ECOTERRA Journal of Environmental Research and Protection

Transcription

1 ECOTERRA Journal of Environmental Research and Protection Reducerea concentraţiei de amoniu în staţiile de epurare a apelor uzate aferente aşezărilor rurale. Studiu de caz: staţia de epurare Crăciunelu de Jos, jud. Alba Maria Someşan, Daniela Ignat, Marioara Şandru, Vasile Ciuban S.C. ICPE Bistrita S.A., Bistriţa. Autor corespondent: M. Someşan, icpe@icpebn.ro Abstract. The reduction of ammonia concentration in wastewater treatment plants afferent to rural localities. Case study: wastewater treatment plant Crăciunelu de Jos, Alba county. The village Crăciunelu de Jos has 00 inhabitants from which 80% have drink water and sewage. At wastewater treatment plant going out, the waters will be evacuated in Tarnava river, situated at 00 m distance for plant. The sewage treatment plant in Crăciunelu de Jos uses primary, secondary and tertiary treatment units for treating predominantly domestic sewage. At evacuation from wastewater treatment plant, the water must respect the norm NTPA 001/005. Used water treatment plant is planned to process the following wastewater flowrate: 19.5 m 3 /zi. The raw sewage is characterized by high ammonia concentration, high P, low BOD. For denitrification reaction is necessary C:N:P 100:5:1 ratio. For carbon contribution we used starch, alcohol, glucose, vinegar. The best option was industrial alcohol because it has high BOD. High ammonia meeting in this case is specific for all rural localities because of low consumption of water. Key Words: high ammonia, wastewater, secondary treatment. Introducere. Prezenta lucrare se referă la o staţie de epurare ce deserveşte localitatea Crăciunelu de Jos, judeţul Alba (Figura 1). Localitatea are în prezent.00 locuitori care beneficiază de o acoperire de 80% a distribuţiei de apă potabilă şi canalizare. Apele epurate vor fi evacuate în râul Târnava, situat la circa 00 m de staţia de epurare a apelor menajere. La evacuarea din staţia de epurare, apele trebuie să respecte normativul NTPA001. Staţia de epurare este prevăzută a prelucra următoarele ape uzate cu debite cuprinse între Q med = 19,5 m 3 /zi şi Q max = 145 m 3 /zi Decantor primar vertical;. Treapta biologică anoxică; 3. Treapta biologică aerobă; 4. Decantor secundar vertical; 5. Instalaţie de deshidratare nămol; 6. Scara de acces;. Îngroşător nămol; 8. Container modul Research and Protection, 01, no. 3. Figura 1. Modul de epurare. 35

2 Principalele faze ale procesului de epurare sunt: acumularea, egalizarea, omogenizarea; tratarea fizico-mecanică pentru reducerea suspensiilor şi a fosforului în exces; tratarea biologică reducerea carbonului organic si a azotului; dezinfecţia apei epurate cu ozon; îngroşarea şi deshidratarea nămolurilor rezultate [1,, 3]. Conform NTPA 00 azotul din amoniu, la intrarea în staţia de epurare trebuie să aibă o concentraţie de 30 mg/l, iar la evacuare 3 mg/l. În cazul nostru concentraţiile amoniului inţial sunt cuprinse între mg/l. Îndepărtarea biologică a nutrienţilor din apa uzată. Epurarea secundară treapta biologică are ca obiective îndepărtarea substanţelor organice solubile, în stare coloidală sau de suspensii fine care nu ar putea fi reţinute în treapta fizică şi a celor adăugate special precum nămolul activ [4]. Procesele biologice de epurare se bazează pe activitatea metabolică a unor grupe de microorganisme care mineralizează substanţele organice până la dioxid de carbon şi apă în prezenţa unor elemente nutritive. Metoda tipică este utilizarea metabolismului celular al unei populaţii mixte de bacterii şi protozoare formate în nămolul activ sau în pelicula biologică ataşată unor suprafeţe solide din biofiltru. Eficienţa de separare este de 80-95% pentru încărcarea organică exprimată în CBO 5, 90-99% coliformi fecaloizi şi bacterii, circa 10% pentru compuşii pe bază de azot şi fosfor [5]. Epurarea terţiară îşi propune să finiseze procesele de epurare, fiind destinată îndepărtării compuşilor pe bază de azot şi fosfor elemente chimice nutritive care contribuie la eutrofizarea bazinelor naturale, a altor poluanţi specifici existenţi în masa de apă în suspensie, a CBO 5 ului rămas şi a nămolului activ în procesul de aerare extinsă. Metodele tipice sunt adecvate fiecărui tip de poluant. De exemplu, îndepărtarea fosforului prin procesul chimic de precipitare-coagulare-floculare conduce la reducerea acestuia cu 80-90%. Pentru eliminarea compuşilor pe bază de azot se poate folosi fie striparea amoniului cu eficienţă de circa 90%, fie procesul biologic de nitrificare+denitrificare cu acelaşi randament. Eliminarea substanţelor organice rămase în apă după tratarea secundară se face prin trecerea apei printr-un filtru rapid cu nisip. Eficienţa de îndepărtare poate atinge 85-98% [6, ]. Eliminarea NH 4 şi P s-a realizat biologic în reacţiile de nitrificare, denitrificare. Au fost realizate numeroase experimente în laborator (Tabelul ), încercându-se eliminarea amoniului pe cale chimică, fiind folosiţi coagulanţi clasici: Al (SO 4 ) 3 şi FeCl 3, polielectroliţi, însă aceştia scad şi mai mult CCOCr, fără a diminua semnificativ concentraţia amoniului. S-a încercat utilizarea de asemenea Cl - pentru reducerea amoniului: la concentraţii mai mici de 5 ml NaOCl nu s-au observat modificări semnificative ale amoniului, însă dozele de hipoclorit de sodiu mai mari de,5 ml/l sunt inhibitoare pentru biologic (Tabelul 1). Tratamente cu hipoclorit de sodiu 3-3,5% (amoniu iniţial - 8,36) Tabelul 1 Nr. Doza NaOCl (ml/l) ph după dozare ph după ore Cl - liber după două ore Cl - liber după şase ore NH 4 după două ore 1,,30 5-8,36 3,3,35-8,34 3 4,3,34 6-8,33 4 5,3, , ,3, ,59 6 0,3,5 5 3,5 6, ,84,18 9,1 4,5 1, ,4, Research and Protection, 01, no

3 Diferite experimente realizate în laborator Tabelul Nr uzată uzată 500ml apă uzată 500ml apă uzată uzată 500 ml apă uzată uzată 300 ml apă uzată Tip de tratamente Amoniu Amoniu iniţial (mg/l) final (mg/l) + concentrat pt animale 1,8 g/l + aerare 5 ore 49,1 55,8 + nămol activ 450 ml/l + aerare ore 0,5 + aerare 6 ore 38,6 + amidon 1g + aerare 18 ore 10 55,8 + nămol activ 450 ml/l + aerare 3 ore 5,14 + aerare 95 ore 0,5 + ml/l s sulfat de aluminiu 5% + ml/l praestol 110, ml/l sulfat de aluminiu 5% + 4 ml/l praestol 110,08 10,34 + amidon 1g + nămol activ 450 ml/l + aerare 4 ore 8,36,1 Corecţie de ph cu NaOH 0% (1ml/l) + aerare 3 ore amidon 1g + nămol activ 18 ml/l + aerare 6 ore amidon 0, g + nămol activ 450 ml/l + aerare 4 ore Nitrificarea. Este o oxidare biologică a amoniacului în nitrit (NO ) şi apoi în nitrat (NO 3 ). Deoarece azotul este un nutrient, microorganismele prezente în procesul de epurare vor asimila azotul din amoniu, încorporându-l în masa celulară. Microorganismele care fac posibilă această conversie sunt specii autrotofe din genurile Nitrosomonas şi Nitrobacter. Aceste bacterii au nevoie de oxigen în concentraţie de -4 mg/l O : Nitrosomonas NH 4 3O NO H O Nitrobacter NO 3O 4CO HCO3 1NO3 C5H NO 4H 0H 0 Există o varietate de agenţi organici şi anorganici care inhibă creşterea şi activitatea acestor organisme: concentraţia mare de amoniu - în cazul nostru ea este cuprinsă între mg/l (conform NTPA 00/004 N din amoniu la intrarea din staţiile de epurare trebuie să aibă o concentraţie de 30 mg/l). Efectul ph-ului este de asemenea semnificativ, rata optimă pentru nitrificare fiind,5-8,6 (în cazul nostru ph-ul este în jur de ). Concentraţia oxigenului dizolvat este esenţială, la o concentraţie de 1mg/l apare reacţia de nitrificare, însă concentraţia optimă este cuprinsă între,5 4 mg/l. Denitrificarea. Reacţia de denitrificare reprezintă conversia azotaţilor în azot gazos, în condiţii anoxice. Bacteriile care intervin în denitrificare sunt din genurile: Flavobacterium, Aerobacter, Proteus, Pseudomonas şi Spirillium: 4H 50C H 5OH 9NO3 5C H NO 5CO 84H O 9OH 46N Microorganismele denitrificatoare utilizează azotul din azotaţi, dar necesită o sursă de carbon pentru sinteza celulară, un rol esenţia îl are raportul: C:N:P - 100:5:1. Deoarece efluentul are un CBO 5 redus între mg/l, este nevoie de aducerea unui aport suplimentar de carbon. Microorganismele denitrificatoare heterotrofe pot utiliza o varietate de surse de carbon organic pentru respiraţie şi creştere. Alegerea sursei de carbon este atât de ordin tehnic, cât şi economic. Sursele de carbon cele mai utilizate sunt metanolul, etanolul şi acidul acetic, amidonul, ureea. După numeroase încercări în laborator, sursa de carbon acceptată a fost alcoolul tehnic industrial, care conţine fracţiuni de alcooli, cu un CBO 5 foarte ridicat. Research and Protection, 01, no. 3. 3

4 Amorsarea staţiei de epurare. Când începe amorsarea unei staţii, nămolul activ este foarte tânăr, imaginea microscopică fiind reprezentată de amoebe şi flagelate. Când nămolul atinge un nivel optim de tratament, populaţia flagelatelor intră în declin şi încep să apară ciliatele fixe şi ciliatele libere. Pe măsură ce nămolul activ îmbătrâneşte, se vor observa mai multe ciliate fixe şi rotiferi. Dacă nămolul devine prea bătrân vor domina rotiferii şi nematodele (viermii). Staţia de epurare are o funcţionare optimă atunci când vârsta nămolului este cuprinsă între şi 10 zile ( MTS-ul din bazinul biologic trebuie să aibă valori de zece ori mai mari comparativ cu MTS-ul din bazinul de omogenizare). Vârsta nămolului este controlată prin eliminarea acestuia din procesul biologic, putâdu-se ajusta rata de eliminare, pentru a influenţa populaţia microbiologică şi sănătatea nămolului activ al sistemului precum şi calitatea efluentului rezultat. O procedură folositoare este observarea protozoarelor care sunt din următoarele categorii: amibe, flagelate, ciliate libere, ciliate târâtoare, ciliate fixe, metazoare rotiferi, nematode. În Figura se observă scăderea concentraţiei amoniului la ieşirea din staţia de epurare, aceasta datorându-se evoluţiei vârstei nămolului activ. De la valori ale amoniului ce depăşesc 80 mg/l s-a ajuns în lunile de vară când temperatura apei este crescută (- 4 C) la concentraţii de 1,09. Se cunoaşte faptul că temperatura intensifică procesele biologice, ceea ce duce la o creştere a consumului de N din amoniu şi, implicit, la o diminuare a concentraţiei acestuia. Un factor important este rata de eliminare a nămolului care influenţează raportul FM ( Food/microorganisms - hrană/microorganime) important, astfel încât populaţia microbiologică să aibă un aport suficient de nutrienţi. O cantitate prea mare de nămol (biomasă) induce o scădere a substanţelor organice ce atrage o scădere a randamentului de epurare biologică. IESIRE AMONIU % timp (luni) Figura. Evoluţia concentraţiei amoniului la ieşirea din staţia de epurare. Analiza microscopică. Speciile reprezentative observate în urma analizei microscopice sunt: bacteriile nitrificatoare şi denitrificatoare, bacterii arborescente, bacterii filamentoase, bacterii libere. Se observă o frecvenţă ridicată a ciliatelor fixe şi ciliatelor mobile - sesile (fixe): Vorticella convalaria, Podophrya sp., Tokophrya sp., numeroşi indivizi de ciliate coloniale: Opercularia sp., Carchesium sp. şi a ciliatelor mobile: Aspidisca cicada, Chilodonella sp. (Figurile 3-5). Diversitatea biologică evidenţiată poate conduce la ipoteza existenţei unei bune aerări la nivelul bazinului de reacţie în treapta aerobă, precum şi o capacitate ridicată de îndepărtare a materiei organice biodegradabile. Prezenţa speciei Vorticella microstoma indică existenţa unui mediu mezosaprob (cu poluare medie). Se găsesc, de asemenea, amfileptide mari din genul Litonotus sp. Cu o abundenţă relativ scăzută se înregistrează prezenţa flagelatelor şi a nematodelor. Ca reprezentanţi ai organismelor superioare pluricelulare Metazoare, remarcăm prezenţa rotiferilor Rotaria sp. care indică o vârstă înaintată a nămolului (Figura 6). Research and Protection, 01, no

5 Figura 3. Bacterie arborescentă. Figura 4. Tokophrya sp. Figura 5. Colonie de Opercularia sp. Figura 6. Rotaria sp. Automatizarea staţiei de epurare. Instalaţia de automatizare este parte componentă esenţială a staţiei de epurare şi realizează acţionarea echipamentelor astfel încât să se respecte fluxul tehnologic de epurare a apelor uzate. Este realizată monitorizarea permanentă a stării echipamentelor de proces din punct de vedere a funcţionării. Are loc identificarea si memorarea situaţiilor atipice de funcţionare ce pot să apară ca urmare a unor perturbaţii externe. Sistemul de automatizare permite modificarea anumitor parametri de funcţionare a procesului în scopul optimizării sau adaptării acestuia la anumiţi factori de influenţă din exterior (Figura ). Figura. Automatizarea staţiei de epurare. Research and Protection, 01, no

6 Concluzii. În urma experimentelor realizate în laborator s-a ajuns la concluzia că eliminarea amoniului pe cale chimică nu este eficientă, cu coagulanţi şi floculanţi clasici sau polielectroliţi. Tratarea cu hipoclorit a apelor uzate a dat rezultate în diminuarea amoniului cu concentraţii mai mari de 5 mg/l NaOCl, doză considerată inhibitorie pentru biologic. Soluţia aleasă pentru eliminarea azotului a fost tratamentul biologic aerob şi anoxic, cu aport de carbon (urmărindu-se raportul C:N:P 100:5:1, în acest scop fiind utilizat alcoolul tehnic industrial). S-au obţinut rezultate foarte bune, amoniul scăzând de la concentraţii de mg/l, la 1,09 mg/l. Datorită sistemului de automatizare s-a putut realiza modificarea anumitor parametri, fiind realizată optimizarea permanentă a staţiei de epurare. O bună observaţie în teren, efectuarea analizelor de calitate a apelor precum şi gospod[rirea nămolului pot duce la epurarea corespunzătoare şi la respectarea legislaţiei din domeniu. Bibliografie Van Haandel A., Van der Lubbe J., 00 Hand book biological waste water treatment. Uitgeverij Quist Publishing, pp Bucşa C., 001 Ecologie şi protecţia mediului. Sibiu, pp Dima M., 005 Epurarea apelor uzate urbane. Iaşi, pp Tchobanglous G., 1991 Wastewater engineering, 3rd edition. Vol. 1, pp Bucur T., 003 Tehnologii ecologice de protecţie a mediului. Universitatea Lucian Blaga, Sibiu, pp Stugren B., Dordea M., 1988 Ecologie generală. Univ. Babeş Bolyai, Cluj-Napoca. *** Autori: Maria Someşan, S. C. ICPE Bistriţa S. A., str. Parcului, nr., Bistriţa, jud. Bistriţa-Năsăud, România, Daniela Ignat, S. C. ICPE Bistriţa S. A., str. Parcului, nr., Bistriţa, jud. Bistriţa-Năsăud, România, Marioara Şandru, S. C. ICPE Bistriţa S. A., str. Parcului, nr., Bistriţa, jud. Bistriţa-Năsăud, România, Vasile Ciuban, S. C. ICPE Bistriţa S. A., str. Parcului, nr., Bistriţa, jud. Bistriţa-Năsăud, România, Cum se citează acest articol: Someşan M., Ignat D., Şandru M., Ciuban V., 01 Reducerea concentraţiei de amoniu în staţiile de epurare a apelor uzate aferente aşezărilor rurale. Studiu de caz: staţia de epurare Crăciunelu de Jos, jud. Alba. Ecoterra 3: Research and Protection, 01, no