Procese de epurare biologică anaerobă pentru epurarea efluenților proveniți din industria chimică

1. INTRODUCERE

Una din caracteristicile etapei actuale de dezvoltare social-economica, atat pe plan mondial cat si pe plan national, o constituie necesitatea utilizarii rationale a resurselor naturale si a materiilor prime. Acest deziderat decurge, in mod logic, din decalajul tot mai pronuntat care se resimte in majoritatea tarilor intre caracterul dinamic al cerintelor, in toate domeniile, pe de o parte si caracterul limitat al resurselor naturale, pe de alta parte. In domeniul valorificarii resurselor de apa, situatia se prezinta de o maniera poate mai evidenta decat in alte domenii, “setea de apa” a omenirii sau perspectiva “crizei de apa” sunt termeni care intervin tot mai frecvent in studiile de prognoza ale diferitelor organisme internationale.

Procesele de epurare a apelor uzate industriale, sunt, in general, aceleasi ca pentru apele uzate urbane, adica, in principal, procese mecanice si biologice - aerobe sau anaerobe. Cele pentru apele uzate industriale sunt completate, de cele mai multe ori, de procese fizico-chimice de o complexitate deosebita, ca de exemplu: extractie lichid-lichid, schimb ionic, electrodializa etc.

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 industria chimica, din complexe de crestere a animalelor (abatoare, zootehnie). Impactul acestor compusi consta in reducerea concentratiei de oxigen dizolvat cu repercursiuni asupra florei, faunei. Au 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 si incetinesc sau stopeaza procesele de autoepurare sau epurare biologica.

1.1 Caracteristicile apelor uzate industriale

Industria chimica organica reprezinta un complex de industrii care pornind de la materii prime naturale sau artificiale, mai ales de la substante simple, pune la dispozitia consumatorilor produse de sinteza, cu proprietati foarte diferite, folosite aproape in toate domeniile economiei. In productia mondiala, principalele categorii de substante organice de sinteza sunt: materialele plastice (inclusiv fibrele sintetice), cauciucul sintetic, agentii superficiali activi (detergentii), produsele folosite la combaterea daunatorilor agricoli, produsele farmaceutice, solventii, explozivii, colorantii si aditivii pentru uleiurile lubrifiante. De asemenea o pondere insemnata o ocupa productia substantelor chimice intermediare, folosite in fabricarea produselor mai complexe.

Complexitatea si caracterul chimic al substantelor fabricate conduc la dificultati deosebite in epurarea apelor uzate. Pentru unii impurificatori nu au fost elaborate inca metodele adecvate de analiza, ceea ce face uneori imposibila decelarea lor individuala; inca nu este cunoscuta in timp actiunea nociva asupra faunei si florei emisarului, ca si efectul asupra omului, a impurificatorilor deversati de la fabricarea substantelor noi; mai mult, inca nu este cunoscuta comportarea lor in prezenta microorganismelor din rauri si instalatii de epurare.

Caracteristica dominanta a acestor ape uzate este continutul lor in substante organice, de aceea procedeele fizice si chimice clasice de indepartarea lor nu sunt cele mai adecvate; pe de alta parte, majoritatea compusilor organici poate fi metabolizata de catre microorganisme, deci procedeele biologice sunt folosite in mare masura. Totusi unii componenti organici raman nemodificati structural dupa trecerea prin instalatiile de epurare biologica, rezistand si la procesele de autoepurare din rauri. Dintre aceste substante nedegradabile, unele pot fi materiale toxice, producatoare de spuma, de gust si miros neplacut, deci pot avea efect impurificator remarcabil. Complexitatea fenomenelor conduce la necesitatea metodelor celor mai adecvate de epurare pentru fiecare intreprindere in parte si face dificila descrierea unor instalatii de epurare „tip”, explicand totodata variatia parametrilor de functionare a instalatiilor descrise in literatura de specialitate.

Aplicarea procedeelor comune (mecano-chimice si biologice) in epurarea unor ape uzate din industria chimica organica a condus la dificultati economice si de exploatare mai mari decat in alte cazuri. De aceea, cu precadere in acest sector, se cerceteaza intens introducerea in practica a unor tehnologii specifice: adsorbtia pe carbune activ si pe alti adsorbanti, oxidarea catalitica, arderea, extractia solvent – solvent, etc.

Stabilirea originii si a caracteristicilor calitative ale apelor uzate necesita cunoasterea procesului tehnologic industrial pentru o proiectare judicioasa a statiilor de epurare industriala si mai tarziu a exploatarii acestora. Deci este necesara cunoasterea originii principalilor afluenti si caracteristicilor lor principale pentru definirea modului de epurare. Reducerea debitelor de apa uzata necesita utilizarea unor tehnologii noi. Principalele substante nocive ale apelor uzate industriale sunt substantele organice (exprimate prin CBO5), substantele in suspensie, substantele toxice si metalele grele. Recuperarea substantelor valoroase din apele uzate are ca scop valorificarea acestora si reducerea substantelor nocive evacuate. Exista ape uzate industriale si ape uzate municipale. Cand acestea au debite mici, se recomanda epurarea lor in comun, dar aceasta solutie trebuie bine fundamentata. Dar exista cazuri cand pentru apele uzate industriale sunt necesare materiale specifice si scumpe. (M. Pell and A. Worman, 2008 pag.426 - 441)

Caracteristici fizice (Gavrilescu E., Gavrilescu B., 2009)

Turbiditatea apelor uzate si a emisiilor indica numai in linii mari continutul de materii in suspensie ale acestora, deoarece nu exista un raport bine definit intre turbiditate si continutul in suspensii. Turbiditatea se masoara in grade pe scara silicei si se determina, in principal, pentru apa emisarilor si, numai uneori, pentru apele uzate. Apele uzate urbane au, in general, o turbiditate cuprinsa intre 400 – 500 grade in scara silicei.

Culoarea apelor uzate proaspete este cenusiu deschis; prin fermentarea materiilor organice in apa, culoarea apelor uzate devine mai inchisa. Patrunderea in reteaua de canalizare a unor ape industriale puternic uzate, colorate, conduce la schimbarea totala a culorii apelor uzate.

Mirosul apelor uzate proaspete este aproape inexistent. Apele in curs de ferementatie au miros, mai mult sau mai putin pronuntat, de oua clocite, in functie de stadiul de fermentare in care se gasesc. Cantitati importante de ape uzate industriale pot produce mirosuri neplacute.

Temperatura apelor uzate, este de obicei, cu 2 – 3 C mai ridicata decat cea a apelor de alimentare. Unele ape uzate industriale, precum si apele subterane, pot influenta, intr-un sens sau altul, temperatura apelor uzate, care constituie un factor hotarator in epurarea apelor uzate. Coagularea substantelor in suspensie, procesul biologic etc., sunt influentate in mod deosebit de temperatura.

Caracteristici chimice (Dima M., 1998)

Analize anorganice:

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

Alcalinitatea apelor uzate este data de prezenta bicarbonatilor, carbonatilor alcalini si hidroxizilor. Apele uzate menajere sunt usor alcaline, caracterizate prin valoarea pH-ului in limitele de 7,2-7,6.

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 alcani care este in compozitia apei respective.

Potentialul de oxidoreducere exprima logaritmul cu semn schimbat al presiunii hidrogenului gazos in echilibru cu hidrogenul molecular dizolvat in solutie. In scara Redox, notatia rH da indicatii asupra puterii de oxidare sau reducere a apei uzate sau a depunerilor. Astfel, pentru rH sub valoarea 15, se poate aprecia ca proba analizata se afla in stare de reducere corespunzatoare fermentarii anaerobe, iar valori peste 25 caracterizeaza o proba in faza de oxidare aeroba.