Epurarea Apelor

Istoric şi evoluţie

Primele staţii de epurare au apărut în Anglia în secolul XIX. Iniţial s-au realizat canalizări, care au rezolvat problema epidemiilor hidrice, dar au făcut din Tamisa un râu mort ce degaja miros pestilenţial, încât în geamurile parlamentului au trebuit atârnate cârpe îmbibate cu clorură de calciu. Abia atunci s-a trecut la realizarea de staţii de epurare. Tot în Anglia s-au pus bazele monitoringului. Parametrul "consum biochimic de oxigen" CBO5 a fost introdus în 1898 şi a fost conceput în concordanţă cu realităţile englezeşti - temperatură de 200C, timp de rezidenţă în râu 5 zile, tip de poluare predominantă fiind cea fecaloid-menajeră...

În SUA, în 1984 existau 15438 de staţii de epurare care deserveau o populaţie de 172205000 locuitori, adică 73,1% . Procentul de epurare a apelor din punct de vedere al încărcării organice măsurate prin CBO5 a fost de 84% iar din punct de vedere al suspensiilor de 86,3%. Pentru anul 2005 se prevede atingerea unui nivel de 16980 de staţii de epurare care să deservească 243723000 locuitori, adică 86,6% . Procentul de epurare a apelor din punct de vedere al încărcării organice măsurate prin CBO5 e planificat să atingă 89,9% iar din punct de vedere al suspensiilor de 88,9%.

În SUA tot mai puţine ape uzate după epurare se descarcă din nou în emisar. Se infiltrează în sol sau se utilizează pentru irigaţii, în industrie, pentru recreere (lacuri), pentru piscicultură, şi chiar ca sursă de apă potabilă, după descărcare în lacuri sau injectare în sol sau chiar direct, dar cu supunere la preparare avansată. De exemplu în SUA se utilizează ape uzate la prepararea de apă potabilă în oraşe ca Palo Alto, Denver, El Paso şi chiar Washington DC! Aceasta e destul de scumpă, dar totuşi mai ieftină decât desalinizarea apei marine de exemplu, de aceea tehnologia se răspândeşte în ţări arabe şi africane...

Principiile teoretice şi reacţii de baza ale procesului de epurare

Principiile teoretice şi reacţiile chimice care stau la baza procesului de epurare sunt prezentate pe scurt în cele ce urmează. Asocierea celor trei faze de epurare, mecanică, chimică şi biologică a fost concepută în vederea obţinerii unui randament sporit de îndepărtare a impurităţilor existente în apele reziduale brute, pentru redarea lor în circuitul apelor de suprafaţa la parametrii avizaţi de normele în vigoare.

Astfel treapta de epurare mecanică a fost introdusă în procesul tehnologic în scopul reţinerii substanţelor grosiere care ar putea înfunda canalele conductelor şi bazinele existente sau care prin acţiunea abraziva ar avea efecte negative asupra uvrajelor.

Treapta de epurare chimică are un rol bine determinat în procesul tehnologic, prin care se îndepărtează o parte din conţinutul impurificator al apelor reziduale. Epurarea chimică prin coagulare - floculare conduce la o reducere a conţinutului de substanţe organice exprimate în CBO5 de cca. 20 -30 % permiţând evitarea încărcării excesive a nămolului activ cu substanţă organică. Procesul de coagulare - floculare constă în tratarea apelor reziduale cu reactivi chimici, în cazul de faţă, sulfat feros clorurat şi apă de var, care au proprietatea de a forma ioni comuni cu substanţa organica existentă în apă şi de a se aglomera în flocoane mari capabile să decanteze sub formă de precipitat. Agentul principal în procesul de coagulare - floculare este ionul de Fe3+ care se obţine prin oxidarea sulfatului feros cu hipoclorit de sodiu. Laptele de var care se adaugă odată cu sulfatul feros are rolul de accelera procesul de formare al flocoanelor şi de decantare al precipitatului format.

Reacţia de oxidare a FeSO4 şi de precipitare a Fe(OH)3 este următoarea:

2FeSO4+3Ca(OH)2+Cl2=2Fe(OH)3+2CaSO4+CaCl2 (7.1)

Îndepărtarea prin decantare a flocoanelor formate este necesară întrucât acestea ar putea împiedica desfăşurarea proceselor de oxidare biochimică prin blocarea suprafeţelor de schimb metabolic a biocenozei.

Datorită variaţiilor mari de pH cu care intră în staţia de epurare apele reziduale, se impune corectarea pH-ului în aşa fel încât, după epurarea mecano-chimică, apele să aibă un pH cuprins între 6,5-8,5, domeniu în care degradarea biochimică sub acţiunea microorganismelor din nămolul activ este optimă. Corecţia pH-ului se face cu ajutorul H2SO4 98% sau a NaOH 40% în bazinul de reglare a pH-ului, destinat acestui scop. Totodată prin corecţia pH-ului se reduce şi agresivitatea apelor reziduale asupra conductelor, construcţiilor şi uvrajelor.

După epurarea mecano-chimică şi corecţia pH-ului apele pot fi introduse în treapta de epurare biologică unde are loc definitivarea procesului de epurare. Necesitatea introducerii treptei de epurare biologică este motivată datorită conţinutului mare de substanţa organică din apele reziduale evacuate de pe platforma chimică care nu pot fi îndepărtate prin epurare chimică decât parţial.

Epurarea biologică constă în degradarea compuşilor chimici organici sub acţiunea microorganismelor în prezenţa oxigenului dizolvat şi transformarea acestor produşi în substanţe nenocive.

În concepţia şi practica actuala, epurarea biologică a apelor uzate nu este o operaţie unică ci o combinaţie de operaţii intermediare care depind de caracteristicile apei şi de cerinţele evacuării în emisar.

Schematic procesele chimice de degradare a substanţelor organice se pot reprezenta astfel:

Substanta organica simpla ----------------------------> CO2 + substante organice simple

Celula bacteriana Material celular

Oxidarea substanţei organice se face în trepte succesive, fiecare treapta fiind catalizată de enzime specifice şi constă în transferul molecular de hidrogen de la substanţă către un acceptor, până la ultimul acceptor de hidrogen. În cazul nostru, în condiţii aerobe, acceptorul este oxigenul.

Exprimate în formule chimice fenomenele care au loc în timpul formării şi distrugerii nămolului sunt următoarele:

CnHmOpNr nCO2 + m/2 H2O + r/2 N2

În aceste reacţii se eliberează în principal CO2 şi H2O şi ca produs secundar de reacţie, se formează un strat celular nou capabil sa degradeze alte molecule organice .

Schematic, procesul de epurare biologică are loc astfel: substanţele asimilabile, exprimate în CBO5 concentrate la suprafaţa biomasei sunt absorbite, substanţele absorbite fiind apoi descompuse de către enzimele celulare vii în unităţi mici care pătrund în celulă, se metabolizează şi se formează noi celule. Substanţele metabolizate rezultate (CO2 ,azotaţi , etc.) sunt eliberate în mediu, ne mai fiind nocive.

În procesul de epurare biologică în afară de aportul de substanţe organice asimilabile, trebuie ţinut seama de existenţa elementelor indispensabile vieţii şi în primul rând de azot şi fosfor. După datele din literatură, conţinutul de substanţe nutritive raportat la CBO este minim de CBO:N:P=150:5:1 şi maxim de CBO:N:P= 90 :5:1. Prin epurarea biologică a apelor uzate se obţine o îndepărtarea a impurificatorilor în jur de 90-95 %, în condiţiile în care aceste ape conţin substanţe biodegradabile.

Principiul constructiv al unei staţii de epurare a apelor uzate

Deşi diferă prin dimensiuni şi tehnologii folosite, cea mai mare parte a staţiilor de epurare a apelor uzate orăşeneşti au o schemă constructivă apropiată. Există şi unele realizate pe verticală, tip turn, dar majoritatea sunt pe orizontală. Ocupă relativ mult teren, dar o parte din instalaţii se pot realiza în subteran, cu spaţii verzi deasupra.

Distingem o treapta primară, mecanică; o treaptă secundară, biologică; şi la unele staţii (deocamdată nu la toate!) o treapta terţiară - biologică, mecanică sau chimică.

Treapta primară constă din mai multe elemente succesive:

• Grătarele reţin corpurile plutitoare şi suspensiile grosiere (bucăţi de lemn, textile, plastic, pietre etc.). Materialele reţinute pe grătare sunt evacuate ca atare, pentru a fi depozitate în gropi sau incinerate. În unele cazuri pot fi mărunţite prin tăiere la dimensiunea de 0,5-1,5 mm în dezintegratoare mecanice. Dezintegratoarele se instalează direct în canalul de acces al apelor uzate brute, în aşa fel încât suspesiile dezintegrate pot trece prin grătare şi pot fi evacuate în acelaşi timp cu corpurile reţinute. De regulă sunt grătare succesive cu spaţii tot mai dese între lamele. Curăţarea materiilor reţinute se face mecanic. Ele se gestionează ca şi gunoiul menajer, luând drumul rampei de gunoi sau incineratorului...