CONSIDERATII GENERALE PRIVIND EPURAREA APELOR UZATE

Consideratii generale privind epurarea apelor uzate

Prin ape uzate orasenesti se intelege amestecul de ape menajere, industriale, de drenaj si de suprafata; apele uzate menajere care contin uneori si cantitati mici de impuritati caracteristice apelor uzate industriale, provenite din gospodarii sunt asemanatoare celor orasenesti. Pe langa apele uzate menajere si subterane provenite din infiltratii in canale in canalizarea localitatilor se colecteaza si alte ape cum ar fi:

- ape uzate publice;

- ape uzate industriale;

- ape uzate de la unitatile agricole;

- ape colectate din balti, mlastini, lacuri;

- ape provenite de la transporturi, constructii;

- ape meteorice, provenite din precipitatii;

- ape de suprafata;

- ape subterane din desecari naturale sau artificiale.

Unele din aceste ape sunt curate si pot fi evacuate in emisar fara epurare, amestecul lor cu apele menajere usurand epurarea acestora. Cele mai mari cantitati de asemenea ape sunt furnizate de precipitatii, de apele de suprafata, precum si de apele subterane

1.1. Obiectivele epurarii apelor uzate

Procesul de epurare consta in indepartarea din apele uzate a substantelor toxice, a microorganismelor, in scopul protectiei mediului inconjurator (emisar, in primul rand, aer, sol); o epurare corespunzatoare trebuie sa asigure conditii favorabile dezvoltarii in continuare a tuturor folosintelor (alimentari cu apa, piscicultura, agricultura). Evacuarea apelor uzate neepurate in mod corespunzator poate prejudicia, printre altele, in primul rand, sanatatea publica. Ca o prima masura, se prevede ca apele uzate sa fie evacuate intotdeauna in aval de punctele de folosinta. De asemenea, se stabilesc o serie de conditii tehnice de calitate care trebuie sa le indeplineasca amestecul dintre apa uzata si a emisarului in aval de punctul de evacuare a apelor uzate, astfel incat folosintele in aval sa nu fie afectate. Epurarea apelor uzate se realizeaza in statii de epurare; acestea fac parte integranta din canalizarea orasului sau industrie, marimea lor fiind determinata de gradul de epurare necesar, de debitele si caracteristicile apelor uzate si ale emisarului, de folosintele prezente si viitoare ale apei.

Compozitia apelor uzate

Apele uzate orasenesti, constituie un amestec intre apele uzate menajere si apele uzate industriale. Compozitia acestora variaza de la oras la oras in special pentru orasele cu un grad mare de industrializare, ea trebuie determinata cu atentie evitand pe cat posibil literatura de specialitate care se refera la apele menajere. Pentru stabilirea compozitiei apelor uzate se determina prin analize de laborator caracteristicile fizice chimice, bacteriologice si biologice ale apelor uzate.

Analizele au drept scop:

a) sa furnizeze informatii asupra gradului de murdarire a apelor uzate si asupra conditiilor in care trebuie tratate acestea, respectiv folosite;

b) sa stabileasca eficienta statiilor de epurare si conditiile in care se produce autoepurarea;

c) sa determine influenta pe care o va avea deversarea apelor uzate in emisari.

Determinarile se pot grupa in cinci mari categorii:

a)     care stabilesc cantitatea si starea materiilor continute in apa precum si aspectul acestora: materii solide totale, separabile prin decantare, dizolvate, culoare, turbiditate;

b)     care definesc cantitatea, starea si conditiile in care se gasesc materiile organica: materii solide in suspensie separabile prin decantare, materii solide dizolvate organice, CBO₅, CCO, azot total;

c)     care stabilesc prezenta materiilor specifice apelor uzate: azotul sub toate formele sale, O₂, grasimile, clorurile, sulfurile, pH;

d)     care indica mersul descompunerii apei uzate: CBO₅, O₂, azotul sub diferite forme, H₂S, miros, temperatura.

e)     care stabilesc prezenta si felul organismelor din apa in scopul cunoasterii stadiului epurarii in diferitele trepte ale statiei de epurare, necesarul de clor, gradul de murdarie al emisarului.

Pentru apele uzate, se deosebesc patru marii categorii de caracteristici: fizice, chimice, bacteriologice si biologice.

1.2.1. Caracteristici fizice

Caracteristicile fizice ale apelor uzate: turbiditatea, culoarea, mirosul si temperatura, influenteaza in mare masura procesele de epurare, indeosebi temperatura de care depinde mersul proceselor biologice.

Turbiditatea Turbiditatea apelor uzate si a emisarilor indica numai in mod grosier continutul de materii in suspensii al acestora, deoarece nu exista o proportionalitate nemijlocita intre turbiditate si continutul in suspensii. Turbiditatea se exprima in grade in scara Silicei. Turbiditatea apelor uzate orasenesti neincarcate puternic cu ape uzate industriale poate varia intre 400 si 500 grade in scara Silicei. Turbiditatea nu este o determinare curenta a apelor uzate.

Culoarea. Culoarea apelor uzate proaspete este gri deschis; apele uzate in care fermentarea materiilor organice a inceput, au culoare gri - inchis; apele uzate care au culori diferite de cele de mai sus, indica patrunderea in retea a unor cantitati importante de ape uzate industriale care pot da culori diferite apei, in conformitate cu provenienta si natura impurificarilor (de exemplu, apele de culoare galbena contin clor, apele verzi provin de la fabricile de conserve).

Mirosul Apele uzate proaspete au un miros specific aproape insesizabil. Mirosul de oua clocite - datorita H₂S - sau alte mirosuri, indica o apa uzata in care materia organica a intrat in descompunere, sau existenta unor substante chimice aduse de apele uzate industriale.

Temperatura. Temperatura influenteaza cele mai multe reactii chimice si biologice care se produc in apele uzate, si chiar procesul de sedimentare al acestora. Temperatura apelor uzate este de obicei mai ridicata ca cea a apelor de alimentare, cu 2-3[^oC]. In general, apar rareori abateri de la temperatura medie a apelor uzate observate pe o perioada mai indelungata. Cand se constata o crestere permanenta a temperaturii, in comparatie cu cea medie, aceasta se poate datora, de cele mai multe ori, unor ape calde care patrund permanent in retea; o scadere a temperaturii, de asemenea permanenta, se poate datora infiltrarii in retea a unor ape subterane sau de suprafata.

Temperatura are o deosebita influenta asupra descompunerii substantelor organice din apele uzate. La temperaturi mai mari, viteza de descompunere a substantelor organice, este mai mare iar timpul pana la terminarea acestui proces este mai mic, insa, pe de alta parte, o data cu cresterea temperaturii, continutul de oxigen si alte gaze se micsoreaza si respectiv procesele de descompunere isi incetinesc ritmul.

1.2.2. Caracteristici chimice

Consumul specific de apa pe cap de locuitor influenteaza in mod hotarator compozitia apelor uzate; cu cat consumul de apa este mai mare sau mai mic, cu atat apa uzata este mai diluata si viceversa .

Materiile solide totale Materiile solide totale precum si cele doua componente ale acestora: materiile solide in suspensie si materiile solide dizolvate, prezinta caracteristici importante care servesc la stabilirea eficientei procesului de epurare in diferite etape. Materiile solide in suspensie, la randul lor, pot fi:

a. separabile prin decantare;

b. materii coloidale.

Materiile solide in suspensie separabile prin decantare, constituie namolul din decantoare. Materiile solide dizolvate, minerale, nu sunt afectate de procesul de epurare. Materiile solide dizolvate organice constituie impurificarea organica a apelor uzate si sunt oxidate in instalatiile de epurare biologica. Materiile solide in suspensie sunt in general, usor de observat cu ochiul liber. Intre materiile solide in suspensii si cele dizolvate se gasesc materiile coloidale.

Oxigenul dizolvat Apele uzate, in general, nu contin oxigen dizolvat; cand sunt proaspete sau dupa epurarea biologica pot contine 1 . 2 [mg/dm³]. Cantitatile normale de oxigen dizolvat continute intr-o apa curata, la diferite temperaturi, sunt continute in tabelul 1.1.

Tabelul 1.1 Cantitati de oxigen la saturare la diferite temperaturi, continute intr-o apa curata.

O apa care contine cantitatile de oxigen de mai sus, se spune ca este saturata cu oxigen; peste aceste cantitati, se spune ca apa este suprasaturata; sub aceste cantitati, apa este subsaturata. Solubilitatea oxigenului in apa este functie de temperatura, turbulenta la suprafata apei, presiunea atmosferica, marimea suprafetei de contact, cantitatea de oxigen din apa sau din atmosfera.

Prezenta substantelor organice in apa, poate reduce cantitatea oxigenului din apa, pana la 0, cazul apelor uzate. Apele de suprafata neimpurificate sunt de obicei saturate in oxigen. Suprasaturarea apei in oxigen se datoreaza fie turbulentei excesive a apei, fie prezentei plantelor acvatice in cantitati mari, care consuma CO₂ si elimina O₂ in cadrul procesului de metabolism, indeosebi in timpul zilelor insorite. Trebuie adaugat insa ca in timpul noptii plantele consuma oxigenul din apa; de aceea probele din apele de suprafata trebuie luate in timpul orelor de dimineata. Cantitatea de oxigen care lipseste unei ape pentru a atinge valoarea de saturare se numeste deficit de oxigen. Continutul de oxigen din apa este unul dintre elementele chimice care caracterizeaza cel mai bine starea de murdarire a apei, precum si stadiul descompunerii acesteia in instalatiile biologice si in apele naturale. Concluzii importante se pot trage cand aceasta caracteristica este analizata in asociatie cu consumul biochimic de oxigen si stabilitatea relativa .

Consumul biochimic de oxigen (CBO). Consumul biochimic de oxigen al unei ape uzate este cantitatea de oxigen consumata pentru descompunerea biochimica in conditii aerobe a materiilor solide totale organice la temperatura si timpul standard; timpul standard se ia de obicei 5 zile, iar temperatura de 20[°C]; rezultatul in acest caz se noteaza cu CBO₅.

In afara de consumul biochimic de oxigen, exista si asa-numitul consum chimic sau imediat de oxigen, care reprezinta cantitatea de oxigen care se consuma in combinarile de reducere fara interventia organismelor, chiar intr-o apa sterila; aceasta cerere este satisfacuta imediat, de obicei intr-o ora. Cereri de consum imediat de oxigen se constata la apele cu continut mare de H₂S, la namolurile in curs de descompunere, care in momentul agitarii necesita un consum de oxigen, etc. In general, rareori se include in rezultatul analizelor consumul chimic de oxigen.

Consumul biochimic de oxigen masoara indirect continutul de materii care se pot descompune (materii organice) si direct consumul de oxigen cerut de organismele care produc descompunerea. In apele uzate brute orasenesti CBO₅ variaza, de obicei, intre 100 si 400[mg/dm³]; in apele industriale, CBO₅ poate atinge valori de 50[mg/dm³].

Consumul biochimic de oxigen, respectiv descompunerea biochimica se produce in doua faze:

a)     faza primara (a carbonului), in care oxigenul se consuma pentru oxidarea substantelor organice, care incepe imediat si are pentru apele menajere o durata de aproximativ 20 zile la temperatura de 20[°C]. In urma descompunerii materiilor organice, in aceasta prima faza se formeaza CO₂, care ramane ca gaz in solutie sau se degaja.

b)     faza secundara, (a azotului) in care oxigenul se consuma indeosebi pentru transformarea amoniacului in nitriti (N₂O₃) si apoi in nitrati (N₂O₅), care incepe dupa circa 10 zile si se desfasoara pe o durata foarte mare (100 zile, sau chiar mai mult). Aceste transformari constituie procesul de nitrificare a materiilor organice .

Consumul chimic de oxigen (CCO - oxidabilitatea apei. Consumul chimic de oxigen masoara continutul de carbon din toate felurile de materie organica, prin stabilirea oxigenului consumat de bicromatul de potasiu in solutie acida sau permanganatul de potasiu. Determinarea nu ofera posibilitatea de a diferentia materia organica stabila si nestabila (putrescibila) din apa uzata. Determinarea este de o mare importanta pentru apele industriale, care contin substante toxice si la care nu se poate determina consumul biochimic de oxigen, deoarece substantele toxice distrug organismele din apa care produc activitatea biochimica. Consumuri chimice de oxigen cuprinse intre 500 si 1500[mg/dm³] sunt uzuale in apele uzate.

Azotul Amoniacul liber, azotul organic, nitritii si nitratii constituie azotul total (25-85[mg/dm³] in apa uzata bruta). La analiza apei uzate se mai determina si amoniacul albuminoid. Azotul organic si amoniacul liber sunt luati ca indicatori ai materiilor organice azotoase prezente in apa uzata, iar amoniacul albuminoidal drept indicator al azotului organic decompozabil. Amoniacul liber este rezultatul descompunerii bacteriene a materiilor organice, iar daca acesta se gaseste in cantitati mai mari de 0,2[mg/dm³], acest lucru indica aproape cu siguranta existenta unei impurificari cu ape uzate a apei analizate.

Continutul unei ape in azot organic si amoniac liber ofera informatii pretioase asupra posibilitatilor de tratare biologica a apelor uzate. Tinand seama de continutul in aceste elemente, se stabileste daca este necesara adaugarea de azot suplimentar sau daca tratarea in comun a unor ape uzate este avantajoasa. In general, se recomanda sa se asigure un continut de azot in functie de concentratia in materii organice .

Nitritii pot aparea cateodata in mod natural in apele de ploaie sau provenite de la topirea zapezilor, cantitatile maxime de nitriti in apele uzate nedepasind 0,1[mg/dm³]. Prezenta nitritilor indica o apa stabila din punct de vedere al transformarii, aceasta prezenta fiind dorita, deoarece reprezinta o sursa de oxigen, acestia stimuland cresterea algelor, care prin fotosinteza conduc la suplimentarea oxigenului .

Clorurile si sulfurile Clorurile sunt substante anorganice provenite din urina. Sulfurile rezulta din descompunerea materiilor organice, precum si din apele industriale, ele dand nastere la mirosuri neplacute. Cantitatea de cloruri sau sulfuri din apa bruta nu se schimba la trecerea apelor uzate prin instalatiile de epurare.

Grasimi si uleiuri Grasimile, uleiurile vegetale sau minerale asemanatoare in cantitati mari, formand o pelicula la suprafata apei, sunt daunatoare in statia de epurare deoarece pot colmata filtrele biologice, impiedica dezvoltarea proceselor biochimice in bazinele de namol activ sau de fermentare a namolului, etc. Determinarea grasimilor este importanta in cazul unor ape uzate industriale, in apa uzata bruta gasindu-se cantitati de grasimi cuprinse intre 0,0 si 40[mg/dm³], si uneori chiar mai mult.

Gazele In tehnica epurarii apelor uzate intervin trei feluri de gaze: hidrogenul sulfurat, bioxidul de carbon, si metanul. Hidrogenul sulfurat se determina chiar in cantitati mici prin miros; prezenta acestuia indica o apa uzata mai veche si care a fost tinuta un timp mai indelungat in conditii anaerobe. In concentratii mari este toxic. Metanul si bioxidul de carbon sunt indicatori ai fermentarii anaerobe, metanul fiind exploziv in amestec cu aerul in proportie de 1:5 . .1:15.

Aciditate, alcalinitate, concentratia de ioni de hidrogen (pH) Aciditatea sau alcalinitatea apelor uzate reprezinta capacitatea acestora de a neutraliza bazele sau respectiv acizii. In general apele uzate menajere sunt slab alcaline, iar cele industriale au de cele mai multe ori caracter pronuntat acid sau alcalin. Pentru epurarea apelor uzate este de dorit ca acestea sa fie slab alcaline, in acest fel procesele biologice putandu-se desfasura in bune conditii. Alcalinitatea si aciditatea se exprima in miliechivalenti la un litru de apa (mval/l).

Activitatea ionilor de hidrogen este determinata de valoarea pH-ului. Trebuie mentionat ca pH-ul apei exprima numai intensitatea aciditatii sau alcalinitatii si ca nu exista o legatura directa intre pH-ul unei ape si cantitatea de acizi sau alcali din aceasta. Astfel, de exemplu, doua solutii apoase de acizi care au pH-uri diferite pot avea aceeasi concentratie de acizi si viceversa. Controlul pH-ului se face in toate punctele importante ale statiei de epurare, deoarece de acesta depinde: activitatea organismelor care actioneaza in cadrul proceselor aerobe si anaerobe; activitatea unor compusi ai clorului cu care se face dezinfectarea apelor uzate, etc. In statia de epurare pH-ul apei trebuie sa fie cuprins intre 6,5 si 8,5. Apele naturale au un pH in jur de 7, dar, datorita unor cauze naturale, pH-ul poate atinge valori mai mari, chiar peste 10; alteori, impurificarea cu materii organice a unor ape naturale poate duce la o scadere a pH-ului datorita oxidarii unor componenti.

Putrescibilitate, stabilitate, stabilitate relativa. Putrescibilitatea este o caracteristica a apelor uzate care indica posibilitatea ca o apa sa se descompuna, mai repede sau mai incet. Stabilitatea este inversul putrescibilitatii. Stabilitatea relativa este reprezentata de raportul, in procente, intre oxigenul disponibil in proba de analizat si cererea de oxigen pentru a satisface faza primara de consum a oxigenului. Stabilitatea relativa este folosita rar, deoarece unele substante coloidale si dizolvate din apa precipita culoarea, iar pe de alta parte valorile stabilitatii relative sunt nesigure.

Detergenti sintetici. Din cele trei categorii de detergenti sintetici (anionici, cationici si neionici), detergentii anionici evacuati din gospodarii si din industrii sunt cei mai daunatori proceselor de epurare.

Prejudiciile cele mai importante produse de detergenti sunt:

a)     coboara tensiunea apei la suprafata sau interfacial si in acest fel mareste umiditatea substantelor cu care apa intra in contact;

b)     emulsioneaza grasimile si uleiurile;

c)     disperseaza sau defloculeaza materiile coloidale;

d)     plutesc si spumeaza;

e)     distrug bacteriile si alte organisme necesare epurarii biologice.

In bazinele cu namol activ, detergentii sintetici provoaca o spuma deasa la suprafata apei care impiedica aerarea apei, efectele lor variaza de la caz la caz, in functie de natura substantelor chimice din care sunt facuti.

1.2.3 Caracteristici bacteriologice

Stabilirea caracteristicilor bacteriologice ale apei au drept scop determinarea numarului, genului si conditiilor de dezvoltare a bacteriilor in efluentul statiei de epurare si in emisari. Numarul de bacterii este mai mare vara decat iarna.

Caracteristicile biologice ale apei dau informatii numeroase si in ceea ce priveste evitarea propagarii si controlului bolilor contagioase, in care scop efectuarea de determinari atat asupra apelor uzate cat si asupra emisarilor este de o deosebita importanta. Se determina indeosebi colibacilii ce traiesc in intestinele umane. Numarul de colibacili la 100 [m³ apa] reprezinta un etalon de masura pentru poluarea emisarilor in care sunt deversate apele uzate. Se determina in general asa-numitul titrul coli, care reprezinta volumul cel mai mic de apa uzata in care se mai pot cultiva inca colibacili.

Se deosebesc urmatoarele categorii importante de bacterii:

a)     banale, care nu sunt daunatoare organismului uman;

b)     coliforme, care in numar redus sunt inofensive. In numar mare indica murdarirea apei cu reziduuri umane sau animale, si in asemenea cazuri, in apa se gaseste enterococul Streptococcus faecalis si bacteria Clostridium perfrigens;

c)     bacterii saprofire, prezente in apele uzate;

d)     bacterii patogene, care sunt daunatoare organismului omenesc si produc boli hidrice (febra tifoida, holera, dizenteria);

e)     bacteriofagii, prezenti in apele uzate.

1.2.4. Caracteristici biologice

In apele uzate si in emisari se intalnesc diferite organisme, de la cele mai mici, care nu pot fi vazute cu ochiul liber, pana la cele mai mari, vizibile cu ochiul liber. Cele mai mici dintre acestea sunt virusurile si fagii, urmate de bacteriile prezentate mai sus. Ele pot fi identificate numai in baza observatiilor directe, sau la microscop si a actiunii (comportamentului) lor in diferite medii de cultura.

Organismele mai mari sunt: ciupercile, algele, protozoarele, rotiferii, larvele de insecte, viermii, melcii, etc. Acestea se determina prin observatii directe la microscop. Organismele, prin actiunea desfasurata de ele, pot fi vatamatoare, nevatamatoare, sau folositoare; astfel, numeroase bacterii din apele uzate - chiar daca nu au conditii corespunzatoare pentru dezvoltare - pot supravietui in ele un timp destul de indelungat si determina raspandirea unor boli hidrice si deci, sunt vatamatoare; unele bacterii intervin activ in procesele de epurare, si sunt deci, bacterii folositoare (bacteriile aerobe). Absenta organismelor din apa poate indica prezenta unor substante toxice. Determinarea diferitelor organisme din apa uzata bruta si tratata in statiile de epurare estre de mare importanta pentru cunoasterea eficientei acestora si stabilirea de masuri pentru un randament cat mai mare. Prezenta unor organisme sau absenta lor indica mersul epurarii biologice din statia de epurare, sau al autoepurarii pe cursurile de apa, pentru namoluri prezenta sau absenta organismelor avand aceeasi semnificatie.

Determinarea organismelor din raul receptor capata o dezvoltare si o importanta din ce in ce mai mare (totalitatea organismelor din apa constituie asa - numitul plancton, iar cele de pe patul raului asa - numitul bentos).

In aceasta ordine de idei, in ultimul timp, sistemul saprobiilor, care cuprinde speciile de organisme caracteristice apelor impurificate cu substante organice isi gaseste o aplicare din ce in ce mai larga. Cunoasterea speciilor de organisme din sistemul saprobiilor, conduce la stabilirea gradului de murdarire a emisarului - diversele calitati ale apei corespunzand diferitelor tipuri de organisme - si la cunoasterea intensitatii procesului de autoepurare.

Speciile animale si vegetale din sistemul saprobiilor sunt grupate in patru categorii:

a)     specii polisaprobe, caracteristice apelor cu impurificare organica puternica; sunt in numar foarte mic;

b)     specii α-mezosaprobii, caracteristice de asemenea apelor cu impurificare organica; sunt in numar mic;

c)     specii β-mezosaprobii,caracteristice apelor cu impurificare mai mica; sunt in numar mai mare decat cele din categoria anterioara;

d)     specii oligosaprobii, caracteristice apelor curate, neimpurificate; sunt in numar foarte mare.

1.2.5. Interpretarea analizelor

Apa de alimentare a oraselor si industriilor este folosita in numeroase scopuri, si de aceea si calitatea apei uzate evacuata este foarte variata; chiar si analizele pentru un acelasi punct de recoltare, in conditii similare de efectuare a determinarilor, furnizeaza rezultate diferite. In aceste conditii, interpretarea analizelor devine o chestiune destul de delicata ce trebuie incredintata unor persoane cu experienta. Inainte de atrage concluzii trebuie sa se faca o analiza comparativa intre diferitele determinari intre care exista corelatii fixe, sa se repete anumite determinari, daca se considera necesar, si numai apoi sa se traga concluzii. Prelucrarea statistica a rezultatelor se recomanda ori de cate ori numarul de determinari este suficient. Nu se pot da reguli fixe asupra modului de interpretare a analizelor, insa trebuie precizat ca de justa lor interpretare depinde functionarea statiei de epurare, studiul posibilitatilor de evacuare a apelor uzate in emisari.