TREAPTA DE EPURARE BIOLOGICA A APELOR UZATE

Treapta de epurare biologica a apelor uzate

Epurarea apelor uzate poate fi mai mult sau mai putin complexa, in functie de caracteristicile fizico-chimice si microbiologice ale apelor si de cerintele de calitate pentru evacuarea in raurile receptoare. Apele uzate, avand un predominant caracter anorganic, pot fi tratate prin procedee fizico-chimice in care eliminarea substantelor impurificatoare se face prin procese chimice si fizice ca de exemplu: sedimentare, neutralizare, precipitare, coagulare, adsorbtie de carbune activ, schimb ionic, etc. Apele uzate cu caracter pronuntat organic, pot fi tratate prin procedee fizico-chimice si/ sau biologice, in ultimul caz, eliminarea substantelor organice impurificatoare facandu-se prin procese biochimice, procesele metabolice ale microorganismelor .

Pana in prezent, specialistii in domeniul epurarii apelor considera ca metoda cea mai eficienta si mai economica de indepartare a substantelor organice din apele uzate este folosirea procedeelor de epurare biologica. Aceste procedee se bazeaza pe reactiile metabolice ale unei populatii mixte de bacterii, ciuperci si alte microorganisme (in special protozoare si unele metazoare inferioare), care isi desfasoara activitatea in anumite constructii hidrotehnice, instalatii de epurare. In practica epurarii, aceasta populatie (biocenoza) se numeste biomasa.

Compozitia biocenozelor si randamentul de indepartare a substantelor organice depinde de conditiile de mediu: compozitia apei uzate si concentratia de impuritati, temperatura, conditiile de amestec, modul de exploatare a instalatiei de epurare. Diferitele specii ale biomasei coexista in echilibru dinamic; frecventa lor poate fi modificata de factorii enumerati mai sus. Fluctuatiile temporale ale factorilor de mediu sunt compensate de dinamica populatiei de microorganisme care are o buna capacitate de adaptare; in acest fel, calitatea apei epurate variaza putin. Fluctuatiile de lunga durata ale conditiilor de mediu, ca si intoxicarile acute ale organismelor, datorita evacuarii de poluanti toxici, conduc la variatii considerabile ale biocenozei; in acest caz, efluentul 'epurat' nu mai are calitatile cerute.

Apele uzate menajere, reprezinta amestecuri neomogene a zeci de compusi organici simpli si complecsi care sunt asimilati de catre microorganisme, in principal glucide, aminoacizi, esteri ai acizilor grasi. Apele uzate industriale se evacueaza dupa folosirea apei in procesele de obtinere a materiilor prime si in cele de producere a bunurilor necesare activitatii economice si sociale, se caracterizeaza prin variatii mari ale compozitiei si concentratiei; intr-un timp dat, putem intalni in aceeasi apa uzata materii prime, produsi intermediari, produsi finali, si produsi ai reactiilor secundare.

Procedeele de epurare biologica utilizeaza una din cele doua grupe fiziologic diferite de microorganisme: aerobe sau anaerobe. Microorganismele anaerobe se folosesc pentru fermentarea namolurilor si fermentarea unor ape uzate industriale concentrate. Microorganismele aerobe sunt folosite in mod curent in epurarea majoritarii apelor uzate cu caracter predominant organic, si in ultima vreme, de asemenea pentru fermentarea namolurilor organice. Alimentare biocenozelor respective se face continuu sau discontinuu cu apa uzata sau cu solide organice separate din aceasta, prima metoda fiind mai des folosita. Pentru epurarea aeroba a apelor, cele mai utilizate procedee sunt: cu namol activ, biofiltre, iazuri de oxidare. Desi aceste procedee difera intre ele cu privire la timpul de contact intre microorganisme si apa uzata, necesarul de oxigen, modul de utilizare al namolului biologic sunt identice. In ultimii ani, in epurarea biologica a apelor uzate industriale prevaleaza procedeul cu namol activ datorita calitatilor acestui procedeu.

1. Epurarea biologica cu namol activ

Etapele epurarii apelor uzate in instalatiile de namol activ sunt:

Apa uzata (influentul) este preepurata mecanic, respectiv este separata de o parte a suspensiilor prin sedimentarea acestora in decantorul primar (1), sau prin alte procese fizico-chimice, daca este cazul, este amestecata cu namolul recirculat (de intoarcere) si este aerata impreuna cu namolul activ (biomasa) in bazinul de aerare (reactor) (2), in asa fel incat oxigenul dizolvat sa satisfaca necesitatile de mediu ale microorganismelor aerobe, aglomerate in flocoane, iar acestea sa se mentina in suspensie;

Apa epurata (efluentul), lipsita in procent de peste 95[%] de substante organice degradabile, este separata de namol prin sedimentarea acestuia in decantorul secundar (3), si condusa in raul receptor;

Namolul activ depus in decantorul secundar este reintors (recirculat) in bazinul de aerare si amestecat cu apa de tratat;

Namolul activ excedentar, rezultat din procesele care au loc in reactor in timpul epurarii este scos din circuit, pentru ca in bazinul de aerare sa ramana concentratia de biomasa stabilita ca optima.

Fig.1. - Fluxul tehnologic al epurarii apelor uzate cu namol activ.

1-decantor primar; 2- bazin de aerare (reactor); 3 - decantor secundar;

a - influent; b - efluent; c - namol recirculat; d - namol excedentar spre tratare.

Diferitele variante ale procesului cu namol activ difera, in principal prin modul de introducere a apei uzate si prin raportul intre substrat si microorganisme.

De o deosebita importanta in epurarea biologica este transferul de poluanti din apa uzata spre biomasa prin contact interfacial si prin fenomenul imediat urmator de sorbtie (absorbtie sau adsorbtie). Aceste operatii sunt rapide si eficiente in urmatoarele conditii:

a)     interfata apa uzata - biomasa sa fie mare;

b)     gradientul de concentratie a substantei de indepartat in procesul epurarii biologice sa aiba panta abrupta;

c)     sa nu se formeze la interfata pelicule lichide care sa impiedice transferul de substante in si din celule microorganismelor, sau sa se acumuleze substante nocive.

Calitatea contactului dintre impuritatile organice si biomasa se pastreaza prin procesele de metabolism, de oxidare a substantelor organice si de sinteza a masei celulare vii. In procesul epurarii apelor uzate, concentratia substantelor organice este exprimata global, direct prin determinarea carbonului organic, sau indirect prin determinarea consumului chimic de oxigen. Schematic, procesul de epurarea biologica are loc in reactor astfel: substantele organice din apa uzata sunt adsorbite si concentrate la suprafata biomasei; aici, prin activitatea enzimelor eliberate de celula (exoenzime), substantele sunt descompuse in unitati mici care patrund in celula microorganismelor unde sunt metabolizate; o parte a reactiilor care au loc furnizeaza energie reactiilor prin care se formeaza masa celulara noua, iar produsii finali ai descompunerilor (CO₂, H₂O, azotati, sulfati) sunt eliberati in mediu; moleculele mici de substante organice, aflate in mediul apos, pot difuza in celula fara sa fie adsorbite pe suprafata acesteia .

Deci, in epurarea biologica, concomitent cu eliminarea substantei organice impurificatoare, se obtine cresterea biomasei sub forma materialului celular insolubil, sedimentabil, precum si produsi reziduali (din metabolism sau din distrugerea celulei), unii usor de indepartat (CO₂), altii raman dispersati in mediul lichid, conferind o anumita valoare CCO - ului si CBO₅- ului apei epurate; pentru namolul activ se aproximeaza in general, cresterea biomasei la 40-60[%] din cantitatea de substanta organica asimilabila, existenta in apa uzata menajera. Aceasta substanta organica considerata global, reprezinta substratul dezvoltarii microorganismelor din namolul activ.

In linii generale, la indepartarea satisfacatoare a substantelor organice din apele uzate din procesele biologice iau parte:

a)     fenomene fizice ale transferului de masa (separarea prin sedimentarea a suspensiilor grosiere din apa uzata bruta, a suspensiilor obtinute prin coagulare, ca si a materialului celular sedimentabil din apa tratata; introducerea oxigenului din aer in apa; difuzia oxigenului dizolvat ca si a substratului nutritiv in celulele microorganismelor; adsorbtia substantelor dizolvate a particulelor coloidale si a suspensiilor fine pe suprafata biomasei; desorbtia produsilor de metabolism in mediu;

b)     fenomene chimice (reactii catabolice-oxidarea substratului, respiratia endogena; reactii anabolice-cresterea biomasei; inhibarea reactiilor enzimatice de catre substante toxice)

c)     fenomene hidraulice (de curgere; distributia apei uzate in reactor; timpi de retentie; viteze de sedimentare, incarcari hidraulice)

Cunoasterea temeinica a proceselor de asimilare sau de sinteza (anabolism) si de dezasimilare sau de oxidare (catabolism), a conditiilor de mediu in care au loc cu eficienta optima, a inhibitorilor metabolici, precum si cunoasterea posibilitatilor de mentinere a echilibrului din punct de vedere tehnico - economic intre aceste procese conduce la elaborarea instalatiilor de epurare biologica avand randamente maxime in indepartarea poluantilor si la indepartarea erorilor fundamentale in aprecierea posibilitatilor de epurarea biologica a anumitor ape uzate industriale.

1.1. Clasificarea namolurilor

Namolurile se pot clasifica dupa mai multe criterii:

Dupa provenienta apei uzate, exista:

a)     namoluri de la epurarea apelor uzate orasenesti;

b)     namoluri de la epurarea apelor uzate industriale;

Dupa treapta de epurare, se disting:

a)     namol primar din decantoarele primar;

b)     namol secundar din decantoarele secundare;

c)     namol amestecat: cu namol activ in exces sau namol de la filtrele

biologice, combinat cu namol primar;

Dupa stadiul de prelucrare in cadrul gospodariei de namol, se

mentioneaza:

a)     namol proaspat;

b)     namol fermentat, stabilizat aerob, anaerob sau chimic;

Dupa compozitia chimica, se disting:

a)     namoluri cu compozitie predominant organica, ce contin peste

50[%] substante volatile in substanta uscata;

b)     namoluri cu compozitie predominant anorganica, ce contin peste

50[%] substante minerale in substanta uscata.

1.2. Caracteristicile namolurilor

Caracteristicile fizico-chimice ale namolurilor depind de provenienta apei uzate si tehnologia de epurare. Pentru a caracteriza namolurile se apeleaza la indicatori generali (umiditate, greutate specifica, pH, putere calorica, etc.) si la indicatori specifici (substante fertilizante, detergenti, metale, uleiuri, grasimi, etc.).

Principalele caracteristici fizico-chimice ale namolurilor, care prezinta interes in tehnologia de prelucrare si evacuare sunt prezentate in continuare.

Umiditatea namolurilor variaza in limite destul de largi, in functie de natura namolului, de treapta de epurare din care provine. Nisipul retinut in retinut in deznisipatoare are o umiditate de cca. 60[%], namolul primar proaspat 95-97 [%], namolul activ in exces 98-99,5[%].

Greutatea specifica a namolului depinde de greutatea specifica a substantelor solide pe care le contine, de umiditatea si de provenienta namolului din cadrul statiei; namolul primar brut are o greutate specifica de 1,004-1,014[t/m³], namolul activ in exces are valori in jur de 1,001[t/m³], iar dupa ingrosare 1,003[t/m³].

Mineral si volatil in substanta uscata este un criteriu de clasificare a namolurilor si un criteriu de selectie a procedeelor de prelucrare, intrucat un namol organic este putrescibil si se are in vedere mai intai stabilizarea sa, mai ales pe cale biologica (fermentare anaeroba, stabilizare aeroba), pe cand namolul anorganic se prelucreaza prin procedee fizico-chimice (solidificare, extractie de elemente utile).

Rezistenta specifica la filtrare este un parametru care indica posibilitatea eliminarii apei dintr-un namol prin filtrare. Cu cat rezistenta specifica este mai mare, cu atat apa se indeparteaza mai greu.

In conformitate cu rezistenta specifica la filtrare, namolurile se impart in:

namoluri greu filtrabile, in categoria carora se incadreaza namolurile orasenesti brute si unele namoluri primare fermentate cu durata scurta de fermentare;

namoluri cu filtrabilitate medie, care cuprind unele namoluri anorganice si unele namoluri cu durata de fermentare mare;

namoluri usor filtrabile cu rezistenta la filtrare mica, in categoria carora intra namoluri conditionate, namoluri provenite din epurare mecano - chimica, namoluri fibroase, etc.

Puterea calorica a namolului variaza in functie de continutul de substanta organica (volatila). Puterea calorica se determina experimental, utilizand o bomba calorimetrica. Se poate determina puterea calorica si prin utilizarea de calcul stabilite pe baza continutului namolului in substanta volatila.

Continutul in metale grele si nutrienti ( K, P, N) prezinta o importanta deosebita, atunci cand se are in vedere valorificarea namolului ca ingrasamant agricol sau agent de conditionare a solului. Dar utilizarea agricola a namolurilor este conditionata, in primul rand, de continutul namolului in substante toxice si in special, in metale grele, care prezinta un grad ridicat de toxicitate.

1. Fermentarea namolurilor

Prin fermentarea namolurilor se intelege descompunerea substantelor organice complexe pe care le contin in substante mai simple (solide, lichide sau gaze) in cursul activitatii biologice a unor bacterii.

Tipuri de fermentari. Fermentarea namolurilor se face sub actiunea bacteriilor aerobe si anaerobe, putand fi acida sau alcalina.

Fermentarea acida se realizeaza in mod natural, in prezenta oxigenului din aer sau din apa si a bacteriilor aerobe; ea se produce in mediu acid, care i-a dat si numele, este insotita de gaze rau mirositoare, namolul rezultat fiind vascos si greu de deshidratat. Durata de fermentare este mare, deoarece oxidarea naturala a azotului necesita un timp lung, iar cea mai mare parte a azotului din apele uzate este continut tocmai in namoluri. Produsele principale ale fermentarii sunt: NH₃, H₂S,CO₂, si foarte putin CH_4.

Fermentarea alcalina se realizeaza anaerob, in mediu alcalin, obtinut in anumite constructii si conditii de mediu. Principalul produs gazos al fermentarii este metanul, de unde si numele de fermentare metanica.

In statiile de epurare se foloseste in general fermentarea alcalina anaeroba pentru descompunerea namolurilor, dar, pentru statiile mici, aceasta metoda poate fi mai costisitoare decat fermentarea acida; in asemenea cazuri, folosindu-se capacitatea de adaptare a bacteriilor mineralizatoare, se utilizeaza constructii in care se incepe cu fermentarea acida, obtinandu-se produse finale similare fermentarii alcaline; astfel de constructii sunt fosele septice, decantoarele cu etaj si iazurile de namol. Calitatile produselor din fermentarea alcalina au impus-o drept un tip preferabil pentru tratarea namolurilor, in special, in unele tari lipsite de gaze naturale. Metanul rezultat este urmarit ca parametru principal, iar constructiile respective pentru fermentare se adapteaza unei productii cat mai mare de gaze. Procesele anaerobe de fermentare a namolurilor sunt complexe si inca numai partial cunoscute.

Fermentarea anaeroba se produce, in cea mai mare masura, sub actiunea a doua grupuri de bacterii: facultative anaerobe, care pot exista atat in medii aerobe, cat si anaerobe, si obligator anaerobe, care nu pot exista decat in medii anaerobe. Dupa natura lor, in fermentarea anaeroba se diferentiaza doua grupuri principale de bacterii, saprofite si metanice care traiesc in simbioza. Bacteriile saprofite prezente in numar mare in apele uzate ataca substantele organice complexe (zaharuri, grasimi, hidrocarburi); pe langa ele actioneaza bacteriile acidului formic. Bacteriile metanice utilizeaza acizii si alte substante din prima grupa spre a forma metan. Prin actiunile diferitelor bacterii, substantele organice se descompun, ceea ce schimba proprietatile si compozitia namolului, iar ca urmare a degajarii gazelor rezultate si a unei partiale indesari, namolul isi micsoreaza volumul chiar cu 50 [%]. O data cu descompunerea substantelor organice, bacteriile anaerobe actioneaza asupra altor bacterii si virusurilor banale patogene distrugandu-le.

Factorii care influenteaza fermentarea. Principalii factori care influenteaza procesul de fermentare sunt: temperatura, valoarea pH-ului si alcalinitatea, amestecul intim al namolului proaspat alimentate cu cel de fermentare, agitarea namolului in fermentare, prezenta nutrientilor, prezenta substantelor toxice.

Temperatura. Cinetica fermentarii este strans dependenta de temperatura de lucru, deoarece aceasta influenteaza hotarator viteza relativa de crestere a diferitelor specii bacteriene; in fapt, fermentarea anaeroba este realizata de culturi mixte, al caror echilibru este functie de temperatura.

Dupa criteriul temperaturii de fermentare se disting urmatoarele domenii:

fermentare criofila, in spatii neincalzite;

fermentare mezofila, intre 28 si 42[°C];

fermentare termofila, intre 45 si 55[°C].

Alcalinitatea si pH. Pentru functionarea corecta a procesului, este necesar ca valoarea pH sa se mentina in limite relativ restranse, deoarece bacteriile metanice sunt foarte sensibile la variatii mici ale valorii acestui indicator. Domeniul in care poate varia pH-ul este, in general, 6,6-7,4, dar este preferabil ca el sa se mentina cat mai aproape de valoarea 7,0.

Nutrienti. Pentru desfasurarea normala a reactiilor biochimice care constituie procesul de fermentare, este necesara prezenta anumitor nutrienti. In cazul namolurilor provenite din ape uzate menajere, acestia sunt prezenti in cantitate suficienta. Dificultati pot sa apara in cazul namolurilor cu aport industrial important. Dintre nutrienti se mentioneaza, in primul rand, azotul; raportul N/C este indicat a fi cel putin 1/16.

Substante toxice. Procesul de fermentare poate fi deranjat de prezenta in namol a unor substante ca: metale grele, sulf, detergenti, metale alcaline si alcalino - pamantoase, unele substante chimice organice. Prezenta lor se datoreaza, de regula, apelor uzate industriale. pot, de asemenea, exercita o actiune toxica cantitati excesive din orice substante, chiar din cele considerate in general nutrienti. Este greu sa se defineasca concentratia la care o substanta incepe sa fie toxica, deoarece aceasta concentratie poate fi modificata de anumite fenomene de aclimatizare. In tabelul 1 se prezinta limitele de concentratii ale substantelor toxice:

Tabelul 1. Concentratii limita ale substantelor toxice

Daca dereglarea procesului de fermentare este pusa pe seama toxicitatii, este necesar sa se faca o analiza atenta a constituentilor namolului. Solutiile de inlaturare a efectului toxic pot fi stabilite prin cercetari de laborator.

Alimentarea cu namol si amestecarea. O buna amestecare a namolului in spatiul de fermentare este necesara pentru a aduce namolul proaspat in contact intim cu organismele care se afla in namolul in fermentare, precum si pentru a se evita ca aportul de namol proaspat sa determine modificarea mediului din spatiul de fermentare. Procesul de fermentare decurge in conditii mai bune atunci cand alimentarea se face in cantitati mici, la intervale scurte. Introducerea dintr-o data a unei cantitati mari de namol proaspat poate crea socuri de incarcare organica, deplasand echilibrul biochimic. Agitarea este necesara si pentru a inlesni degajarea gazului, spargerea crustei si a spumei si folosirea intregului volum al instalatiei.

1.4. Compozitia namolului activ

Aerarea unei ape uzate, tratabila biologic, provoaca dezvoltarea in masa lichidului a microorganismelor care in timp formeaza biomasa, caracterizata macroscopic prin ingramadiri de flocoane brune, sedimentabile in momentul inceperii aerarii; perioada de aerare in care se formeaza biomasa variaza in functie de calitatea apei uzate de la cateva zile la cateva saptamani. Flocoanele sedimentabile formeaza ceea ce se numeste namol activ; deci namolul activ consta din flocoane de culoare ce variaza de la galben-brun la brun aproape negru, produse prin cresterea unei populatii mixte de bacterii si de alte microorganisme in prezenta unei ape uzate tratabile biologic si a oxigenului. Aerarea apelor uzate sterile, facuta in conditii sterile, nu provoaca formarea namolului activ, deci este dovedit ca microorganismele intervin activ in acest fenomen.

In practica epurarii apelor uzate, namolul activ este format in bazinul de aerare (reactorul in care au loc reactiile de degradare a substantei organice). Microorganismele oxideaza (mineralizeaza) substantele organice si in fluxul tehnologic trec in bazinul de sedimentare unde se separa gravitational de apa epurata. Din punctul de vedere al dezvoltarii microorganismelor si in acelasi timp al indepartarii substantelor organice probleme care se pune este gasirea echilibrului intre o mineralizare rapida, conditionata de viteza mare de crestere a microorganismelor si formarea flocoanelor care contribuie la separarea microorganismelor din faza apoasa, conditionata de viteze mici de crestere a bacteriilor.

In instalatiile de epurare cu namol activ acest echilibru se mentine prin recircularea namolului, adica prin intoarcerea totala sau partiala in bazinul de aerare a namolului sedimentat. Floconul reprezinta unitatea structurala a namolului activ; privit la microscop, el prezinta o imagine complexa, caracterizata printr-o masa gelatinoasa secretata de bacterii in care sunt cuprinse numeroase bacterii, dar si substante organice si anorganice inerte; printre flocoane traiesc protozoare si unele metazoare. Ca structura, flocoanele de namol activ variaza in functie de conditiile de mediu si de principalele microorganisme existente, de la flocoane dense formate din ingramadiri de bacterii, la flocoane laxe, formate din bacterii filamentoase sau din ciuperci. Trebuie spus ca in procedeul actual de epurare cu namol activ, speciile de microorganisme care il formeaza sunt considerate intamplatoare, in sensul ca nu sunt introduse in mod deliberat in sistem, dar ca populatia mixta se dezvolta prin existenta accidentala concomitenta a unui numar de factori.

Bacteriile sunt organisme monocelulare, care utilizeaza hrana solubila; fiecare celula este un organism independent, capabil sa execute toate functiile necesare vietii. Marimea celulei bacteriene variaza in timpul cresterii, avand limite cuprinse intre 0,3 si 0,5 [μ]. Bacteriile sunt formate din 80[%] apa si 20[%] substanta uscata, din care 90[%] reprezinta substante organice. Fractia organica are compozitia medie de 53[%] C, 29[%] O, 12[%] N, 6[%] H ceea ce conduce la formula empirica C₅H₇O₂N. Din punct de vedere al mediului in care traiesc, bacteriile din namolul activ sunt fie strict aerobe, deci folosesc in mod necesar oxigenul dizolvat in apa uzata, fie facultativ aerobe, pentru care prezenta oxigenului dizolvat nu reprezinta o necesitate absoluta, ele fiind capabile de degradarea substantelor organice si in conditii de concentratie foarte scazuta de oxigen, sau chiar in conditii anaerobe. Cea mai comuna cale de metabolism a bacteriilor din namolul activ este chemosinteza, respectiv oxidarea compusilor organici si anorganici pentru obtinerea energiei. Marea majoritate a bacteriilor din aceasta biomasa sunt heterotrofe (saprofite), deci folosesc substante organice ca sursa de carbon si de energie; in absenta oxigenului molecular, unele bacterii heterotrofe reduc azotatii la azotiti, amoniac sau azot molecular si sulfatii la hidrogen sulfurat. In namolul activ sunt reprezentate si bacteriile autotrofe, care sunt capabile sa-si formeze toate structurile celulare din substante anorganice, sursa de carbon fiind asigurata de CO₂, de exemplu sulfobacterii, care oxideaza H₂S la S sau la SO₄^2- bacterii nitrifiante care oxideaza amoniacul la azotit, si azotitul la azotat. Toate bacteriile autotrofe sunt strict aerobe. Unele din aceste bacterii obtin energia prin fotosinteza, in general insa acestea se gasesc rar in namolul activ. Flora bacteriana a namolului activ consta mai ales din bacterii aerobe, Gram - negative nesporulante. Identificarea tuturor bacteriilor din namolul activ este o sarcina extrem de dificila, dar nu imposibila, fiind izolate sute de specii de bacterii heterotrofe, genul Pseudomonas ocupand un loc proeminent printre bacteriile din namolul activ. Cea mai bogata flora bacteriana, mai ales sub aspect calitativ, se gaseste in namolul activ menajer, datorita compozitiei apelor uzate in substante organice nutritive si in factori de crestere.

Protozoarele sunt organisme predatoare, si contribuie la epurarea apelor prin mentinerea unui echilibru in dezvoltarea bacteriilor, jucand un rol de seama in limpezirea apei epurate (un singur ciliat poate ingera intre 20000 si 40000[bacterii/ora]). Datorita faptului ca aparitia protozoarelor si metazoarelor in biomasa activa constituie o dovada a unor conditii bune de viata aeroba, aceste organisme au dovedit indicatori de epurare. Protozoarele intalnite in namolul activ (flagelate, rizopode, ciliate) sunt strict aerobe si majoritatea ingereaza hrana ca particule solide, dar se pot hrani si prin difuzia in celula a substantelor organice dizolvate, daca acestea sunt in concentratie mare de 5-10[g/l], exceptie facand flagelatele care pot metaboliza si substante organice in concentratii scazute. Multe protozoare nu isi pot sintetiza toate substantele necesare cresterii si depind de bacterii in furnizarea acestor produsi.

Rotiferii apar numai in namoluri active cu capacitate mare de stabilizare a apelor uzate deci in mediu cu continut scazut de substante organice, fiind indicatori ai acestor namoluri. Sunt organisme strict aerobe, avand ca sursa principala de hrana bacteriile, deci si particule organice.

Nematodele se gasesc frecvent in namolul activ. Metabolismul nematodelor este aerob, ele pot metaboliza materii organice solide, chiar si pe acelea care nu sunt usor de degradat de catre alte microorganisme.

In afara microorganismelor descrise, in namolul activ mai sunt prezente, rareori, alge, crustacee, copepode, oligochete, chirinomide, toate acestea fara un rol semnificativ in ecosistem. Intre microorganismele care alcatuiesc biocenoza namolului activ exista relatii, dintre care cele mai importante sunt relatiile trofice (de hrana). In namolul activ, producatorii de substanta organica vie sunt in special bacteriile, care formeaza protoplasma prin degradarea diferitelor substante organice dizolvate in apele uzate, consumatorii producatorilor fiind protozoarele si metazoarele. Protozoarele bacterivore reprezinta consumatorii primari, acestia servind la randul lor drept hrana consumatorilor secundari (suctori, rotifere, nematode).

Dinamica populatiei microorganismelor in namolul activ este prezentata mai jos.

In functie de calitatile de aerare si de calitatea substantelor organice din apele uzate se dezvolta o populatie de bacterii heterotrofe care creste rapid; aceasta se petrece in dauna fitoflagelatelor care intra in competitie cu bacteriile pentru stratul organic. Dezvoltarea bacteriilor duce la aparitia zooflagelatelor care utilizeaza ca hrana insasi bacteriile, dar pe masura ce stratul organic este consumat de bacterii, zooflagelatele intra in competitie pentru bacterii cu ciliatele libere mai eficiente, carora le cedeaza locul. Cu scaderea concentratiei substantei organice din mediu, scade si densitatea bacteriana, iar ciliatele libere cedeaza locul ciliatelor fixe, acestea din urma avand necesitati energetice mai scazute decat primele. In sfarsit, stabilitatea substantei organice din apele uzate conduce la inlaturarea ciliatelor fixe, care nu mai pot obtine suficienta energie pentru a supravietui. In namolul activ raman rotifere si nematode, care supravietuiesc datorita capacitatii lor de a consuma particule si resturi organice solide, mai greu degradabile.

Se intelege ca mentinerea unei biomase echilibrate este conditionata de atingerea starii de echilibru dinamic al dezvoltarii bacteriene. Acest echilibru depinde de asigurarea constantei debitului influentului instalatiei si a calitatii compozitiei sale. Variatiile in mediul namolului activ (calitatea substratului, temperatura, substantele toxice, scaderea concentratiei in oxigen) conduc la dezechilibrarea biocenozei, microorganismele superioare bacteriilor fiind deosebit de sensibile, dau nastere la variatii cantitative si calitative impresionante. In instalatii de laborator, cu namol activ, s-au constatat de foarte multe ori deosebiri esentiale intre indicatorii biologi prezenti in namolurile active alimentate cu acelasi substrat, si aparent in aceleasi conditii de debit, temperatura, etc.

Dupa cum se vede, prin notiunea de 'namol activ' se intelege o biomasa formata din organisme foarte variate, cu cai metabolice proprii. Totusi, datorita interactiunii existente intre diferitele specii, namol activ este privit ca un tot unitar; cercetarile se efectueaza asupra intregii populatii mixte, iar concluziile se raporteaza la intreaga biomasa. In sensul celor spuse mai sus, floconul de namol activ trebuie privit ca 'un biotop, un ecosistem miniatural, care este format in anumite conditii de mediu, si care are trasaturile sale proprii'.

1.5. Teorii asupra formarii flocoanelor de namol activ

Flocularea este parte integranta a procesului cu namol activ. In general marimea flocoanelor este cuprinsa intre 20 si 200[μ]. Primele cercetari asupra namolului activ au condus la izolarea bacteriei formatoare de matrice gelatinoasa care promoveaza constituirea flocoanelor si anume zooglea ramigera, si la ipoteza initiala ca namolul activ ar fi format numai din aceasta bacterie. Ulterior au fost izolate din namolul activ mai multe bacterii cu proprietatea de a forma flocoane, printre acestea E. coli, E intermedia, Bacillus cereus. Un factor important in procesul de apropiere si alipire este sarcina electrica a suprafetei bacteriene ca si formarea capsulei sau mucegaiului bacterian. Suprafata bacteriana, incarcata negativ, absoarbe cationii din apa uzata, echilibrul ce rezulta fiind instabil. Cele doua bacterii se intalnesc sub un unghi favorabil de contact, si se pot lipi. Odata ce floconul a inceput sa se formeze, in componenta lui intra coloizi din apa uzata, parte din produsii de metabolism, fragmente celulare ale bacteriilor moarte care contribuie la marirea suprafetei floconului, si la prinderea altor bacterii din mediu. Cresterea floconului este limitata de agitarea existenta in sistemul cu namol activ; odata cu cresterea floconului, capacitatea sa de miscare este limitata, si apare astfel posibilitatea sedimentarii. Mecanismul flocularii nu este inca stabilit in detaliu, se cunoaste insa rolul flocoanelor de namol activ in epurarea apelor uzate si unele conditii de mediu care promoveaza formarea flocoanelor si care pot influenta dimensiunile acestora.

Cresterea microorganismelor. Din reactiile de metabolism se obtine energia necesara sintezei materialului nou, rezultatul reactiilor conducand la cresterea si multiplicarea microorganismelor. Aceste procese de crestere si de multiplicare sunt caracterizate prin predominarea proceselor de anabolism asupra celor de catabolism. Cresterea unei populatii microbiene in ansamblul ei este dependenta cu precadere de conditiile de mediu; cresterea si multiplicarea microorganismului individual sunt legate de ereditatea acestuia. In mod practic, prin crestere se intelege atat marirea dimensiunii celulei microorganismului, cat si multiplicarea ei .

Relatiile de crestere a bacteriilor. In cazul in care conditiile de mediu sunt optime, cresterea bacteriana este un proces rapid; ajunsa la maturitate, celula se desparte in doua (fisiune binara), procesul decurgand in continuare logaritmic, cele doua celule formate simultan crescand aproximativ cu aceeasi viteza cu care celula - mama moare. Timpul unei generatii, adica perioada de timp necesara pentru ca o populatie bacteriana sa-si dubleze numarul de indivizi, poate fi pentru multe bacterii implicate in procesul de epurare, relativ scurt de 15-20[min]. S-a calculat ca in 48[ore], in conditii nerestrictive, o celula bacteriana ar putea da nastere la 2¹⁴⁴ celule cu greutatea de 2 x 10²⁸ [t]. In realitate, cresterea microorganismelor este restransa in mod considerabil de unii factori cum ar fi: scaderea pana la epuizare a substantelor nutritive necesare sintezei, acumularea in mediu a produsilor de metabolism, toxici, schimbari in echilibrul ionic al mediului, mai ales ale pH-ului etc.

Cinetica cresterii namolului activ. Epurarea apelor reprezinta un proces in care predomina relatia intre scaderea concentratiei substantei si cresterea biomasei; pe masura ce conditiile de mediu promoveaza o crestere rapida a biomasei, consumul impuritatilor organice creste. Intr-adevar se spune ca epurarea apelor depinde de cresterea bacteriilor si cunoasterea conditiilor de crestere a bacteriilor face sa se inteleaga epurarea apelor. Extinderea relatiilor preluate de la dezvoltarea organismelor unice la populatii mixte de microorganisme care formeaza biocenoza namolului activ necesita urmatoarele premise:

- biomasa trebuie considerata in totalitatea ei ca o cultura unica;

- substratul mixt trebuie considerat in totalitatea componentilor lui ca factor limitativ;

- cresterea biomasei se obtine prin utilizarea substratului mixt in ansamblul lui.

Caracteristica epurarii apelor uzate cu namol activ este mentinerea, un timp prelungit, a flocoanelor de microorganisme in contact cu substratul in concentratie scazuta; deci microorganismele sunt supuse la limitarea severa a substratului, avand viteze specifice de crestere scazute .

Cerinte nutritionale. Pentru ca o cultura de microorganisme sa creasca, trebuie ca substratul sa contina toate elementele necesare formarii protoplasmei celulelor. Daca se compara culturile mixte de microorganisme care formeaza namolul activ, cu culturile pure folosite in microbiologia industriala pentru reproducerea diferitelor substante, se constata ca din punct de vedere nutritional, primele sunt mult mai robuste decat ultimele, necesitatile in diferiti factori de crestere (vitamine, aminoacizi) fiind minime, ceea ce permite functionarea unei instalatii de epurare cu namol activ a apelor uzate industriale fara aport de ape uzate menajere. Totusi, acest aport de ape uzate, bogate in diferite substante organice provenite din dejectiile umane, si care pot fi factori de crestere, precum si in microelemente, contribuie la mentinerea unui mediu favorabil de dezvoltare a namolului activ.

Pentru namolul activ, lipsa unor elemente esentiale poate determina predominanta unor anumite microorganisme si anume a acelora care nu au nevoie de aceste elemente. Desi dezvoltarea selectiva nu are in general efect asupra transformarii substratului organic in biomasa si asupra indepartarii substantelor organice din apa uzata, poate duce la selectarea microorganisme-lor nedorite pentru proprietatile de sedimentare a namolului .

Se considera ca in fenomenul de umflare a namolului, lipsa ionilor de fier sau prezenta lor in cantitate necorespunzatoare, joaca un rol important. In procesul de epurare cu namol activ, necesarul de microelemente variaza direct cu randamentul celular, si deci, implicit cu natura apei uzate; in acest sens concentratia in aceste elemente trebuie sa fie destul de mare pentru a indeplini necesitatile microorganismelor.

1.6. Formarea namolului activ in instalatii

Functionarea unei instalatii de epurare biologica incepe prin formarea biocenozei respective, operatie numita in mod curent amorsarea instalatiei; in procedeul cu namol activ, aceasta operatie include atat formarea flocoanelor de namol, sedimentabile, cat si dezvoltarea biomasei pana la concentratia necesara realizarii eficientei de epurare prevazuta in proiect. Amorsarea unei instalatii de epurare a apelor uzate menajere prin procedeul cu namol activ nu reprezinta o problema. Aceste ape uzate, bogate in substante nutritive dizolvate si in stare coloidala, contin suficiente microorganisme pentru a produce namol activ fara a necesita insamantare (introducere de microorganisme din namolul activ al unei instalatii in functiune). Odata cu introducerea aerului in masa de apei uzate (prin agitare mecanica sau insuflare) sunt promovate conditiile pentru cresterea bacteriana; excesul de hrana, raport hrana: microorganisme mare, permite dezvoltarea rapida a bacteriilor, care cresc in faza exponentiala a cresterii; pe masura ce raportul scade, si hrana ajunge factor limitativ, bacteriile trec in fazele ulterioare de crestere, inclusiv in faza de declin. In aceste faze, energia sistemului descreste si conditiile favorizeaza aparitia flocoanelor bacteriene si a altor microorganisme cu care bacteriile sunt in relatii trofice. In general, la amorsarea instalatiilor de epurare a apelor menajere, namolul activ se formeaza in cateva zile, 5-10, dezvoltarea microorganismelor fiind mult influentata de temperatura mediului ambiant, formarea namolului activ avand loc cu precadere in sezonul cald.

In cazul epurarii apelor industriale, procesul de amorsare poate fi asemanator, cu conditia ca apele respective sa contina toate elementele necesare cresterii bacterie normale. In multe cazuri, insa, natura compusilor organici din apele uzate conduce la formarea enzimelor induse, necesare degradarii acestor compusi. In aceste cazuri, destul de frecvent intalnite in practica epurarii apelor uzate industriale, amorsarea instalatiei se face cu oarecare greutate. Pentru preintampinarea acestor greutati sunt propuse mai multe solutii:

- Formarea namolului activ exclusiv din ape menajere si adaptarea lui treptata la compozitia apei uzate industriale date; aceasta se realizeaza prin amorsarea pe loc a namolului activ in cazul in care sistemul de canalizare permite separarea apelor menajere de cele industriale, iar in canalizarea menajera nu sunt scurgeri ale unor efluenti industriali, sau prin introducerea in bazinul de aerare a unei cantitati suficiente de namol activ prelevat de la o statie de epurare in functiune. Pentru adaptarea la apa uzata data, concentratia namolului in bazin trebuie sa fie minim de 1[kg/m³].

- Formarea namolului activ prin dezvoltarea pe solutii de deseuri lichide industriale nutritive (melasa, borhot) si adaptarea treptata la compozitia apelor uzate industriale.

- Formarea namolului activ prin dezvoltarea pe solutii ale unor substante chimice biodegradabile cu compozitie similara impuritatii principale din apa uzata, daca aceste substante sunt accesibile din punct de vedere economic. In general, concentratia acestor solutii nu trebuie sa depaseasca valoarea CCO de 500[mg/l].

- Introducerea in bazinul de aerare a unei cantitati suficiente de namol activ prelevat dintr-o instalatie de epurare care prelucreaza ape similare cu acelea pentru care s-a construit instalatia noua de epurare.

- Namolul activ poate fi format si prin simpla aerare a apelor industriale, de preferinta diluate cu ape menajere, dar prin acest procedeu de autoinsamantare, dezvoltarea biomasei poate dura un timp indelungat.

Din punctul de vedere al modului de introducere a apei uzate sau al solutiilor in bazinul de aerare in timpul formarii namolului activ, acesta poate fi continuu sau discontinuu; in ultimul caz, dupa o aerare timp de 23[ore] trebuie permisa sedimentarea (timp de aproximativ o ora) a particulelor formate, apa decantata si care contine produsi de metabolism fiind inlaturata. Trebuie mentionat ca in timpul amorsarii namolului activ este obligatoriu ca instalatiile de aerare sa functioneze normal, asigurand o concentratie satisfacatoare de 3-5[mg O₂] in mediul din bazin. In functie de instalatiile aferente statiei de epurare cu namol activ, amorsarea biocenozei poate fi realizata in unul sau in toate compartimentele bazinului de aerare, in bazinul de regenerare, in una sau in ambele trepte de epurare. Se considera ca in cazul amorsarii prin alimentare cu debit continuu, namolul depus in decantoarele secundare este recirculat in bazinul de amorsare. Exploatarea unei statii de epurare se incepe cu amorsarea instalatiei. Pentru aceasta se foloseste un debit de 25-30 [%] din cel proiectat si bazinele corespunzatoare acestuia. Formarea namolului activ se poate realiza intr-o perioada de timp de 1-4 saptamani, in functie de caracteristicile apelor uzate, capacitatea bazinului de aerare, temperatura aerului si apei in bazin, etc. Pentru ca amorsarea sa se realizeze in mod normal trebuie sa se asigure in bazinul de aerare o cantitate de 3-5 [mg/l O₂]. In functie de concentratia oxigenului dizolvat se regleaza intensitatea de insuflare a aerului, respectiv turatia aeratoarelor.

In perioada de amorsare este necesara marirea treptata a concentratiei namolului activ in bazinul de aerare pana la o cantitate de suspensii de 800- 1000[mg/l]. Pentru realizarea acesteia la bazinele de namol activ cu o singura treapta, intreg debitul de namol separat in decantorul secundar este repompat la intrarea in bazinul de aerare. Pe masura cresterii concentratiei namolului activ si a randamentului de epurare, se va mari treptat debitul de ape uzate decantate introdus in bazinul de aerare, astfel ca atunci cand se ajunge la o concentratie a namolului activ de 800 -1000[mg/l] suspensii, sa se ajunga si la debitul normal de functionare prevazut in proiect. Amorsarea se considera terminata daca dupa ajungerea la debitul normal al instalatiei se constata prin analizele fizico-chimice efectuate pe probe medii zilnice, recoltate din apa uzata de la intrarea in bazinul de aerare si iesita din bazinul de decantare secundara, ca se ating parametrii trecuti in proiect.

In exploatarea curenta a bazinelor cu namol activ, pentru o mai buna functionare a acestora trebuie sa se indeplineasca urmatoarele conditii:

- apa uzata bruta trebuie sa fie bine decantata;

- namolul activ si de recirculare trebuie sa indeplineasca o serie de conditii, mentionate in continuare;

- oxigenul in bazinul cu namol activ trebuie sa ramana intre anumite limite;

- namolul activ trebuie sa se separe repede in bazinele de decantare secundara.

Schimbari ale indicelui de namol. Indicele de namol creste cand se aduna substante organice dizolvate sau toxice (plumb, cupru) in cantitate mare, de asemenea cand oxigenul dizolvat scade in bazinul de aerare sub 1[mg/l]. Cresterea indicelui de namol conduce la imbolnavirea acestuia, la umflarea namolului. Pentru repunerea instalatiei in conditii normale de functionare:

- se procedeaza la reducerea debitului de namol recirculat;

- marirea debitului de namol in exces;

- intensificarea aerarii;

- se face by-pass la o parte din apa pe o perioada de timp in emisar;

- se clorineaza namolul recirculat cu doze de 10 - 20 [mg/l].

Ridicarea namolului la suprafata in bazinul cu namol activ se produce datorita nitrificarii excesive a apelor uzate, prin retinerea in circuit a namolului un timp prea indelungat in bazinul de aerare si decantorul secundar. Ridicarea namolului, este explicata prin faptul ca bacteriile iau oxigenul din nitratii dizolvati in apa, ceea ce are ca rezultat producerea de azot gazos si dioxid de carbon. Bulele de gaz scad densitatea namolului pana cand o parte sau tot namolul pluteste la suprafata. Aceasta actiune poate avea loc in decantorul secundar daca se lasa sa se acumuleze pe fundul bazinului o grosime prea mare de namol. Al doilea efect nedorit, cauzat de nitrificare, consta in crearea de conditii favorabile dezvoltarii eutrofizarii, respectiv a plantelor acvatice - in emisari, care la randul lor, dupa ce mor, materia organica pe care o contin epuizeaza tot oxigenul din apa emisarului, producand in acelasi timp si mirosul neplacut.

Pentru remediere se recomanda:

- marirea debitului de namol evacuat;

- reducerea incarcarii cu ape uzate a bazinului de aerare prin punerea in functiune a unor unitati de rezerva;

- marirea vitezei de miscare a mecanismelor din decantorul secundar;

- reducerea timpului de ramanere a apei in bazinul de regenerare;

- reducerea timpului ed aerare a apei uzate, prin scoaterea din circuit a unor unitati si supraincarcarea cu ape uzate a celorlalte.

Formarea spumei se datoreaza detergentilor din apele uzate. Spuma poate fi dusa de vant, murdarind caile de trecere si periclitand sanatatea muncitorilor din exploatare. Cantitatea de spuma creste odata cu:

- scaderea concentratiei de substante solide in suspensie din lichidul aerat;

- marirea cantitatii de aer;

- cresterea gradului de epurare a apelor uzate;

- cresterea temperaturii atmosferice.

Pentru remediere se procedeaza astfel:

- se stropesc suprafetele cu spuma cu apa uzata epurata;

- se adauga antispumanti in cantitatii mici, in apa uzata cu care se stropeste sau se construieste o retea de stropire cu antispumanti;

- se mareste cantitatea de namol recirculat.

Amorsarea este considerata incheiata la atingerea concentratiei de namol activ si a randamentelor de epurare prescrise.

2. Tratarea namolurilor

Namolul evacuat din constructiile pentru sedimentare si fermentare are foarte mare umiditate, deoarece in cursul evacuarii din asemenea constructii nu este, in mod obisnuit, posibil sa se realizeze o buna separare a apei din namolul care s-a depus sau care s-a colectat. Indeosebi cantitatea de apa evacuata o data cu namolul creste, atunci cand aceasta operatie se face prin pompare. Insa, cantitati mari de apa in namolul proaspat implica cresteri ale capacitatii de fermentare si de deshidratare.

2.1. Ingrosarea namolului

Pentru reducerea rationala a capacitatilor de deshidratare, namolul este supus unor operatii menite sa reduca umiditatea, fara a-i modifica complet starea fizica, ramanand in continuare fluid si pregatindu-l pentru deshidratare; aceste operatii sunt numite ingrosarea (concentrarea) namolului. Ingrosarea namolului se poate realiza prin urmatoarele procedee: amestec cu namoluri uscate, concentrare mecanica, fermentare, flotatie si elutriere (spalare), ultimele doua procedee aplicandu-se indeosebi acolo unde tratarile anterioare ale namolului impun si o anumita conditionare a calitatilor lor chimice.

Amestecul cu namoluri mai uscate. Asemenea operatii se practica in mod curent prin trimiterea namolului cu umiditatea de 99,6[%] din decantoarele secundare, finale, in decantoarele primare unde se amesteca cu namol cu umiditatea de 94,5-95,5[%], inainte de a fi trimis la fermentare. Prin aceasta, pe langa o mai buna sedimentare in decantorul primar, se obtine o reducere a concentratiei de namoluri mai mare decat ar rezulta din media celor doua umiditati. Aceasta se datoreaza faptului ca particulele de namol activ adsorb particulele mici, nesedimenatabile, din apele uzate, actionand astfel ca un filtru suspensional. Experienta arata ca insasi fermentarea amestecului de namol se face mai bine decat a fiecarui namol component in parte.

Concentrarea mecanica. Namolul activ in exces trebuie, in mod obligatoriu, concentrat inainte de a fi trimis in decantoarele primare sau spre fermentare. Concentrarea namolului se face in concentratoare numite si ingrosatoare de namol care sunt bazine de sedimentare verticale sau radiale. Din bazinele radiale - concentratoare, namolul se evacueaza prin intermediul unor palnii sugatoare fixate pe bratele podului cu razuitoare, care se roteste cu aproximativ o rotatie pe ora. Namolul din fata palniilor este putin comprimat, in timp ce, in spatele lor, se formeaza o brusca depresiune, suficienta insa pentru a provoca o aspirare prin fata palniei; in continuare, presiunea hidraulica din decantor impinge namolul pe un tub colector de unde este evacuat.

Fermentare. Prin fermentarea alcalina, se modifica starea de gel-coloidal a namolului, iar cantitatea de substante organice se reduce pana la 40-50[%]. Prin aceste procese, volumul de namol se reduce cu 25-40[%] fata de volumul initial.

Flotatia. Flotatia consta din producerea, in masa de namol, a unor bule de gaze ce antreneaza particulele de namol spre suprafata lichidului si care formeaza un strat de suprafata cu umiditate mai redusa decat masa din care provin; cand particulele solide au o greutate specifica apropiata de unitate, ele pot fi separate din lichid prin flotatie, economic mai avantajos decat prin sedimentare. Bulele de gaz pentru flotare pot fi produse prin aerare, prin adaos de substante chimice si prin actiuni biologice.

Flotatia prin aerare se poate realiza prin diferite procedee. La primul procedeu se face aerarea prealabila a namolului cu cantitati de 0,2-0,3[m³aer/m³apa] sau namol si introducerea namolului astfel aerat in rezervoare unde se produce un vacuum de 225[mm Hg], timpul de flotatie fiind de 10-20[min]. Un al doilea procedeu este cel de aerare prin presiune, prin care namolul este pompat la 4[at] in rezervoare o data cu aerul introdus prin injectare in conducta de aspiratie; aerul se dizolva in namol si prin destinderea in rezervor se produc bule care floteaza particule solide. Al treilea procedeu consta in amestecarea namolului activ cu namol fermentat ce a fost partial aerat pana la nitrati. La sedimentare, azotul liber produs prin denitrificarea inceputa se degajeaza antrenand particulele de namol.

Flotatia prin substante chimice urmareste tratarea care produce bule de gaze in namol sau adaugarea de substante chimice care produc coagularea namolului; procedeul este avantajos in special pentru namoluri bogate in grasimi. Flocoanele relativ insolubile, ce se formeaza, aglomereaza particulele in suspensie si pe cele coloidale; umiditatea namolului se reduce pana la 88-90[%]. Se folosesc in acest scop: acid sulfuric, alaun, sulfat de fier si cloruri de fier cu sau fara adaos de var. Flotatia biologica consta in formarea bulelor de gaz prin actiunea bacteriilor.

Spalarea (elutrierea). Elutrierea este definita drept un procedeu de reducere a alcalinitatii namolului fermentat prin diluare cu ape de alcalinitate mai redusa in vederea reducerii consumului de coagulanti solicitati de deshidratarea namolului prin vacuum-filtre; amestecul diluat sedimenteaza in decantoare. Procedeul considera ca ingrosarea namolului fermentat este franata de apa de namol concentrata si de catre de bulele de gaze prinse de substantele organice, iar printr-o spalare corespunzatoare se reduce alcalinitatea apei de namol, se precipita partea din sarurile continute si se elibereaza bulele de gaze permitand sedimentarea particulelor solide din namol, ingrosandu-l. Spalarea se face cu apa epurata in statie, timp de numai 20[sec], amestecul fiind agitat mecanic cu sau fara aerare, si sedimentat; namolul ingrosat este condus spre alte tratari iar apa rezultata este trimisa la decantorul primar.

2.2. Deshidratarea namolurilor

Namolurile fermentate contin inca mari cantitati de apa, umiditatea lor ajungand pana la 98[%], din care cauza sunt greu de manipulat pentru incarcare si transport. Uneori, ele se pot pompa in haldele de steril sau in depresiuni ce servesc drept loc de depozitare finala. In mod obisnuit, namolurile trebuie transportate cu vehicule la locurile de valorificare sau depozitare finala. In prealabil ele sunt supuse unei deshidratari inaintate, chiar in statia de epurare, prin aceasta volumul lor reducandu-se foarte mult. Deshidratarea se poate realiza prin urmatoarele procedee:

naturale, de evaporare si drenare;

artificiale, mecanice statice, dinamice si termice.

2.2.1. Deshidratarea prin metode naturale

Deshidratarea prin metode naturale este in prezent metoda cea mai larg raspandita deoarece simplitatea de constructie, utilajul redus si munca practic necalificata, necesare in exploatare o fac accesibila in mai toate situatiile. Utilizarea acestei metode este limitata in special de lipsa de spatiu care poate fi afectat acestor constructii si de eficienta economica. Metoda este utilizata in special acolo unde namolul fermentat se foloseste in agricultura astfel incat calitatile lui nu trebuie alterate prin folosirea unor substante chimice ce sunt necesare la deshidratarile mecanice. Principiile de baza ale metodei iau in considerare faptul ca in rezervoarele si bazinele de fermentare se trimite la deshidratare namolul situat la partea inferioara a acestora; acolo gazele se afla sub presiune. Cand namolul este scos in aer liber, gazele aflate sub presiune precum si cele care continua sa se degaja, tind sa se ridice la suprafata si odata cu ele, se ridica si substantele solide ce in mod normal au tendinta contrara, de a se depune; astfel, se separa un strat de lichid relativ limpede care ramane la fund si care poate fi drenat. Operatia de deshidratare se poate face in iazuri de namol si pe platforme de uscare a namolului.

A.     Iazurile de namol sunt constructii in care se introduce namolul pentru fermentare, deshidratare sau depozitare finala pe timp nedefinit. Iazurile de namol constituie in general o solutie putin obisnuita pentru fermentarea namolurilor, deoarece necesita suprafete mari.Ca urmare a fermentarii in aer liber si a imposibilitatii controlului asupra mersului acestei fermentari, produc mirosuri neplacute si constituie o sursa de infectii pentru mediul inconjurator; ele pot constitui insa solutii intermediare pana la construirea unor instalatii avantajoase pentru fermentarea namolurilor. In parte, mirosul poate fi redus ingrijind ca namolul sa fie sa fie in permanenta acoperit de apa si sa nu se distruga crusta ce se formeaza la suprafata.

Iazurile de namol se asociaza, uneori, cu bazinele de sedimentare in care se introduce apa uzata, putand astfel servi in urmatoarele scopuri :

pentru fermentare separata si deshidratare, in care caz namolul este lasat 1-2 ani si apoi evacuat spre valorificare sau depozitare finala;

in asociatie cu iazurile biologice, acelasi bazin servind pentru oxidarea si fermentarea apei uzate si a namolului;

drept bazine de deshidratare, din care namolul este extras periodic; namolul uscat astfel, timp de 2 ani, isi reduce umiditatea pana la 70[%];

pentru fermentare, deshidratare si depozitare finala; cand s-a umplut, iazul se paraseste, construindu-se o alta instalatie corespunzatoare.

Constructia iazurilor se realizeaza in depresiuni sau prin indiguirea terenurilor destinate depozitarii namolului pentru fermentare. Adancimea iazurilor se face cat mai mare, dupa posibilitati, insa de cel putin 2[m], astfel incat sa se creeze cat mai mult spatiu pentru depuneri. Este recomandabil sa se aleaga un teren in panta, astfel incat sa se evite pomparea. Cand iazul de namol serveste la deshidratare, apa de namol se evacueaza prin pompare, prin gravitatie, prin stavile si canale de drenaj.   

B.     Platforme pentru uscarea namolului. Aceste platforme constau din terenuri amenajate prin indiguire cu diguri de pamant de aproximativ 1m latime sau garduri de beton armat in care se depoziteaza namolul fermentat sau chiar si nefermentat, cand conditiile igienico-sanitare o permit. Separarea namolului de apa incepe sa se produca din prima zi si continua 1-2 saptamani; namolul deshidratat prezinta la suprafata fisuri care, in cazul unui namol bine fermentat sunt putine si inguste, namolul nu miroase urat si nu atrage mustele, in timp ce un namol insuficient fermentat sau cu adausuri chimice prezinta crapaturi largi, miroase urat si abunda in muste. Namolul depus se deshidrateaza in mod natural si astfel uscat este transportat la locul de depozitare finala sau pentru valorificare.

Alcatuire: platformele se fac descoperite in aer liber, in unele cazuri, cu totul izolate, se poate justifica si acoperirea lor, ca de exemplu in localitatile de munte cu zapezi abundente si lungi perioade de inghet. Forma in plan a platformelor se face diferita, in functie de sistemul de incarcare (manual/ mecanic), in vehicule, cum si de transportul namolului deshidratat cu vagoane sau cu autocamioane. La incarcarea manuala si la incarcarea in vagonete, platformele se fac rectangulare cu latimea de 5[m] impuse de posibilitatea incarcarii dintr-o singura aruncatura de lopata. La incarcarea mecanica si evacuarea cu autovehicule, forma in plan poate fi oarecare, in general patrata. Evacuarea apelor de pe platforme se face in mod natural sau cu prevederea unui strat drenant artificial la contactul cu solul, sau alt mod de canalizare dupa cum pamantul de fundatie permite infiltrarea apelor separate din namol sau este insuficient permeabil. platformele se fac cu strat drenant artificial atunci cand pamantul de fundatie are permeabilitatea redusa, sau cand nivelul apelor freatice se gaseste la o adancime mai mica decat 1,25 [m] si numai cand solutia va rezulta avantajoasa in comparatie cu cea de coborare artificiala a nivelului apelor freatice .

Drenajul artificial se executa dintr-un strat de sustinere din zgura, pietris sau piatra sparta in grosime de 0,2[m], peste care se aseaza un strat de pietris sau nisip mare, in grosime de 0,2[m]. In stratul se sustinere se ingroapa tuburi de drenaj cu diametrul interior de 75[mm], montate cu panta de 0,002, la distanta de 4-6[m] (cate unul in axul fiecarei platforme, sau dupa necesitate) si la adancimea de 1,2[m]. Drenajele se continua in afara platformelor, legandu-se prin camere cu vane la o retea colectoare a apelor din namol. La pamanturi de fundatii sensibile la inmuiere, trebuie realizat un strat impermeabil din argila bine batuta, plastica, in grosime de 20-30[cm], sau din beton de 10-15[cm] grosime. Distribuirea namolului la platformele lungi, se face prin tuburi cu diametrul de 150[mm] iar la cele scurte, unde panta necesara de 0,001 nu impune denivelari mari, prin jgheaburi. Din jgheaburi sau canale de aductie, namolul cade pe platforma prin jgheaburi de descarcare. In apropierea platformelor, se prevede o sursa de apa pentru spalarea din timp in timp a jgheaburilor si a canalelor.

2.2.2. Deshidratarea artificiala

A. Deshidratarea prin procedee mecanice statice

Se utilizeaza in general pentru statii de tratare ce deservesc peste 100000 locuitori. Supunand namolul diferitelor actiuni mecanice de compresiune sau depresiune este indepartata in mare masura apa libera existenta intre particulele solide; pentru a reduce apa legata coloidal si capilar, namolul trebuie tratat cu coagulanti. Dispozitivele in care se realizeaza aceste actiuni sunt filtrele vacuum, filtrele cu presiune si cele presa.

Filtrele vacuum. Namolurile trebuie sa fie de obicei, in prealabil, tratate cu coagulanti spre a se rupe legaturile intre particulele solide si apa din compozitia lor. Filtrele vacuum se fac in forma de disc, taler sau tambur. Un astfel de filtru consta dintr-un cilindru imbracat cu plasa metalica sau din materiale plastice. Cilindrul este impartit in sectoare izolate intre ele si se roteste cu o rotatie la 4-5[min], intrand cca. 1/5, 1/4 in baia in care este adus namolul fermentat. In camerele ce intra in baie, se produce un vacuum de 30-400[mmHg], care provoaca prinderea unei pojghite de namol de 5-20[mm] grosime. Vacuumul continua si dupa ce cilindrul a iesit din baia de namol, provocand absorbirea si deshidratarea namolului.

Fig.2. Filtru vacuum

Cand compartimentele pe care s-a prins namolul au ajuns spre finele unei curse a tamburului, in ele se introduce aer sub presiune (cca. 1-2 at.), care provoaca desprinderea turtei; aceasta este indepartata prin trecerea peste un cutit cilindric. Apa absorbita prin cilindru este trimisa in decantoarele primare. Dupa o functionare 30-40[h], filtrele trebuie spalate cu apa, iar daca s-a imbacsit cu hidrat de fier, spalarea trebuie efectuata cu solutie inhibatoare si apoi din nou cu apa, spalarea durand cca. 30-40[min]. Deshidratarea cu filtre vacuum prezinta dezavantajul ca turtele de namol intra repede in putrefactie (dupa 400-600[h]), aceasta durata putand fi sporita cu cca. 30[%] prin adausul de acid oxalic sau spalarea timp de 30[min] a filtrelor dupa fiecare utilizare. Durata de intrebuintare a unei panze filtrante este de 900-2000[h], iar exceptional, la tesaturi din mase plastice, 3000[h].

B.     Deshidratarea prin metode dinamice

Deshidratarea prin metode dinamice prezinta avantajul fata de metodele statice ca nu necesita coagulanti, iar consumul de energie este ceva mai redus; prezinta insa mari dezavantaje prin faptul ca extractia de substante mai fine de namol este nesatisfacatoare, astfel incat procedeul are nevoie de inca o tratare ulterioara. In acest mod de deshidratare se folosesc centrifuge, filtre sita.

Centrifugele supun namolul unei rotiri puternice, necesitand pentru reducerea umiditatii de la 98 la 86[%] un debit de 10 [m³/h]. Particulele mai grele sunt azvarlite mai departe, astfel incat pe perete se concentreaza particule de namol, alcatuind turtele, iar in centrul camerei ramane apa care se evacueaza. Turtele se razuiesc de pe peretii centrifugei in perioada de intrerupere a centrifugarii. Centrifugele elimina numai cca. 50[%] din substantele in suspensie, de aceea ele necesita inca o tratare ulterioara.

Filtre - sita. Filtrul - sita consta dintr-ul tambur pe care se afla o sita filtranta. Pe acest tambur, care se roteste, namolul ia forma unui cilindru de namol asemanator modului de formare a bulgarilor de zapada. Bulgarii sunt supusi unei a doua trepte de deshidratare.

C.    Deshidratarea prin metode termice

Metodele termice de deshidratare supun namolul unor temperaturi de cca. 300[°C]. Vaporii rezultati din deshidratare sunt introdusi in camere separate si spalati sau supraincalziti pana la 700[°C], astfel incat sa se elimine mirosul. Pentru incalzire se foloseste carbune, pacura, gaz metan, sau gaze obtinute prin fermentarea namolului, in general consumandu-se cca. o tona de carbuni pentru 6 tone apa scoasa din namol. Deshidratarea prin metode termice este folosita pentru reducerea umiditatii pana la 10 - 15[%].

D. Deshidratarea prin metode biologice

Deshidratarea prin metode biologice este folosita rar, in cazul unor conditii speciale sau in amestec cu gunoiul menajer; ea se realizeaza in gramezi sau impreuna cu compostarea gunoiului.

Deshidratarea in gramezi. Namolul fermentat si concentrat la cca. 80[%] umiditate, este deshidratat pe platforma; apoi este depozitat in gramezi unde dezvolta o temperatura de 70[⁰C] prin care se usuca pana la umiditatea de 10[%]. Procedeul impune masuri sanitare corespunzatoare din cauza mirosului si a mustelor.

Compostarea in comun cu gunoiul menajer. Namolul deshidratat in prealabil in filtre vacuum este amestecat cu gunoiul menajer si introdus intr-un tambur biostabilizator unde este tinut timp de 1 zi la temperatura de 120[°C]. In unele sisteme, in acelasi tambur se produce si maruntirea. Amestecul este apoi triat si depozitat in gramezi de 1,5[m] inaltime unde isi continua fermentarea aeroba cateva zile, devenind un bun ingrasamant cu umiditatea de 70[%].

Producerea, stocarea si utilizarea gazului fermentare

Cinetica fermentarii anaerobe este dependenta de o serie de factori cum ar fi: pH-ul, temperatura, amestecarea namolului proaspat cu cel fermentat, agitarea namolului in rezervoarele de fermentare, prezenta nutrientilor si a unor substante toxice, etc. Din considerente tehnico - economice, in practica se alege domeniul mezofil de fermentare, cu temperatura optima de 35[°C]. Utilizarea gazului de fermentare asigura o autonomie energetica a instalatiei .

Cantitatea de substanta solida uscata in namol depinde de provenienta acestuia: primar, in exces, etc., si variaza intre 1 . .10[%] pentru cel rezultat de la ingrosator. Un namol bine fermentat contine intre 40 . 50[%] substante solide organice volatile. Experimentarile efectuate pe plan mondial asupra procesului de fermentare anaeroba au condus la urmatoarele concluzii:

a)     1 kg de substanta uscata contine 0,67 [kg] de substanta uscata volatila;

b)     dintr-un kg de substanta uscata volatila rezulta 0,713[kg] de gaz de fermentare;

c)     1 kg de gaz de fermentare are urmatoarea compozitie masica: 0,4[kg] metan si 0,6 [kg] bioxid de carbon, sau, volumica: 65[%] metan si 35[%] bioxid de carbon. Asadar, dintr-un kg de substanta uscata rezulta 0,19[kg] metan, sau volumic 0,415[m³]. Puterea calorica a gazului este de cca. 21000 . 26300 [kJ/m³].

1. Metantancuri

Metantancul este un rezervor inchis in care se introduce namol in scopul stabilizarii anaerobe si a producerii gazului de fermentare. Constructiv, metantancul este realizat sub urmatoarele forme:

a)    

bazin de fermentare de mica incarcare, rar utilizat, alimentat la intervale relativ scurte de timp si amestecat in mica masura numai de bulele de gaz care se degaja; in timpul functionarii apare o stratificare: crusta in cantitate mare, apa de namol; continutul metantancului fermenteaza in domeniul criofil (neincalzit);

b)     bazin de fermentare de mare incarcare (fig.4.) caracterizat prin alimentare continua, cu incalzire si amestecare prin convectie fortata;

c)     bazin de fermentare in doua trepte alcatuit dintr-un rezervor initial de fermentare, cu incalzire si convectie fortata, in care se produce si se colecteaza gazul, si bazinul secundar in care procesul de stabilizare se continua in mod natural fara a fi ajutat cu alte mijloace.

In general, bazinele de fermentare de mare incarcare se cupleaza cate doua, avand intre ele camera de manevra unde se concentreaza pompele de circulatie, schimbatoarele de caldura, colector-distribuitorul, reteaua de conducte si armaturi corespunzatoare. Automatizarea functionarii metantancului se refera la pornirea si oprirea dispozitivelor de amestec, recirculare, incalzire etc. Echipamentul mecanic al bazinului de fermentare este destinat amestecarii cu scop de omogenizare (nu se foloseste in domeniul criofil) recircularii interioare cu scop de distrugere a crustei si redizolvare a spumei, recircularii exterioare pentru incalzirea namolului, inmagazinarii gazelor de fermentare intr-un rezervor cu clopot. Debitul echipamentului pentru recirculare interioara se alege astfel incat volumul metantancului sa fie vehiculat de 2 . 3 ori pe zi. In general, dispunerea elementelor active se face astfel incat sa se asigure o miscare descendenta la centru si ascendenta la periferia metantancului.

2. Captarea gazului de fermentare

Captatorul, executat sub forma unui clopot cilindric vertical mobil sau fix, se amplaseaza in punctul cel mai inalt al bazinului de fermentare. El are rolul de a colecta gazul rezultat din proces eliminand pericolul exploziei. In zona superioara se monteaza o supapa de siguranta cu inchidere hidraulica care limiteaza presiunea gazului la 180 . 220[mm H₂O]. Pentru decantoarele cu etaj de mari dimensiuni, se colecteaza gazul de fermentare intr-un clopot imersat la cca. 300[mm]. Gazele, dupa ce sparg crusta formata la suprafata namolului, sunt dirijate catre clopot. Din clopot, datorita usoarei supradimensiuni data de diferenta de nivel hidrostatic, ele sunt dirijate spre utilizator prin conducta de gaze.

La metantancuri se folosesc captatoare de gaze sub forma de clopot mobil, cu inchidere hidraulica. Dezavantajul principal il constituie pericolul inghetarii lichidului din exteriorul clopotului in perioada temperaturilor scazute. La metantancurile de mare incarcare captatorul de gaze se executa sub forma unui turn solidar cu capacul metalic, amplasat cu 1 . 1.2[m] peste nivelul namolului. La cilindrul metalic vertical fix se racordeaza stutul conductei de gaz spre rezervorul independent exterior.

Recircularea interioara cu hidroelevator. Echipamentul mecanic pentru recircularea namolului se compune din hidroelevator, retea de conducte si pompa pentru circulatie exterioara racordata la partea inferioara a metantancului. Hidroelevatorul este amplasat in zona superioara astfel incat sa se asigure antrenarea crustei si spumei odata cu namolul aspirat. Actualmente metoda nu este recomandata datorita urmatoarelor dezavantaje:

a)     randament energetic redus;

b)     suspensiile cu dimensiuni mari, din namolul primar, pot infunda duza sau pompa;

c)     in sistem trebuie asigurate viteze mai mari, corespunzatoare hidrotransportului.

Recircularea interioara cu dispozitiv de stropire. Echipamen-tul mecanic se compune dintr-o pompa exterioara racordata la partea inferioara a metantancului, retea de conducte, dispozitiv de stropire rotitor (brasaj) antrenat din exterior cu un grup motoreductor la 8 . 10 [rot./min] (fig. 4.4.). Sistemul asigura stropirea stratului superficial (crusta - spuma), favorizand degajarea bulelor de gaz. Pompa este utilizata pentru vehicularea namolului prin schimbatorul de caldura si pentru stropire prin dispozitivul de brasaj in scopul distrugerii spumei. Sistemul are dezavantajul ca pompa de recirculare, dimensionata pentru invingerea rezistentei hidraulice prin conducte si schimbatorul de caldura, trebuie sa functioneze continuu, chiar daca nu este nevoie de incalzire .

Fig Dispozitiv    de spargere a crustei prin stropire (brasaj):

1 - motoreductor ; 2 - dispozitiv de stropire rotitor ; 3 - capac de vizitare.

Recircularea interioara cu gaz-lift . Echipamentul mecanic pentru recirculare gaz-lift este alcatuit dintr-un agregat pentru comprimarea gazului, conducte, si un dispozitiv cu duze pentru dispersie. Barbotarea continutului vasului de fermentare cu gaz propriu conduce la o buna omogenizare. Debitul de gaz necesar barbotarii este de 1 . 1.5[m³/min si m² de suprafata]. Dezavantajul sistemului consta in consumul de energie suplimentar pentru comprimarea gazului precum si masurile speciale ce trebuie luate la vehicularea acestuia.

Recircularea mecanica interioara. Amestecatorul mecanic intubat (pompa) cu spirala sau axial este larg utilizat la metantancurile incalzite care functioneaza cu nivel constant obligatoriu. Echipamentul mecanic se amplaseaza pe verticala, in centrul metantancului, cu motorul electric deasupra capacului metalic al acoperisului. Rotorul elice sau spirala, amplasat la partea superioara a tubului central, este imersat la 300[mm] in stratul de namol. In functionare, el aspira apa de namol, antrenand pe aceasta cale crusta si spuma formata la suprafata, o impinge in jos prin tubul vertical si asigura miscarea de circulatie. Turatia rotorului este de 750[rot/min] realizata prin cuplarea directa a acestuia pe axul electromotorului avand puterea de 1,1 . 1,5[kW]. Diametrul rotorului este de 200 . 265[mm]. Tubul vertical de circulatie este centrat in metantanc prin suportul de ghidaj montat in acoperis si sustinut de picioare rezemate pe radier.

Spre deosebire de celelalte sisteme de recirculare, acesta impune mentinerea constanta a nivelului. Evacuarea namolului fermentat se face prin dispozitiv de prea-plin. Cresterea nivelului in scopul deversarii se realizeaza prin introducerea namolului proaspat.

Recircularea exterioara a metantancului. Echipamentul mecanic pentru recirculare exterioara este alcatuit dintr-o electropompa de namol, schimbatorul de caldura si reteaua de conducte. Racordul de aspiratie se face in partea inferioara, iar cel de refulare spre zona superioara. Rolul principal al acestuia este de a asigura energia termica necesara desfasurarii procesului de fermentare in domeniul mezofil. Pentru cazul realizarii conditiei de omogenizare a continutului, aspiratia se face din mai multe puncte situate in diferite puncte ale cuvei. In aceasta situatie, cand nu este necesara o cantitate de energie termica suplimentara, reteaua de conducte are posibilitatea de a elimina din circuit schimbatorul de caldura. Se recomanda utilizarea echipamentului mecanic pentru circulatie exterioara concomitent cu cel corespunzator recirculatiei mecanice interioare.

4. Instalatii de incalzire a namolului

Incalzire namolului se poate face prin metode directe de contact cu sursa calda introdusa in metantanc, sau, indirecte, prin schimbatoare de caldura cu circulatie exterioara fata de cuva.

Incalzirea directa se realizeaza prin:

a)     injectare de abur sau apa calda in zona adiacenta a radierului cuvei; apa sau condensul se evacueaza in exterior prin conducta apei de namol; eficienta metodei este de cca. 60[%] pentru injectie de apa calda; introducerea directa a aburului a dat bune rezultate, dar solutia nu este intotdeauna aplicabila economic deoarece este necesara dedurizarea apei, apar zgomote, etc.;

b)     conducte cu apa calda montate in interiorul cuvei, pe esafod, sau langa radier si pereti; eficienta metodei este de cca. 80[%];

c)     arderea gazului de fermentare in arzatoare deschise sau camere speciale de combustie, submerse, cu difuzia gazelor calde in masa namolului din cuva. Eficienta totala a instalatiei este de cca. 85..90[%];

d)     incalzirea namolului care intra in bazin, in zona radierului, cu vapori sau cu schimbator de caldura in contracurent.

Incalzirea namolului in schimbatoare de caldura este metoda cea mai raspandita. Schimbatorul de caldura exterior se construieste sub forma unui recipient de namol, in interiorul caruia, in plan vertical este o spirala prin care circula apa calda la o temperatura de maxim 68[°C]. La temperaturi mai mari ale apei sau la incalzirea cu vapori s-ar produce prajirea namolului si formarea crustelor arse. Capacul frontal al recipientului se rabate in plan orizontal ceea ce permite vizitarea si curatirea spiralei. Namolul incalzit este refulat in bazinul de fermentare.

5. Rezervor de gaz (gazometru)

Bazinele de fermentare de mica incarcare, au acoperisul plutitor, acesta constituind rezervorul de inmagazinare. Pentru metantancuri de mare incarcare, cu acoperis fix, gazele de fermentare sunt inmagazinate in rezervoare independente. Rezervorul de gaz independent se executa din doua parti: cea inferioara, fixa, de forma circulara, executata din beton izolat hidrofug, si cea superioara, plutitoare, de forma tot circulara, executata din tabla sudata. Cele doua parti, asamblate, formeaza un spatiu inchis (fig. 5.), etansat hidraulic, util pentru stocarea gazului de fermentare. Clopotul metalic este ghidat lateral prin sine, sudate elicoidal pe exteriorul cilindrului metalic, care culiseaza pe role montate in interiorul cuvei de beton.

Suprafata inferioara a clopotului, in pozitia ridicat, trebuie sa fie cu cel putin 2[m] sub nivelul minim al namolului din metantanc. Clopotul de gaze, plutitor, asigura mentinerea unei presiuni constante intre 150 . 230[mm H₂O], avand rol de compensator de debit. Rezervorul de gaz este prevazut cu limitatoare de cursa ale clopotului si cu dispozitive de siguranta contra exploziilor. Conducta de transport a gazelor se dimensioneaza pentru o viteza de cca. [4 m/s]. Ea se amplaseaza cu o panta de 1 . 2,5[%], in punctul cel mai de jos instalandu-se robinete de purjare a condensului si a impuritatilor antrenate de gaze. Pe reteaua de conducte se monteaza aparate de masura: debitmetre, manometre, etc.

Fig. 5. Rezervor de gaze:

1- clopot; 2- ghidaje; 3- role de ghidare; 4- limitator cursa superioara cu sita parascantei;

5- limitator de cursa inferioara; 6- conducta de interventie cu sita parascantei.

6. Dispozitive de siguranta

Dispozitivele de siguranta au rolul de a proteja recipientii de fermentare si stocare a gazului in cazul aparitiei suprapresiunilor sau a depresiunilor. Datorita inflamabilitatii gazelor de fermentare, deci pericolelor ce pot apare in exploatare, dispozitivele de siguranta trebuie sa functioneze corect, fara a fi afectate de variatiile de temperatura, etc. La metantanc, in cupola acestuia se amplaseaza un dispozitiv de siguranta care este conectat pe conducta de gaze, intre metantanc si gazometru. Dispozitivul, cu inchidere hidraulica asigura functionarea in urmatoarele conditii:

a)     presiune normala pe circuitul de gaze; gazul de fermentare colectat in metantanc trece direct spre gazometru;

b)     suprapresiune; gazul invinge presiunea hidrostatica a coloanei de lichid si, prin barbotare, iese afara; in acest mod, se asigura mentinerea presiunii gazului sub o anumita limita;

c)     depresiune (cazul unei productii reduse de gaz, sau a unui consum mare); in acest caz, prin coloana verticala patrunde o cantitate de aer in conducta de gaze.

Asadar, dispozitivul asigura mentinerea presiunii pe circuitul de gaze, intre doua puncte limita, maxim - minim, fie prin evacuarea gazului in atmosfera, fie prin admisia aerului. Dispozitivul este ferit de inghet, fiind amplasat in cupola metantancului. In functionare, nivelul lichidului din tubul vertical trebuie controlat periodic deoarece, in cele doua cazuri, de poate aspira sau evacua apa.

Gazometrul este protejat contra variatiilor de presiune prin doua sisteme. Clopotul de inchidere este prevazut cu un dispozitiv de siguranta care face ca recipientul mobil sa nu se atinga de fund. La temperaturi scazute, cupola coboara datorita contractiei gazelor si se sprijina pe suporti, inchizand orificiul conductei de consum. In acest mod, prin comprimarea pernei de gaz se evita aparitia depresiunii in interior, ce ar putea produce voalarea cupolei metalice. Tubul de aerisire, al doilea dispozitiv de siguranta la gazometru permite evacuarea gazului de fermentare in atmosfera, in cazul aparitiei suprapresiunilor, cand clopotul se ridica. Daca gazometrul nu este dotat cu tub vertical de evacuare in atmosfera, la suprapresiuni, gazele ar barbota pe langa cupola, prin masa de apa, modificand echilibrul acestui corp plutitor.

7. Bazine cu namol activ

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 asa numitului namol de recirculare, rezultat al decantarii efluentului bazinelor cu namol activ in decantoarele secundare.

La fel ca si filtrele biologice, bazinele cu namol activ ocupa suprafete mult mai mici, in comparatie cu campurile de irigare si filtrare; spre deosebire insa de filtrele biologice, au avantajul de a nu produce imprejurul lor miros neplacut si muste; randamentele sunt la fel de bune vara ca si iarna, si ceva superioare filtrelor biologice; nu necesita diferente mari de nivel intre intrarea si iesirea apei, dar necesita puteri importante pentru punerea in miscare a utilajelor pentru furnizarea aerului, care in cea mai mare parte sunt obtinute ca urmare a folosirii gazului din namolul fermentat anaerob.

7.1. Procesul de epurare si parametrii importanti ai acestuia

Bazinele cu namol activ au in general o forma alungita, asemanatoare unor canale, in care procesul de epurare avanseaza pe masura ce apele uzate se apropie de iesirea din bazin. Epurarea este activata, pe de o parte prin aerare, care furnizeaza oxigen si care in acelasi timp amesteca si omogenizeaza lichidul din bazin, si pe de alta parte, prin namolul de recirculare. Bazinele cu namol activ, prin forma lor alungita se preteaza foarte bine la distributia uniforma a aerului si a namolului, ceea ce face ca procesul de epurare sa se desfasoare uniform de la un capat la altul al bazinului. Deoarece nu tot namolul activ care se formeaza in timpul procesului este necesar epurarii, o parte din acesta - numit namol in exces - dupa ce este retinut in decantorul secundar, este trimis la fermentare prin intermediul decantoarelor primare.

Scheme si metode principale de functionare a bazinelor cu namol activ. Asemanator cu filtrele biologice, bazinele cu namol activ pot fi de mica si de mare incarcare.

Schema epurarii clasice - conventionale, de mica incarcare (fig. 6.) este prima schema folosita pentru epurarea apei cu namol activ. Ea a fost adoptata si incercata la Manchester in 1916, unde a fost pus in functiune primul bazin cu namol activ.

Fig. 6. Schema epurarii clasice

Schema distributiei in etape a incarcarii organice din apa si namol (fig. 7) realizeaza o distributie egala a incarcarii organice provenita din apa si namol, datorita amestecului complet care se stabileste intre cele doua categorii de influenti. Prin accesul apei sau namolului la suprafata apei din bazin se produce o aerare suplimentara a acesteia, care in acelasi timp poate contribui la distrugerea spumei produsa de detergenti sau alte substante.

Fig. 7. Schema distributiei in etape a incarcarii organice din apa si namol.

Schema epurarii in doua trepte corespunde la trecerea apei printr-o pereche de bazine de aerare si de decantare secundara. Namolul rezultat din decantarea secundara este fie inapoiat (namol de recirculare), sau indepartat (namol in exces) in cadrul fiecarei trepte, fie ca numai namolul in exces dintr-o treapta este recirculat in cealalta, de unde este apoi indepartat.

Schema de epurare cu reaerarea namolului sau a stabilizarii de contact. Reaerarea namolului din decantoarele secundare a fost prevazuta initial pentru imbunatatirea calitatii lui, in vederea recircularii. In acest scop, namolul este retinut in bazine de reaerare un timp mai indelungat pentru a-si micsora volumul sau a fi mai usor pompat. La reaerarea namolului a trebuit insa sa se adauge si hrana corespunzatoare, in acest scop introducandu-se apa de namol din bazinele de fermentare a namolului. In prezent, urmare a constatarii facute ca in bazinele de aerare o eficienta practic maxima in epurarea apei se realizeaza in primele 30-45[min], si ca o aerare mai indelungata nu este mai eficienta, se considera ca continuarea mineralizarii este mai bine sa se faca in bazinele de reaerare. Namolul din bazinele de reaerare este inapoiat in bazinele cu namol activ. In afara avantajului prezentat de volumul mic de constructie, epurarea folosind aceasta schema este avantajoasa pentru apele uzate cu un CBO₅ mare, si cand instalatia trebuie sa functioneze cu o mica incarcare organica a namolului. Dintre dezavantaje se mentioneaza in special numarul suplimentar de conducte, pompe, compresoare care trebuie instalate.

Schema epurarii apei in bazine cu namol activ de mare incarcare (fig.6.) este asemanatoare epurarii clasice, insa aici se obtine o epurare partiala a apei (60-80[%] eficienta din punct de vedere al CBO₅) prin practicarea de perioade scurte de aerare (sub 2[h]).

Schema de epurare cu aerare prelungita - oxidare totala, stabilizarea namolului; fermentare aeroba a namolului - are drept scop principal stabilizarea namolului care se formeaza in bazinul cu namol activ, ceea ce conduce la obtinerea unei cantitati mici de namol in exces.

Namolul activ. Sunt doua categorii de namoluri care intervin in functionarea bazinelor cu namol activ: namolul de recirculare, care actioneaza in bazine pentru epurarea apei si namolul in exces care este in continuu indepartat din proces. Namolul de recirculare N_r este caracterizat prin notiunile mentionate in continuare.

Procentul de materii solide in suspensie, separabile prin decantare, in volum (P_v) din bazin, sau raportul in procente dintre volumul de namol rezultat din decantarea timp de 30[min] a amestecului din bazinul de aerare, intr-un cilindru de 1[dm³] si volumul probei tot de 1[dm³]. Acest raport variaza intre 10 si 25[%], cu medie de 12[%], volumul de namol depus reprezentand 100 - 250[ml/dm³]. Acest procent reprezinta o caracteristica destul de aproximativa a concentratiei flocoanelor de namol din bazin, deoarece concentratia de materii solide in suspensie decantabile din bazinul de aerare este variabila in diferite statii, sau chiar in aceeasi statie de epurare.

Concentratia in materii solide in suspensie (separabile si neseparabile prin decantare organice si minerale) uscate in greutate (C), a amestecului din bazin, este o caracteristica care se poate stabili cu precizie in laborator..     Concentratia in procente variaza intre 0,6 si 4[%], iar in greutate intre 600 si 4000[mg/dm³], in timp ce Triebel furnizeaza limite mult mai restranse (tabelul 9.14).

Indicele namolului (I_n) numit si indexul Mohlman, reprezinta volumul flocoanelor de namol activ din bazin [ml], corespunzator unui gram de materii solide in suspensie, uscate, in greutate, la o decantare de 30[min]; acest index se calculeaza cu formula:

.

Procesul de epurare dintr-un bazin cu namol activ se desfasoara in conditii bune daca I_n = 50 . 150[ ml/g]; un namol bolnav, care a inceput sa se umfle, are un indice de 200 [ml/g] sau chiar mai mult.

Procentul de namol de recirculare P_nr, in volum, sau raportul, in procente, dintre volumul de namol de recirculare si volumul de ape uzate introduse in bazin. Pana de curand acest procent varia intre 10 si 30[%], cu o medie de 20[%], insa, odata cu introducerea reducerii timpului de aerare, acest procent a atins valori de aproximativ 100[%].

Varsta namolului indica, la fel ca si indicele namolului, daca namolul din bazin poate actiona mai bine sau mai rau in vederea epurarii apelor uzate. Fair si Geyer si apoi Gould considera ca varsta namolului reprezinta timpul mediu in care o particula in suspensie ramane sub aerare, adica raportul dintre concentratia in materii solide in suspensie uscate din amestecul din bazinul cu namol si concentratia in materii solide in suspensie ale apelor uzate, care intra zilnic in bazinul cu namol activ.

Varsta namolului activ se exprima in zile. Potentialul de oxidare a materiei organice descreste cu varsta namolului; respectiv, cu cat gradul de epurare solicitat instalatiei este mai mare, cu cat varsta namolului este mai mare.

Namolul in exces N_ex reprezinta namolul care nu mai este necesar procesului de epurare. Trecand fara intrerupere prin bazinele cu namol activ, namolul de recirculare isi mareste neincetat volumul, deoarece gaseste in permanenta hrana din apa uzata nou venita. Din materia organica adusa de apa uzata, 10[%] este distrusa in cadrul fenomenelor biologice, iar restul contribuie la formarea namolului nou; de exemplu, daca nu se elimina namolul in exces in timp de 12[h] se constata ca volumul acestuia s-a marit cu 4[%]. Cantitatea de namol in exces care este evacuata, pentru a se mentine constanta cantitatea de namol de recirculare, de obicei, este cuprinsa intre 1,5 si 3[%] din cantitatea de apa uzata care intra in bazinul cu namol activ.

Astfel, cu cat apa uzata este mai concentrata, cu atat cantitatea de namol este mai mare si respectiv si cantitatea de namol in exces. Namolul in exces nu poate fi trimis direct in bazinele de fermentare, deoarece contine mari cantitati de apa; de asemenea nici pe platformele de uscare, deoarece degaja mirosuri neplacute. De aceea, namolul in exces este trimis inaintea decantoarelor primare, de unde, dupa ce se depune impreuna cu materiile solide in suspensie, separabile prin decantare, continute in apa bruta, sunt trimise la fermentare impreuna. Amestecul celor doua feluri de namoluri contine mai putina apa si in consecinta volumul de namol este mai mic. Umiditatea amestecului este in acest caz de numai 95,5[%], fata de umiditatea namolului in exces care este de 99,3[%], iar a celui din decantoarele primare neamestecat cu namolul in exces de 95[%].

Eficienta epurarii si a namolului activ poate fi marita daca se adauga acestuia namoluri minerale inerte. Astfel, namolurile de natura argiloasa antrenate de apa de ploaie amelioreaza capacitatea de sedimentare a namolului activ; acelasi efect s-a remarcat si la sedimentarea suspensiilor in decantoarele primare. Se foloseste deseori sulfatul de fier, care are efect stimulativ asupra bacteriilor, in cantitati de 5-10[mg/dm³]; namolul astfel obtinut poseda o forta de absorbtie mai mare pentru materiile organice dizolvate, manifestand o putere de oxidare superioara si un timp de depunere mai mic in decantoarele secundare. Se poate astfel reduce timpul de aerare, si in acelasi timp, s-a observat ca namolul este mai putin sensibil la apele industriale. Azbestul in cantitati de 1000[mg/dm³] ajuta la formarea unui namol rezistent, actionand mai rapid la oxidarea materiilor organice.

Umflarea namolului este rezultatul imbolnavirii lui, si se datoreaza unei cantitati mari de apa uzata, unui timp de aerare mic, sau unor socuri produse de apele industriale ce contin substante toxice. Imbolnavirea namolului este caracterizata prin miros de oua clocite, separare dificila si tendinta de ridicare la suprafata in decantoarele secundare. Imbolnavirea namolului este cel mai bine caracterizata de indicele de namol, care ajunge la valori mari (200 - 400[ml/g]) si de viteza mica de sedimentare a namolului in decantoarele secundare.

Pentru a redresa namolul se procedeaza la:

marirea cantitatii de aer;

reducerea cantitatii de namol de recirculare si marirea cantitatii de namol in exces, cu scopul de a forma un nou namol;

diluarea influentului cu apa curata sau de ploaie;

adaugarea de clor sau de coagulanti in decantorul secundar;

introducerea de substante hranitoare (fosfor si azot);

trimiterea unei parti din efluentul decantoarelor primare direct in efluent.

Oxigenul necesar (O_n). In statiile de epurare prevazute cu aerare pneumatica, aerul, respectiv oxigenul, este alimentat prin difuzoare care sunt asezate sub nivelul apei, realizandu-se asa numita aerare prin bule; in cele prevazute cu aerare mecanica, oxigenul este introdus in apa prin actionarea aeratoarelor, realizandu-se asa numita aerare de suprafata.

In ambele tipuri de aerare trebuie asigurata o cantitate de 1-3 [mg/dm³] oxigen in toate partile bazinului de aerare. Valori de peste 3 [mg/dm³] apar ca nejustificate chiar pentru ape uzate concentrate provenite de la unele industrii. In urma cercetarilor si a datelor culese din exploatare, s-a stabilit ca la intrarea in bazin consumul de oxigen este mai mare decat la iesire; de aceea se recurge la aerarea treptata, care presupune introducerea unei cantitati variabile de aer de-a lungul bazinului.

Capacitatea de oxigenare CO. Viteza de dizolvare a oxigenului in apa este in general mare, viteza de difuzare fiind insa foarte redusa. Prin aceasta notiune se intelege cantitatea de oxigen [g O₂] care se poate introduce intr-o ora in 1[m³ apa curata] la temperatura de 10[⁰C], la presiunea atmosferica normala de 760[mm H₂O] si la o absenta completa de oxigen. Capacitatea de oxigenare se stabileste fie folosind valori aproximative (de obicei dublu cat oxigenul necesar), fie se stabileste in mod practic prin determinari de laborator sau de teren.

Durata de aerare. Durata de aerare t_a [h], variaza in raport cu numerosi factori, dintre care se mentioneaza: CBO₅ al apelor care intra in bazinul cu namol activ si gradul de epurare necesar la epurarea biologica.

Incarcarea organica a bazinului si a namolului:

Incarcarea organica a bazinului I_ob[kg CBO₅/m³ bazinzi] reprezinta cantitatea de CBO₅ [kg] care poate fi indepartata intr-un metru cub bazin si zi. Aceasta incarcare variaza in functie de gradul de epurare solicitat epurarii biologice, de timpul de aerare, de cantitatea de namol de recirculare, de concentratia de materii in suspensie, etc. Incarcarea organica a namolului I_on [kg CBO₅/kg materii solide in suspensiezi] reprezinta cantitatea de CBO₅ [kg] care poate fi indepartata de 1[kg] materii solide in suspensie, pe zi, din bazin; ea depinde in mare masura de gradul de epurare solicitat, precum si de o mare parte din factorii mentionati mai inainte. Incarcarea hidraulica a bazinului I_h[kg apa uzata/m³ bazin zi] reprezinta raportul dintre cantitatea de apa introdusa in bazinul de aerare si volumul bazinului de aerare; ea depinde de gradul de epurare necesar.

Eficienta epurarii biologice sau gradul de epurare realizat de complexul bazin de aerare - decantor secundar depinde de toti parametrii principali de functionare ai bazinelor de aerare.