ridicate, atat iarna cat si vara, sunt lipsite de mirosul neplacut si de prezenta mustelor, suprafetele specifice constituente sunt mai reduse, permite o mai buna adaptare a procesului tehnologic din statia de epurare la modificari de durata ale caracteristicilor apelor uzate, etc.

Marele inconvenient al acestui proces este de ordin energetic deoarece necesita un consum specific de energie mai ridicat, aceasta energie fiind absorbita de utilajele care furnizeaza oxigenul necesar proceselor aerobe.

Un bazin de aerare se prezinta sub forma unui bazin rectangular din beton armat, unde epurarea biologica are loc in prezenta unui amestec de namol activ si apa uzata. Pentru asigurarea unui contact intim si continuu a celor doi componenti ai amestecului, se impune o agitare permanenta a acestora cu ajutorul aerului care asigura, in acelasi timp si oxigenul necesar coloniilor de microorganisme aerobe existente in compozitia namolului activ, sub forma de flocoane. In bazin se urmareste a se mentine o concentratie cvasiconstanta a namolului activ in decantorul secundar.

Simultan cu eliminarea substantei organice impurificatoare, se obtine cresterea namolului activ sub forma materialului celular insolubil si sedimentabil in decantoarele secundare. O parte din acest namol este utilizat in scopuri tehnologice proprii (namolul activ de recirculare), iar diferenta numita namolul activ in exces, este dirijata in decantoarele primare pentru a le mari productivitatea de eliminare a suspensiilor datorita prezentei flocoanelor care au efectul unui coagulant.

Pentru apele uzate cu concentratii mari in CBO₅, viteza reducerii materiilor organice, raportata la unitatea celulara va ramane constanta pana la o anumita limita de concentratie a substratului, dupa care, pentru valori ale acestuia mai reduse, viteza variaza numai in functie de concentratia materiilor organice si va fi descrecatoare.

Apele uzate intra in bazinul de namol activ apoi intra in decantorul secundar de unde o parte din namol este eliminat in exces sau este recirculat.

Ipoteze pentru proiecterea bazinelor cu namol activ si a decantoarelor secundare :

1. bazinul de namol activ este asimilat cu un bazin cu amestecare perfecta in care se considera ca in orice punct din bazin concentratia substratului cat si a namolului activ este egala cu cea de la iesirea din bazin;

2. epurarea biologica se realizeaza in ansamblul format din bazinul de namol activ si decantorul secundar;

3. procesul biologic de degradare a materiei organice care are loc numai in bazinul de namol activ, in decantorul secundar se realizeaza separarea flocoanelor biologice de apa epurata si recircularea unei parti a namolului activ in bazinul de namol activ;

4. in decantorul secundar, namolul activ trebuie mentinut in stare proaspata prin evacuarea excesului si recircularea unei parti de namol activ in bazinul de namol activ in conformitate cu raportul de recirculare;

5. principalele caracteristici ale namolului activ ce sunt avute in vedere in proiect in treapta biologica, sunt:

indicele volumetric a namolului I_VN;

incarcarea organica a namolului I_ON;

indicele de incarcare organica a bazinului I_OB.

Schema de baza in treapta biologica este prezentata in figura 2, care presupune existenta unui BNA alimentat cu aer, urmat de un DS in care are loc separarea flocoanelor.

Figura 2. Schema bloc a treptei de epurare biologica

Dimensionarea bazinului cu namol activ

a) Calculul materiei organice la intrarea in treapta biologica exprimata prin concentratia la intrare in bazin a CBO₅:

C_CBO5 = 350.35 mg/l

b) Debitul de calcul:

Q_c = Q_{zi, max} = 0,42 m³/s

Q_v = Q_{or, max} = 0,4 m³/s

c) Calculul gradului de epurare pentru treapta biologica in conformitate cu conditiile de deversare (NTPA 001/2005)

GE_SS = 80%; GE_CBO5 = 80%; GE_CCOCr = 80%; GE_Nt = 70%

d) Calculul incarcarii organice a bazinului. I_OB reprezinta cantitatea de CBO₅ din influent exprimata in Kg CBO₅/zi care poate fi indepartata dintr-un m³ de bazin de aerare. Se poate calcula in trei moduri:

- Folosind relatia de calcul:

I_OB =

GE_b - gradul de epurare in CBO₅;

V - volumul bazinului de aerare, m³;

K - coeficient influentat de temperatura. Daca temperatura in bazin este:

T = 10 - 20^oC, atunci K = 5;

T = 30 - 40^oC, K = 7;

T = 20 - 30^oC, K = 6;

= 2.236 Kg CBO₅/m³ zi.

e)      Incarcarea organica a namolului activ, se poate calcula:

- Folosind relatia:

Q_C - debit de calcul;

C_CBO5ib - concentratia initiala a CBO₅;

V - volumul bazinului cu namol activ;

C_N - concentratia namolului; C_N = 2,5 - 4 Kg/m³

I_ON = ;

I_ON = k(1 - GE_b) = 5(1 - 0,8) = 1 kg CBO₅/Kg NA zi;

f) Se calculeaza concentratia namolului activ

kg CBO₅/m3

g) Volumul bazinului cu namol activ

V = m³;

h) Calculul debitului de namol activ recirculat

Q_R = r Q_C, (m³/s) ;

r = raport de recirculare

r = ;

C_R = 10 kg MTS/m³;

C_N - concentratia namolului activ;

C_R - concentratia namolului recirculat.

.

m³/s;

i) Timpul de aerare

Daca se ia in calcul recircularea namolului

t_ra = ore

unde: Q_r^' = debitul maxim de recirculare; se recomanda a fi max

Q_r^' = 0.7 Q_c = 0,7 0,42 = 0,294 m³/s

j) Calculul namolului in exces

Acest calcul se face cu relatia Huncken:    Kg/zi

unde L_SB = V_B I_OB = 5685,82 2,236 =12715,73 kg/zi

kg/zi

k) Calculul necesarului de oxigen se face cu relatia:

kg O₂/zi

a GE_CBO5 C - corespunde necesarului de oxigen pentru respiratia substratului

b C_Nt - reprezinta necesarul de oxigen pentru respiratia endogena neluand in considerare procesul de nitrificare.

unde: a = coeficient corespunzator utilizarii substratului de catre microorganisme. Pentru apele uzate municipale a = 0,5 kg O₂/kg CBO₅.

GE_b = gradul de epurare realizat in treapta de epurare biologica. GE = 80 %.

C = cantitatea totala de materie organica exprimata prin CBO₅ adusa de catre apa uzata influenta. C = Q_c (C_CBO5)_ib [kg CBO₅/zi]

C = 0,42 350,35 10^-3 3600 24 = 12713,50 kg CBO₅/zi

b = coeficient necesar respiratiei endogene a microorganismelor, respectiv de oxigenul consumat de unitatile de namol activ aflat in bazin, in timp de o zi. Se adopta b = 0,15 kg O₂ / kg CBO₅ zi

C_Nt - cantitatea totala de materii solide totale de namol activ si se determina cu relatia:

kg O₂/zi

l) Se calculeaza capacitatea de oxigenare, CO care reprezinta cantitatea de oxigen ce trebuie introdusa prin diferite sisteme de aerare.

CO = kg/zi

unde: C_O = cantitatea de oxigen necesara consumului materiilor organice de catre microorganisme. C_O = 6992,42 kg O₂/zi

α = raportul dintre capacitatea de transfer a O₂ in apele uzate si capacitatea de transfer a O₂ prin apa curata. α = 0,9 pentru apele uzate municipale.

C_OS = concentratia de saturatie a O₂ in apa conditii standard (la temperatura de 10 ⁰C si 760 mm Hg in apa curata). C_s = 11,3 mg/l (conform STAS 11566/91).

C_SA = conditii de saturatie a O₂ in amestecului de apa uzata si namol activ la temperatura de lucru (20⁰C). C_SA = 7,4 mg/l (conform STAS 11566/91).

C_B = concentratia efectiva a O₂ in amestec de apa uzata si namol activ la temperatura de lucru (20⁰C). Se recomanda pentru C_B valori cuprinse intre 1,5-2 mg/l.. Se adopta C_B =1,5 mg/l

= raportul dintre coeficientul de transfer al O₂ in apa pentru temperatura de 10⁰C si coeficientul de transfer al O₂ pentru temperatura de lucru (20 C). Se adopta = 0,83 (conform STAS 11566/91).

p = presiunea barometrica anuala calculata cu o medie a valorilor zilnice in orasul unde se realizeaza epurarea apelor uzate. Se adopta p = 782 mm Hg.

kg/zi

m) Utilizarea sistemelor de aerare - pentru eficientizarea activitatii bilogice, respiratia de oxidare bilogica care permit degradarea substantelor organice foloseste un sistem de distributie a aerului generat in compresoare sau turbosuflante folosind dispozitive pnematice de dispersie a aerului. Dispersia aerului se paote face sub forma de bule fine (avand diametrul mai mic de 0,3 mm), bule mijlocii (cu D = 0,3 - 3 mm) si bule mari (cu D = 10 mm). In proiectare se vor alege dispersarea aerului prin bule fine care caracterizeaza sistemul de distributie prin materiale poroase. Se calculeaza capacitatea de oxigenrare orara.

kg O₂/h

n) Se calculeaza debitul de aer necesar si acesta se afla cu formula:

m³/h

unde: CO_s - capacitatea specifica de oxigenare a BNA-ului prin insuflaera aerului care variaza intre 8 - 10 g O₂/m³ si m³ bazin pentru bule fine. Se alege CO_s = 9 g O₂/m³ aer.

Se va calcula suprafata placilor poroase A_p in ipoteza in care distribuitorul de aer este pozitionat la o inaltime de imersie in masa de apa uzata fata de suprafata bazinului. Se adopta H_imersie = 4 m.

m³/h

m²

unde: I_aer - intensitatea aerarii. Se adopta 1 m³/m² min aer.

Se calculeaza energia bruta a sistemului de aerare, E_b.

E_b = H_imersie E_sp kWh/m³

unde: E_sp - consumul energetic specific, E_sp = 5,5 Wh/m³.

E_b = 4 10³ = 22000 kWh/m³

o) Se calculeaza dimensiunile BNA-ului si numarul de compartimente.

- inaltimea BNA-ului este cuprinsa intre 3 - 5 m.

H_t = H_imersie + H_sig (0,5 - 0,8 m) = 4 + 0,75= 4,75 m

- latimea BNA-ului

B = (1 - 1,5)H = 1,25H = 1,25 4,75 = 5,937 m

- lungimea BNA-ului

L = (8 -18)B = 8B = 8 5,937 = 47,5 m

Decantorul secundar.

In decantoarele secundare se retine membrana biologica sau flocoanele de namol activ evacuate odata cu efluentul din filtrele biologice, respectiv din bazinele de aerare. Rezulta ca decantorul secundar constituie o parte componenta de baza a treptei de epurare biologica.

Decantoarele secundare frecvent folosite sunt de tip longitudinal si radial, echipate cu dispozitive adecvate pentru colectarea si evacuarea namolului in mod continuu sau cu intermitenta, intervalul de timp dintre doua evacuari de namol sa nu fie mai mare de 4,0 ore. Avand in vedere ca acest namol prezinta un continut mare de apa, evacuarea lui se face prin sifonare, sau prin pompare; podul raclor este echipat cu conducte de suctiune care dirijeaza namolul spre o rigola pentru evacuarea lui in exterior.

Se va proiecta un decantor secundar radial in conformitate cu urmatoarele date:

a)      Debitul de calcul si debitul de verificare

Q_C = Q_zi,max (m³/s);

Q_c = 0.42 m³/s;

Q_V = Q_{orar, max} (m³/s);

Q_V = 0.40 m³/s.

b) Se stabileste incarcarile superficiale ale DS cu materii solide:

I_ss = kg/hm²

unde: C_N - concentratia namolului activ (kg/m³).

Q_R - debitul de recirculare [m³/h].

A_u - suprafata utila a decantorului radial

Se determina - incarcarea hidraulica a decantorului, se determina pe baza experientelor in conformitate cu 1,9 m³/m²h la valoarea lui I_BN < 150 cm³/g. Se va adopta valoarea lui = 1,2 m³/m²h.

m²

I_ss = kg/m²zi

c) Se determina timpul de decantare

In conformitate cu STAS 4162/2-89 valoarea lui t_dc = 3,5 - 4 h. Se adopta t_dc = 4 h.

d) Se calculeaza inaltimea utila a decantorului si respectiv a volumului decantorului secundar

h_u = t_dc v'_sc = 4 1,2 = 4,8 m

V = Q_c t_dc = 0,42 3600 = 6048 m³

Se impune un numar minim de 2 decantoare radiale (pag. 363 din "Canalizari" de Dima) cu:

A_o = 1109 m² (conform STAS 4162/2-89) => D = 40 m, H = 3,9 m, V_util = 6048 m³.

e) Se calculeaza volumul de namol rezultat din decantorul secundar

V_n =

unde: GE - eficienta separarii namolului activ in DS = 85%.

γ_n - greutatea specifica a namolului, care pentru o umiditate a namolului de 95% este intre 1100-1200 kg/m³. Se considera γ_n = 1150 kg/m³.

C_ssⁱ - concentratia initiala a materiei solide intrate in decantorul secundar; c_d = 64,15 mg/l.

p - umiditatea namolului decantat; p = 95%.

m³/h

5.4. Tratarea namolului activ

Procedeele de tratare a namolurilor sunt multiple si variate, cu mult mai multe fata de cele folosite in tehnica epurarii apelor uzate

Nu se pot stabili retele si tehnologii universal valabile, ci fiecare obiectiv trebuie studiat in conditiile sale specifice, pe baza cunoasterii aprofundate a caracteristicilor namolurilor supuse prelucrarii si a performantelor obtinute in procesele unitare.

La baza tuturor procedeelor de tratare a namolurilor stau doua procese tehnologice si anume stabilizarea prin fermentare (anaeroba sau aeroba) si eliminarea apei din namol (deshidratare). Intre aceste doua procedee de baza exista diverse combinatii de procedee a caror aplicare se face diferentiat in functie de conditiile locale definite de calitatea si cantitatea namolurilor, de posibilitatea asigurarii terenurilor pentru amplasarea instalatiilor si constructiilor respective, de disponibilitatea de energie.

Clasificarea procedeelor de tratare a namolurilor se poate face dupa criteriul reducerii umiditatii, dupa criteriul diminuarii componentei organice, dupa criteriul pretului de cost. Procedeele de prelucrare conduc la obtinerea urmatoarelor tipuri de namoluri:

- namol stabilizat (aerob sau anaerob);

- namol deshidratat (natural sau artificial);

- namol igienizat (prin pasteurizare, tratare chimica sau compostare);

- namol fixat, rezultat prin solidificare in scopul imobilizarii compusilor toxici;

- cenusa, rezultata din incinerarea namolurilor.

Principalele tipuri de namol ce se formeaza in procesele de epurare a apelor uzate sunt:

- namol primar, rezultat din treapta mecanica de epurare;

- namol secundar, rezultat din treapta de epurare biologica;

-namol amestecat (mixt), rezultat din amestecul de namol primar cu namol activ in exces;

- namol de precipitare, rezultat din epurarea fizico-chimica a apei uzate prin adaos de agenti de neutralizare, precipitare, coagulare-floculare.

In functie de compozitia chimica, namolurile pot fi:

- namoluri cu compozitie predominant anorganica, care contin peste 50 % substante minerale;

- namoluri cu compozitie predominant organica, care contin peste 50 % substante volatile.

Tinand seama de stadiul de prelucrare in cadrul statiei de epurare, deosebim:

- namol primar brut;

- namol activ in exces proaspat (namol secundar);

- amestec de namol proaspat;

- namol stabilizat (aerob sau anaerob).

Fermentarea namolurilor

Fermentarea namolurilor proaspete, in vederea unei prelucrari ulterioare sau depozitarii lor, se poate realiza prin procedee sau procese anaerobe sau aerobe, primele fiind cele mai des cunoscute.

Prin fermentarea anaeroba se intelege procesul de degradare biologica a substantelor organice, avand la baza activitatea bacteriilor metanice. In urma acestui proces are loc o reducere de volum a namolurilor, ca urmare a bioconversiei substantelor organice in gaze si apa. Fermentarea anaeroba poate fi socotita ca un procedeu de conditionare, avand in vedere modificarea structurii si a filtrabilitatii. In acelasi timp, prin fermentare sunt distruse bacteriile patogene, ouale de helminti, motiv pentru care acest procedeu de tratare a namolurilor a cunoscut o larga aplicabilitate.

Fermentarea anaeroba este un proces ce se desfasoara in doua faze:

a) faza de lichefiere a substantelor organice si de formare a acizilor volatili (faza acida, nemetanogena);

b) faza de gazeificare, in care se continua conversia produsilor din prima faza in gaze (CH₄ si CO₂);

Procedeul de fermentare aeroba a namolurilor, cunoscut si sub denumirea procedeului namolului stabilizat, are la baza procedeele biochimice cunoscute de la epurarea biologica a apelor uzate cu namol activ. In acest scop, stabilizarea aeroba a namolului poate avea loc in bazine separate sau in bazine comune cu apa uzata ce urmeaza a fi epurata biologic.

Fermentarea aeroba in bazine independente este frecvent aplicata in prezent deoarece se suporta mai bine socurile biologice, intrucat masa de namol activ in contact cu efluentul este mai mare si CBO₅ este mai mic. Necesitatea de oxigen este mai mica deoarece namolul provenit dintr-un bazin de aerare va solicita numai oxigenul necesar respiratiei endogene a namolului. Gradul de stabilizare aeroba a namolului, fata de cea anaeroba care se poate aprecia prin productia de gaz, este dificil de apreciat, motiv pentru care sunt necesare analize repetate de laborator. Comparativ cu fermentarea anaeroba, procesul de stabilizare aeroba este mai putin influentat de substantele toxice, este lipsit de miros si necesita o exploatare simpla. Dintre dezavantaje se semnaleaza, consumul mare de energie pentru utilajele de aerare proprii, comparativ cu fermentarea anaeroba care produce si gaz de fermentare. Comparand cele doua sisteme de stabilizare biologica a namolului, pentru statiile mari de epurare, apare net avantajos procedeul de stabilizare anaeroba, mai ales sub aspectul energetic.

Ingrosarea namolului

Reprezinta cea mai simpla si larg raspandita metoda de concentrare a namolului, avand drept rezultat reducerea volumului si ameliorarea rezistentei specifice la filtrare. Gradul de ingrosare depinde de mai multe variabile, dintre care cele mai importante sunt: tipul de namol, concentratia initiala a solidelor, temperatura, utilizarea agentilor chimici, durata de ingrosare.

Tratarea preliminara a namolurilor

Tratarea preliminara a namolurilor consta in crearea conditiilor favorabile necesare prelucrarii ulterioare (deshidratarea naturala, artificiala si avansata).

Conditionarea chimica a namolurilor cu reactivi chimici este o metoda de modificare a structurii sale, cu consecinte asupra caracteristicilor de filtrare. Faza solida a namolului este formata, in principal din particule fine dispersate si coloizi care sedimenteaza greu.

Agentii de conditionare chimica a namolului se pot grupa in trei categorii:

- minerali: sulfat de aluminiu, clorhidrat de aluminiu, clorura ferica, sulfat feros, oxid de calciu;

- organici: polimeri sintetici, produsi de policondensare, polimeri naturali;

- micsti: amestec de polimeri sintetici cu saruri minerale sau amestec de coagulati minerali.

Conditionarea termica are in vedere modificarea structurii namolului cu ajutorul temperaturii si presiunii ridicate, astfel ca namolul poate fi deshidratat mecanic fara a apela la conditionarea chimica. Conditionarea termica se realizeaza la temperatura de 100 - 200 C, presiunea de 1 - 2,5 bar si durate de incalzire pana la 60 minute, depinzand de tipul si caracteristicile namolului si de procedeul utilizat.

Elutrierea (spalarea namolurilor), impreuna cu conditionarea chimica ocupa un loc important in cadrul tratarii importante a namolurilor. Elutrierea namolului este un proces fizic de conditionare care asigura scaderea rezistentei specifice la filtrare prin eliminarea din namolul fermentat sau brut mineral a coloizilor si a particulelor fin dispersate. Pe de alta parte, elutrierea reduce si alcalinitatea namolului, necesara in special, cand se prevede folosirea de reactivi pentru conditionarea namolului (cazul vacuumfiltrelor).

Alte procedee de conditionare se refera la procedeul prin inghetarea namolului care este similar cu conditionarea termica. La temperaturi scazute, structura namolului se modifica, iar la dezghetare cedeaza cu usurinta apa. Conditionarea cu material inert trebuie analizata pentru anumite tipuri de namol si surse de materiale inerte locale, fie pentru cresterea puterii calorice a namolului, fie pentru valorificarea namolului in agricultura.

Deshidratarea namolului

In mod obisnuit, namolurile trebuie transportate cu vehicule la locul de valorificare sau de depozitare finala. Aceasta operatie nu este posibila deoarece namolurile fermentate contin mari cantitati de apa, umiditatea lor ajungand la 95 - 97%. Aceasta situatie impune aplicarea unui proces de deshidratare chiar in statia de epurare; prin aceasta volumul lor se reduce considerabil si devin transportabile la uscat.

Deshidratarea se poate realiza prin urmatoarele procedee:

- naturale, de evaporare si drenare;

- artificiale care pot fi mecanice si termice.

In functie de gradul de reducere a umiditatii, deosebim urmatoarele metode de prelucrare a namolurilor:

- deshidratarea naturala cu reducerea de umiditate la 75 - 80%;

- deshidratarea mecanica, pana la 50 - 75%;

- deshidratarea termica, pana la 20 - 30%.

Valorificarea si evacuarea finala

Valorificarea namolurilor nu constituie un scop in epurarea apelor uzate urbane, ea trebuie considerata numai ca fiind un mijloc de indepartare rationala a substantelor nocive din apele uzate.

Namolul din statiile de epurare urbane contin, in afara de gazele de fermentare, unele substante care pot fi valorificate. Unele dintre acestea, cum sunt substantele hranitoare pentru sol si plante si-au gasit o larga utilizare. In schimb, recuperarea de metale si de alte substante utile se aplica in special la namolurile provenite din apele uzate industriale.

Folosirea namolului in agricultura se face sub forma de namol lichid proaspat, namol lichid stabilizat aerob, namol lichid pasteurizat, namol deshidratat, namol compostat, namol uscat, in toate cazurile fiind obligatoriu a respecta normele si restrictiile ecologice recomandate de agentiile de protectia mediului.

Pentru namoluri ce nu se preteaza la valorificare sau pentru cele care nu au inca create conditii de valorificare, se pune problema unei depozitari finale, in conditii corespunzatoare de protectie a mediului inconjurator. In acest scop, se pot folosi iazurile de namol, halde speciale de depozitare, in subteran, evacuarea in mare la distante convenabile fata de tarm si la o anumita adancime.

5.5. Fise tehnice

Fisa tehnica nr. 1

Denumire utilaj: decantor primar.

Domeniul de utilizare: sunt utilizate in epurarea apelor uzate, inainte ca acestea sa treaca in treapta de epurare biologica. Ele retin particulele floculante, materiile solide in suspensie. Cel mai des folosit este decantorul orizontal. Mai exista si decantorul vertical iar o varianta pentru cele orizontale sunt decantoarele radiale.

Descriere: decantorul primar prevede doua compartimente cu dispozitive de separare, un canal de ocolire, camere de repartitie asezate in fata decantorului, dotate cu stavilare si orificii cu ajutorul carora se regleaza debitul si nivelurile de apa in fiecare compartiment.

Functionare: Pentru a sigura o buna functionare a decantoarelor si o eficienta ridicata in ceea ce priveste retinerea suspensiilor din apa, trebuie ca accesul si evacuarea apei sa se faca cat mai uniform. Distributia apei prin dispersarea firelor de curent in decantoare trebuie realizata pe toata inaltimea utila, precum si pe toata latimea ori perimetrul distribuitorului. Pentru a asigura o evacuare cat mai uniforma, trebuie ca rigolele si deversoarele sa fie perfect orizontale.

Dimensiuni:

- lungime: L = 54 m;

- latime: B = 18.66 m;

- inaltime: H = 3.15 m;

- numar de compartimente: n = 4.

Fisa tehnica nr. 2

Denumire utilaj: Decantor secundar

Domeniul de utilizare : Decantorul secundar retine namolul activ evacuat odata cu efluentul din bazinul de aerare.

Descriere: Din punct de vedere constructiv decantoarele secundare frecvent utilizate sunt de tip longitudinal si radial, echipate cu dispozitive adecvate pentru colectarea namolului. Decantorul secundar proiectat este de tip radial numit si decantor Dorr, caracterizat prin forma circulara in plan si prin directia radiala de curgere a apei.

Functionare: Decantorul este echipat cu dispozitive adecvate pentru colectarea si evacuarea namolului in mod continuu sau cu intermitenta cu conditia ca intervalul de timp dintre doua evacuari de namol sa nu fie mai mare de 4 ore. Evacuarea namolului se va face prin sifonare sau pompare; podul raclor este echipat cu conducte de suctiune care dirijeaza namolul spre o rigola pentru evacuarea lui in exterior.

Dimensiuni: Diametrul D = 40 m;

Inaltimea de apa H =3,9 m

Volumul decantorului V = 6048 m³.

Cap. 6 . Constructii si instalatii prevazute in cadrul statiei de epurare

6.1. Constructii si instalatii legate direct de procesul tehnologic al statiei de epurare

Asezarea in plan a constructiilor si instalatiilor din statia de epurare este cea care urmareste procesul de epurare.

Asezarea pe verticala este dictata de conditiile de curgere hidraulica a apei in statie, care trebuie sa se realizeze pe cat posibil prin gravitatie, de natura terenului de fundatie si de topografia amplasamentului.

Materialul de constructie al utilajelor (bazine in general) este betonul armat sub diferite forme. Pentru partile metalice, acoperisuri, distribuitoare sau scari, cel mai des folosit este otelul. Uneori numeroase bazine sau constructii sunt executate in pamant: iazuri de stabilizare, bazine de fermentare naturala a namolului, filtre de nisip, campuri de irigare si filtrare, platforme de uscare a namolului.

Compartimentarea constructiilor, atat pentru a evita oprirea intregii statii in caz de avarie, cat si pentru o usoara exploatare si realizarea dezvoltarii pe etape a statiei, trebuie avuta in vedere in permanenta in proiectare.

Conductele si canalele de legatura intre diferite constructii si instalatii din statie reprezinta un procent important din ansamblul statiei de epurare. Conductele trebuie amplasate astfel incat canalul de aductiune al apei in statie sa nu fie pus sub presiune. In statie, de regula, constructiile sunt legate intre ele prin canale dreptunghiulare deschise. Pe cat posibil, conductele si canalele vor lega pe drumul cel mai scurt constructiile si vor fi astfel plasate incat sa se realizeze o usoara exploatare si constructie a unor noi legaturi. La canale, colturile intre radier si pereti vor fi rotunjite, pentru o mai buna antrenare a apei si se vor evita curbele in loc, iar in plan se recomanda raze de curbura egale cu de 5 ori latimea canalului. Pe conducte, din loc in loc si in special la cele care transporta namol se vor monta piese de curatire asezate in camine.

Conductele se executa din fonta, azbociment, otel izolat la interior si exterior, iar canalele din beton si de cele mai multe ori din elemente de beton armat prefabricate.

Conductele de by-pass pot apare ca necesare in urmatoarele puncte: la intrarea in statie, dupa gratare, dupa deznisipatoare, dupa decantoarele primare. Alegerea punctelor de amplasare a conductelor by-pass depinde de sistemul de canalizare, de cantitatea de apa introdusa in statia de epurare, de conditiile locale.

Conductele pe care se transporta namolul, executate de obicei din fonta, trebuie sa fie suficient de mari in diametru, deoarece pierderile de sarcina sunt cu 50 - 100% mai mari in comparatie cu cele care transporta ape uzate . aceste conducte trebuie sa fie prevazute cu posibilitati de curatire din loc in loc si cu ventuze pentru evacuarea gazului. Pentru un usor transport al namolului pe conducte, trebuie eliminate in prealabil suspensiile si corpurile mari.

Camerele de repartitie au ca scop asigurarea distributiei automate si uniforme a unor cantitati egale de ape uzate si namoluri la constructii sau compartimente similare. Repartitia apelor uzate pentru statii mici de epurare se face prin stavilare, asezate in punctele de ramificatie care sunt reglate astfel incat, indiferent de nivelul apei din canal, repartizarea sa se faca uniform.

Pentru statiile mai mari repartitia se face prin intermediul unui distribuitor.

In anumite puncte ale statiei de epurare se instaleaza aparate de masura a debitelor, presiunii, temperaturii, vitezelor, nivelelor de apa, etc.. In privinta aparatelor de masura a debitelor, o conditie esentiala a bunei functionari a acestora consta in calitatea lor de a nu opri sau provoca depunerea nisipului sau a namolului. Aceasta conditie este indeplinita de canalele strangulate tip Venturi sau Parshall, care pot fi inzestrate si cu aparate de inregistrare continua a debitelor, actionate de flotoare sau alte dispozitive amplasate intr-un camin lateral canalului. Debitmetrul principal al statiei se instaleaza de obicei dupa deznisipator.

Masurarea debitelor pe conducte se face cu tuburile Venturi, care pot fi folosite atat pentru apa uzata in diferite stadii de epurare, cat si pentru namol si aer. Masurarea debitelor de namol se poate face si cu debitmetre de inductie.

Debitele de gaz se masoara obisnuit cu contoare uscate. Presiunile se masoara in modul cel mai simplu cu tubul Bourdon, iar nivelurile de lichid se stabilesc prin citire directa.

In statiile de epurare sunt utilizate numeroase alte aparate de control pentru masurarea pH-ului, potentialului de oxido-reducere, etc.

6.2. Constructii si instalatii anexe statiei de epurare

Grupul de exploatare cuprinde in principal camera dispecer, laboratorul, birourile, sala de mese si grupul sanitar. La acestea trebuie adaugat aparatul de luat probe de apa uzata bruta si in curs de epurare, de namol in diferite stadii de tratare, etc.

Printre cladirile importante din statie si necesare in principal exploatarii trebuie mentionate: casa pompelor, camerele vanelor la bazinele de fermentare a namolului, constructiile care adapostesc utilajele pentru filtrarea sau tratarea namolurilor, camerele gratarelor.

Reteaua de alimentare cu apa in statiile de epurare trebuie sa asigure necesitatile sanitare (apa de baut, spalat, pentru laboratorul statiei), de spalare a diferitelor bazine si instalatii, de functionare a unor echipamente (vane, stavilare, boilere), de racire (compresoare, pulverizatoare, incineratoare), proceselor de epurare (elutrierea namolurilor, dilutie, distrugerea spumei).

Reteaua de canalizare din incinta statiei de epurare are drept scop sa colecteze apele uzate rezultate de la diferite folosinte si sa le evacueze in canalul de aductiune a apei uzate in statie; apele meteorice pot fi evacuate si in amonte de treapta de epurare biologica.

Retele de alimentare cu energie electrica, cu gaze, apa calda, abur, aer comprimat sunt folosite atat pentru necesitatile instalatiilor de epurare cat si pentru exploatarea generala a statiei.

CAPITOLUL 7. SCHEMA TEHNOLOGICA DE EPURARE A APELOR UZATE MUNICIPALE

Schema tehnologica a instalatiei de epurare mecano - biologica a apelor uzate municipale este prezentata in plansa alaturata.

CAPITOLUL 8. BIBLIOGRAFIE

1. Mihai Dima: "Canalizari, Vol. II (Epurarea apelor uzate)", Litografia U.T.I., Iasi, 1998;

2. Mihai Dima: "Proiectarea statiilor de epurare - indrumar de proiectare ", Litografia U.T.I., Iasi, 1981;

3. Mircea Negulescu: "Epurarea apelor uzate municipale", Ed. Tehnica, Bucuresti, 1978;

4. R. Tudose si colab. : "Fenomene de transfer si utilaje in industria chimica", Litografia U.T.I., 1980;