Introduce Re Inspectia Sanitara a Apei
-
Upload
tudor-taranu -
Category
Documents
-
view
180 -
download
4
description
Transcript of Introduce Re Inspectia Sanitara a Apei
1 Introducere
Proiectul de asistenta tehnica fmantata de Phare RO 2002000-5860413 intitulat Intarirea capacitatii institutionale si administrative a Ministerului Sanatatii de a adopta si implementa Acquis-ul Comunitar in domeniul apei potabile si de imbaiere si riscurilor pentru sanatate a avut obiectivul general protectia sanatatii publice prin asigurarea transpunerii si implementarii in Romania a Directivelor CE privind calitatea apei destinate consumului uman si imbaierii
Directiva privind apa potabila defineste apa potabila ca orice apa destinata consumului indiferent de origine si de modul de furnizare prin retea de alimentare cisterne sau sticle sau recipiente precum si apa folosita pentru prepararea alimentelor Pentru a asigura calitatea acesteia autoritatile sunt obligate sa efectueze inspectii la furnizorii de apa
Scopul prezentului manual este de a furniza informatii despre modul de realizare a inspectiei sanitare in sistemele de alimentare cu apa din Romania Rolul inspectorului sanitar este de a asigura o protectie adecvata a consumatorului in scopul protejarii sanatatii publice si dezvoltarii adecvate in Romania Inspectia sanitara poate fi vazuta ca un set de proceduri care asigura calitatea si cantitatea de apa necesara diversilor beneficiari in conformitate cu prevederile legale si lipsita de riscuri de orice natura
A treia editie a Ghidului pentru Calitatea Apei elaborat de Organizatia Mondiala a Sanatatii (World Health Organization Guidelines for Drinking Water Quality Volume 1 WHO 2004) recomanda aplicarea planurilor de siguranta a apei ca masura cu eficienta cea mai ridicata in scopul asigurarii unei calitati adecvate a apei potabile
Planurile de siguranta a apei cuprind minim 3 actiuni esentiale
bull evaluarea sistemului de alimentare cu apa
bull monitorizarea operationala
o identificare elemente de hazard si rise
o identificare masuri de control al riscului
bull planuri de management al riscului
o actiuni care trebuie abordate
o monitorizare evenimente
o programe suport Ghidul OMS stabileste
urmatoarele definitii
bull elementul de hazard este un agent biologic chimic fizic sau radiologic care poate genera efecte negative asupra sanatatii umane
bull riscul este probabilitatea ca un element de hazard sa genereze efecte negative asupra populatiei expuse la efectele sale
OMS propune realizarea unor prioritati in stabilirea riscurilor care apar in sistemele de alimentare cu apa in functie de
- probabilitatea de aparitie a evenimentelor
- gravitatea consecintelor
- frecventa de aparitie
In concordanta cu prioritatea care o impune riscul evaluat in sistemul de alimentare cu apa se stabilesc elementele de management al riscului
Manualul de Inspectie Sanitara si Monitorizare este construit in spiritul Ghidului OMS si cuprinde evaluarea si managementul riscurilor care pot aparea in sistemul de alimentare cu apa de la surse pana la beneficiar
in construirea unei proceduri de inspectie sanitara sunt necesare elementele urmatoare
o descrierea sistemului de alimentare cu apa
o evaluarea elementelor de hazard si rise
o evaluarea parametrilor de functionare ai sistemului
identificarea masurilor de control
o monitorizarea masurilor de control
o stabilirea procedurilor de evaluare a eficientei inspectiei sanitare
dezvoltarea de programe suport (training cercetare-dezvoltare)
o planul de management al riscului asupra sanatatii publice (PMRSP)
proceduri de documentare si comunicare
Sistemele de alimentare cu apa se confrunta cu probleme care pot fi clasificate in doua categorii mari
bull probleme din exteriorul sistemului
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 1
o cunoastere insuficienta a sistemului
ignorare elemente de hazard si rise
catastrofe naturale
lipsa de comunicare intre organismele responsabile decizii
luate fara consultare publica
planuri dezvoltate fara perspectiva sau fara a tine cont de elementele care pot genera riscuri
probleme din interiorul sistemului
general valabile
bull necunoastere sistem
bull operare defectuoasa
bull echipamente vechi
bull structuri afectate
bull management eronat
surse
stat
bull nerespectarea zonelor de protectie sanitara
bull agricultura intensiva
bull catastrofe naturale
bull deversari neautorizate
bull a de tratare
bull schema si procese de tratare inadecvate
bull lipsa echipamentelor de automatizare si control utilizarea gresita a reactivilor
chimici
bull dozarea incorecta a reactivilor chimici
bull reteta de spalare a filtrelor este inadecvata
bull recircularea excesiva a apei de la spalarea filtrelor si a namolului din decantoare
bull monitorizarea insuficienta
o complexul de inmagazinare - pompare - retea de distributie
timpi de retentie inadecvati
presiune excesiva
variatii importante ale parametrilor de operare (debit presiune)
zone stagnante
materiale inadecvate in reteaua de distributie
coroziune si imbatranire o
consumatori
lipsa de intretinere retea interioara
modul de utilizare al apei potabile
lipsa de educatie
Sistemul de alimentare cu apa este intr-o evolutie permanenta determinata de
bull cresterea gradului de cunoastere
bull diversificarea elementelor de hazard
bull aparitia de tehnologii noi
bull aparitia de materiale noi
bull presiunea societatii catre transparenta
Manualul de inspectie sanitara si monitorizare reprezinta un instrument de optimizare a sistemului de alimentare cu apa prin
bull identificarea punctelor slabe in sistem
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
o
o
o
o
o
2
bull ofera imaginea de ansamblu a sistemului
bull identifica actorii implicati in managementul evenimentelor cu rise asupra sistemului
bull aloca corect responsabilitatile
bull identifies posibile abateri care pot genera evenimente de hazard
bull stabileste prioritatile in modul de rezolvare al evenimentelor
bull stabileste procedurile adecvate in caz de eveniment
bull contribuie la diminuarea si prevenirea riscurilor
Exista 3 astfel de fise
bull Fisa nr 1 - pentru statiile de tratare a apei - poate fi completata de personalul de inspectie sanitara cu pregatire superioara
bull Fisa nr 2 - pentru reteaua de distributie - poate fi completata de personalul de inspectie sanitara cu pregatire superioara
bull Fisa nr 3 - Fantani publice practic continutul acestei Fise nu se refera la fantani ci la rezervoare si poate fi completata de personalul de inspectie sanitara cu pregatire medie
Raportul de evaluare intocmit de DJSP in cadrul procedurii de derogare trebuie sa contina concluziile activitatii de inspectie sanitara potrivit formularelor de evaluare pentru statia de tratare si sistemul de distributie cu identificarea si evaluarea punctelor de rise
Fisa nr 1 de evaluare si inspectie sanitara este structurata dupa cum urmeaza
bull Statia de tratare a apei
o informatii generale
o sursa de apa
o captare
o procesul de tratare aplicat
o decantare
o filtrare
o spalarea in flux invers a filtrelor
o clorare
o rezervoare de apa potabila
o controlul procesului de tratare
bull Evaluare sanitara
o controlul inregistrari documentelor
o intretinere
o personal
o reclamatii
o probleme existente
o diagrama statiei de tratare
o masuri de remediere recomandate
o daca problemele identificate la inspectia precedenta au fost solutionate
Fisele nr 2 si 3 au o structura similara
o informatii generale
o informatii privind evaluarea riscurilor - cu ajutorul unui sistem de punctaj pentru rise
o rezultate si recomandari
Aceste prevederi specifice referitoare la inspectia sanitara a apei potabile trebuie privite in cadrul general al inspectiei sanitare cadru date de Legea nr 1001998 OM nr 8312003 si Legea nr 981994
Astfel actele normative sus-mentionate reglementeaza statutul inspectorilor sanitari de stat atributiile si obligatiile acestora obligatiile operatorilor sau persoanelor fizice scopul si domeniile inspectiei sanitare de stat (ISA) organizarea activitatilor la nivel central si local
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 3
Principiile care stau la baza ISA sunt urmatoarele
bull impartialitatea
bull independenta
bull transparenta
bull confidentialitatea
bull aplicarea unitara
Tipurile de control efectuat sunt tematic sistematic necesar la solicitare si pentru reverificare iar etapele de procedure constau in faza de pregatire faza de teren si etapa de finalizare Etapa de finalizare presupune intocmirea raportului de inspectie la fata locului sau dupa primirea analizelor de laborator si contine rezultatele investigatiilor de teren si de laborator neconformitatile constatate si recomandari de remediere - cu indicarea termenelor si responsabilitatilor
Inspectorii sanitari au puterea conferita de lege de a dispune suspendarea activitatii pana la adoptarea masurilor de remediere atunci cand conditiile de operare constituie un rise iminent pentru sanatatea publica precum si sa ordone incetarea activitatii in caz de opozitie la control sau refuz de a colabora cu organele de control sanitar
In sfarsit se poate lua masura de anulare a autorizatiei sanitare daca
bull nu sunt remediate deficientele constatate care ar putea avea un efect advers asupra sanatatii umane
bull functionarea are loc in conditii diferite de cele de la data obtinerii autorizatiei
bull nu sunt respectate obligatiile asumate prin declaratia pe proprie raspundere
bull in functionarea unei unitati sunt incalcate in mod repetat normele legale de igiena
Anularea sau retragerea avizului sanitar poate fi ceruta in caz de nerespectare a masurilor de conformare stabilite pentru proiectele referitoare la amplasarea constructia transformarea sau extinderea unitatilor economice sau sociale si culturale sau a oricarei unitati cu impact asupra sanatatii umane
Cadrul legal actual in domeniul apei potabile a suferit importante modificari in urma abrogarii obligatiei de a obtine autorizatia sanitara de functionare pentru activitati economice supuse inregistrarii la Registrul Comertului Multe prevederi au devenit astfel inaplicabile (pentru operatorii economici obligati sa se inregistreze in Registrul Comertului) deoarece se bazau pe conceptul de autorizatie sanitara inlocuita acum de obligatiile asumate in bloc prin declaratia pe proprie raspundere In acest context activitatilor de control le revine un rol foarte important in asigurarea conformarii cu cerintele legale iar colaborarea stransa cu compartimentul de supraveghere (monitorizare) are un rol esential in aplicarea legislatiei cat si pentru o buna realizare a obligatiilor profesionale
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 4
21 Circuitul apei in natura si formarea surselor de apa
Apa este o substanta aflata in cantitati relativ mari pe Pamant aparent circa 70 din suprafata Pamantului este acoperita de apa Cantitativ insa numai 1800 din volumul Pamantului o formeaza apa Dupa estimari pe Pamant exista 1384 milioane km3 apa din care
bull 97 apa in mari si oceane (apa puternic salinizata)
bull circa 18 (25 mil km3) gheata calotelor polare (groasa de pana la 2700 m si care daca s-ar topi ar conduce la cresterea nivelului marilor cu cca 80 m)
bull circa 84 mil km3 apa subterana
bull circa 02 mil km3 lacuri rauri
bull circa 600 km3 biosfera
Sub influenta energiei primite de la Soare si atractiei gravitationale apa se afla intr-un circuit permanent - circuitul (ciclul) hidrologic mondial (figura 21)
Energia calorica primita de Pamant serveste in cea mai mare parte pentru evaporarea apei (cca 360 000 km3an) Vaporii de apa condenseaza si cad sub forma de precipitatii (solide lichide) pe suprafata marilor si oceanelor in cea mai mare parte dar impinsi spre uscat ajung si deasupra acestuia
Precipitatiile spala atmosfera si dizolva un procent important de dioxid de carbon (CO2) care spala rocile peste care trece si dizolva substantele solubile Prin scurgere superficiala si subterana apele ce formeaza curenti si cursuri de apa ajung inapoi in mare In acest circuit apa transports si substantele evacuate voit sau nu ca rezultat al activitatii omenesti Apa se evapora din nou (numai apa - substantele dizolvate nu) refacand ciclul Substantele dizolvate ajunse in mare sau lacuri inchise se concentreaza ajungand la valori ridicate (in medie 35 g1)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 5
5
Circuitul dureaza circa 9 zile pentru apa lichida si poate dura mii de ani pentru apa care devine gheata respectiv zeci de mii de ani pentru apa subterana
Omul are nevoie de apa pentru mai multe folosinte
bull apa biologic necesara normal circa 2 1zi aceasta apa se consuma si se elimina prin transpiratie sau prin traectul digestiv apa eliminata prin transpiratie regleaza temperatura corpului
bull apa pentru prepararea hranei
bull apa pentru igiena personala
bull apa pentru igiena locuintei si spatiului de locuit
bull apa pentru combaterea incendiului
bull apa pentru realizarea produselor industriale
bull apa pentru obtinerea unor recolte mari in agricultural deci si dezvoltarea zootehniei etc
Cantitatile de apa necesare pentru asigurarea acestor nevoi sunt foarte mari de la circa 100 (m3an persoana) in tarile in curs de dezvoltare pana la circa (2000 m3an persoana) in tari puternic dezvoltate si cu resurse de apa
Aceste cantitati se obtin prin preluarea lor din ciclul apei in natura Locurile de unde sunt preluate se numesc surse de apa
Se disting doua tipuri de surse de apa
bull apa de suprafata
o apa din mari si oceane
o apa din lacuri naturale
o apa din rauri si lacuri artificiale
bull apa subterana
o apa din izvoare
o apa din straturile freatice puternic influentate de precipitatii (3 - 50 m)
o apa din straturile de adancime pana la 50 - 500 m sub pamant
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
Figura 22 Formarea surselor de apa
6
In particular referitor la acest flux general de apa Romania este o tare relativ saraca in apa
Cantitatea de apa medie anuala ce revine unui locuitor (din precipitatii) este de circa 1700 m3
(fata de o medie europeana de circa 100000 m3locuitoran de tara cea mai saraca - Egipt - 90
m3 locuitoran si fata de o medie mondiala de 6000 - 8000 m3 locuitoran) Stocul intern de
apa (cantitatea totala de apa cazuta intr-un an mediu pe suprafata tarii) este de circa 38 km3
locuitoran la care se mai adauga o cota parte din stocul Dunarii (circa 200 km3locuitoran)
In aceste conditii si la nivelul de dezvoltare industrials si agricola la care Romania a ajuns fara a putea spune ca apa este folosita in modul eel mai rational se utilizeaza deja circa 20 km3locuitoran (inclusiv pentru agriculture) In acest ciclu hidrologic apa mai asigura
bull reglarea temperaturii pe Pamant
bull dezvoltarea vegetatiei avand drept consecinta productia de oxigen prin fotosinteza si productia de masa organica (hrana combustibil)
bull producerea de energie hidraulica (cea mai importanta sursa de energie)
bull transporturile pe apa pe cai maritime sau de uscat (naturale sau artificiale)
bull uniformizarea poluarii pe Pamant
22 Surse subterane
Captarea surselor subterane se poate realiza cu
bull puturi sapate - sisteme de alimentare cu apa cu capacitati relativ reduse
bull fronturi de captare cu puturi forate
bull drenuri
In cele ce urmeaza se va face o descriere a principalelor elemente constitutive ale fiecarui sistem in parte pentru captarea apei subterane
221 Puturi sapate
Sunt constructii din beton slab armat cu sectiune de obicei circulars avand diametral de 1 -3 m executate in cheson Se utilizeaza pentru captari de mai mica importanta si pentru un numar de puturi relativ mic deoarece executia lor este destul de complicata si uneori nesigura Sunt recomandate in straturi acvifere la adancime mica (lt 10 m) cu permeabilitate ridicata
In tronsoanele de cheson care vor sta in apa se lasa goluri de 25 x 31 cm in care se amplaseaza ulterior barbacane prefabricate (elemente de beton cu slituri orizontale de circa 1 - 2
cm latime) Pe timpul lansarii golurile sunt acoperite la interior cu panouri de lemn pentru a evita intrarea nisipului si a reduce cantitatea de apa care intra in put Dupa ajungerea putului la cota si turnarea saltelei de inchidere de circa 50 cm grosime (in unele cazuri poate lipsi - daca stratul este format din argila) barbacanele se pot debloca Deblocarea se face manual dupa un epuisment prealabil si trebuie avut grija sa se faca deblocarea tuturor barbacanelor In caz contrar poate scadea mult suprafata de intrare in put si deci pot apare afuieri ca urmare a cresterii locale a vitezei de intrare a apei in barbacanele libere
Putul se inchide deasupra cu o placa de beton armat cu grosimea de 10 - 12 cm asezata la 50 cm peste nivelul apei in zone inundabile sau 50 cm peste nivelul terenului
Umplutura se incepe cu un strat de argila de circa 30 cm - care are rolul de a devia apa din precipitatii astfel incat infiltratia sa se faca prin stratul natural netulburat - si se termina cu o suprafata taluzata inierbata
Accesul in put se face printr-o deschidere protejata cu capac metalic In put se prevad trepte de acces din otel beton (020) prinse in perete - cu pasul de 030 m
Treptele se termina pe un podest din beton armat amplasat deasupra nivelului maxim al apei din put podest pe care se afia vana de inchidere a conductei pentru captarea apei din put
Putul este ventilat cu ajutorul unui cos din tabla sau teava de otel cu inaltimea de 80 - 180 cm asigurat cu casca de protectie contra precipitatiilor si sita de cupru (ochiuri de 1 mm) contra insectelor mici
Instalatia hidraulica se compune din sorb conducts de sifonare si vana etansa in cazul in care apa din puturi se capteaza cu un sistem central de sifonare pompa submersibila conducta de
INSPECTIA SANITARA SIMONITORIZAREA CALITATII APEI
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
8
8
refulare clapet de retinere vana de reglaj in cazul in care puturile sunt echipate cu pompe individuale speciale de tip submersibil
In unele cazuri putul poate fi echipat si cu pompe cu ax orizontal asezate peste nivelul apei pe o placa de beton armat In acest caz trebuie sa fie luate masuri de siguranta contra deteriorarii pompelor din cauza umezelii pentru amorsarea acestora precum si in vederea evitarii accidentarii personalului care manipuleaza aceste pompe
In instalatia hidraulica a putului se va monta intotdeauna si un debitmetru sau contor de apa (controland periodic debitul se poate vedea cum functioneaza putul) Contorul trebuie montat inainte de vana de reglaj pentru a putea fi scos din circuit prin izolarea putului respectiv fara a afecta functionarea celorlalte puturi ale captarii Totodata sunt necesare amenajari sau dispozitive pentru masurarea nivelului apei in scopul asigurarii functionarii putului cu o denivelare mai mica decat denivelarea maxima calculate sau stabilite la proba finala de receptie a putului
222 Puturi forate
Avand un domeniu de aplicatie mult mai larg (teoretic se pot face puturi forate in orice conditii) si beneficiind de o tehnica de lucru mult mai bine pusa la punct (prin preluarea din tehnica forajului pentru titei) precum si de utilaje astazi foarte perfectionate puturile forate au fost folosite la cele mai multe din captarile de apa subterana executate in tara
Puturile de mica adancime (20 - 30 m) au fost executate cu instalatii manuale procedeul uscat iar cele de adancime mai mare (in general nu s-au depasit 300 m pentru a nu capata o apa prea calda - peste 25degC) prin foraj hidraulic rotativ - procedeul direct Abia in ultimii ani s-a folosit si procedeul cu circulatie inversa folosind ca element de antrenare apa sau aerul (sistemul aer-lift)
Elementele componente ale unui put forat sunt urmatoarele
bull Cabina putului (camin din beton beton armat zidarie) care adaposteste instalatia hidraulica si uneori si instalatia electrica de forte si permite executarea de lucrari de remediere si intretinere a putului Atunci cand se gaseste total sau partial sub nivelul apei subterane se execute cu izolatie hidrofuga (figura 24)
bull Coloana definitivd este o coloana plina (burlan de foraj) de protectie a gaurii de foraj pe zona straturilor uscate sau a caror apa nu se capteaza
bull Coloana filtrantd este elemental eel mai important in functionarea putului Are rolul de a sustine peretele rocii stratului acvifer si de a lasa apa din strat sa intre in put O coloana de filtru buna trebuie deci sa indeplineasca simultan urmatoarele conditii (1) sa permite amplasarea elementului de captare a apei (2) sa aiba rezistenta mecanica suficient de mare pentru a nu se deforma la solicitarea din impingerea stratului subteran (3) sa aiba o suprafata activa libera cat mai mare (procentul de goluri notat cu n cu valori de 5 - 30 este un parametru caracteristic al coloanei) si rezistenta hidraulica mica la trecerea apei prin perete (4) sa reziste la agresivitatea apei sisau solului in care se amplaseaza pentru a nu fi distrusa sau colmatata (5) sa permite o buna deznisipare a putului atat la punerea in functiune cat si in timpul exploatarii (6) sa aiba un cost redus (7) sa se poata executa usor - pe cale industrials Ca material coloana se poate executa din otel (tub sau tabla roluita) protejat contra coroziunii fonta (tub gaurit sau foaie roluita cu slituri) sticla portelan materiale ceramice etc Cea mai utilizate este solutia cu coroana de pietris margaritar Dificultatea consta in modul de executie al acestuia In cazul in care este suficient un singur strat acesta se executa prin turnare de sus Daca materialul are granule cu marimi diferite se produce o sedimentare in aer si apa obtinandu-se un strat neuniform Pietrisul se poate introduce si prin circulatie de noroi - procedeu aplicat la noi cu rezultate bune (in noroiul care spala gaura de detritus se introduce pietrisul care este transportat in amplasament
ramanand intre peretele forajului si coloana de filtru se evita astfel sedimentarea materialului neuniform) In cazul in care sunt necesare mai multe straturi acestea se pot executa folosind numai turnarea de sus cu ajutorul unor coloane auxiliare (au fost executate puturi cu 3 straturi comportarea lor in exploatare fund foarte buna) Alegerea granulatiei se face dupa reguli cunoscute Pentru usurinta se poate aplica regula multiplicarii cu 4 a marimii medii a granulelor straturilor vecine (ca la filtrul invers) ultimul strat langa coloana de filtru avand granule mai mari decat golurile din coloana
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 10
Ventilatie
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
bull piesa de fund decantorul este o prelungire a coloanei de filtru cu o lungime de 2 - 5 m are rolul de a permite nisipului - care este antrenat de apa din strat normal sau accidental in timpul functionarii putului - sa se decanteze Periodic aceasta poate fi scos cu o lingura specials sau prin pompare
bull instalatia hidraulica este alcatuita in mod similar cu cea de la putul sapat Pentru a se asigura o colectare relativ uniforma a apei prin toata coloana de filtru este bine ca elemental de captare a apei din put (capatal liber al conductei de sifonare pompa submeribila) sa fie amplasat in jumatatea de jos a coloanei de filtru intr-o portiune a acesteia fara orificii (de cca 2 m) Uneori poate fi amplasat si la partea de sus a decantorului - atanci cand coloana de filtru a putului are o lungime mica Piesa care face trecerea de la conducta verticals la cea orizontala si care se mai numeste si casca putului este demontabila pentru a putea fi scoasa la deznisipare sau alte operatiuni de intretinere a putului
In cazul in care puturile vor fi echipate cu pompe individuale este obligatoriu ca pe conducta de refulare din put inainte de vanS sa se prevada un clapet de retinere Aceasta are rolul de a nu lasa apa din colector sa intre in put in cazul in care dintr-un motiv oarecare pompa nu mai functioneazS In orice caz dupS orice oprire pompele vor fi repornite (dupa regulile de pornire stabilite ale unei pompe centrifuge) altfel existand riscul innisipSrii si deteriorSrii putului intrucat din cauza coloanei de apa cu inSltime micS pompa tinde sa absoarba brusc un debit mare de apa (deci viteza de intrare in coloana putului poate depasi viteza admisibila)
223 Sistemul de colectare prin pompare
La debite mici si adancimi ale apei peste 20 m se folosesc pompe submersibile (pompa si motorul sunt executate monobloc si introduse in put fiind sustinute de conducta de refulare) iar
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
1
1
pentru debite mari si la adancimi sub 20 m se folosesc pompe cu ax vertical cu motorul in mediu uscat (amplasat in cabina supraterana) si pompa cufundata in apa In ultimul caz transmiterea cuplului motor se face prin intermediul unui arbore amplasat in axul conductei de refulare Linia piezometrica la sistemul de colectare cu pompe este aratata in figura 26 pentru doua situatii cu pomparea direct din put intr-un rezervor de inmagazinare respectiv cu pozarea unei statii de pompare intermediare prevazuta cu pompe cu ax orizontal Cea de-a doua varianta conduce la economii de energie
In cazul echiparii cu pompe este esential ca (1) debitul pompei sa fie eel mult egal cu debitul maxim al putului (2) pompele sa functioneze in regim constant in timp (3) dupa oprirea pompelor reporairea sa se faca manual cu respectarea regulilor generale si deschiderea vanei de refulare sa nu permita preluarea unui debit mai mare decat debitului putului
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 1
224 Captari cu dren
Drenul este un element constructiv permeabil orizontal nevizitabil (dren propriu-zis) sau vizitabil (galerie) care asezat in calea curentului subteran de apa il capteazS si conduce apa captata spre unui din capete la un put colector Prin urmare drenul indeplineste un rolul dublu
bull captarea apei din strat
bull transportul acesteia la putul colector Elementele
principale ale drenului sunt date in figura 27
Figura 27 Elementele captarii cu dren de coasta a - plan b - profil longitudinal prin dren c -
sectiune transversala tip d - detaliu de tub pentru dren
Pe o directie aproximativ perpendiculars pe directia de curgere a curentului de apa subteranS se sapa un sant de lStime convenabilS - sapSturS taluzatS in cazul in care debitul stratului este mai mic iar stratul este format din material grosier (pietris nisip mare) sau sapStura sub protectia a doi pereti de palplanse din lemn metal sau beton armat (mai rar) infipte in prealabil panS la stratul de bazS dacS stratul acvifer este puternic (bogat) iar materialul din strat confine in cantitate mare fractiuni fine SApStura se executS panS la stratul de bazS cand drenul perfect se aseazS chiar pe strat sau nu cand drenul se aseaza deasupra stratului de baza (dren imperfect) el captand numai o parte din apa stratului
Daca drenul este amplasat la baza unui strat acvifer a carei panta piezometrica in regim natural este mai mare de 001 drenul se numeste dren de coasta si se considers ca primeste apa dintr-o singurS parte iar dacS drenul este amplasat in strat acvifer cu panta piezometrica mai mica (ilt00l) drenul se numeste dren in bazin si se considers cS primeste apa din ambele pSrti
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 1
Dupa nivelarea fundului sapampturii (executatS cu panta de minim lo data in proiect) se monteazS tuburile de drenaj de obicei din beton dar pot fi si de argila arsa zidarie de piatrS azbociment bazalt etc
Daca se considers necesar se executa in prealabil un strat de beton de egalizare (de cca 10 - 20 cm) Tuburile se aseaza cap la cap (preferabila folosirea tuburilor cu talpS) fScand sau nu etansarea capetelor La circa 50 m distanta se lasa loc pentru executarea caminelor de vizitare care au radierul cu circa 50 cm mai coborat decat cota radierului tubului pentru a asigura un mic volum de depozitare a nisipului (antrenat eventual de apa) Diametrele tuburilor cresc spre putul colector schimbarea de diametre se face obligatoriu in dreptul unui cSmin intre 2 cSmine traseul drenului trebuie sa fie rectiliniu dar pe ansamblu drenul poate fi format dintr-o serie de aliniamente care se intersecteaza sub diferite unghiuri (mai mari de 90deg) Tubul de drenaj are orificii in jumStatea superioara orificiile sunt conice cu dimensiunea mai mica la exterior pentru a permite materialului granular care a intrat in orificii sa cada in dren Jumatatea de jos a drenului serveste pentru transporrul apei
In jurul tubului-dren se prevede un filtru invers din straturi de minim 10 cm grosime Straturile au marimea granulelor stabilitS ca la un filtru invers Un filtru invers este o succesiune de straturi din material granular asezate astfel incat granulele unui strat sa nu treaca prin golurile stratului urmator in sensul in care circulS apa Pentru a avea indeplinitS aceasta conditie este suficient ca raportul intre diametrele medii a doua straturi adiacente sa fie maxim 4 -5
Peste straturile filtrului invers se face umplutura din material local bine compactat daca este cazul extragand si palplansele o data cu avansarea umpluturii acestea se pot scoate si ulterior folosind insa un utilaj mai puternic si avand grijS sa nu se deterioreze stratul interior de material
La circa 50 cm deasupra nivelului stratului de apa se executa cu una sau doua pante o saltea de argila de circa 30 cm grosime Rolul sau este de a devia apele din precipitatii ce tind sa se infiltreze spre dren direct prin zona de umplutura care este mai prealabila Se continua umplutura peste saltea se compacteazS si se lasa cu bombament pentru ca la o eventualS tasare in timp sa nu ramana un sant superficial in care sa bSlteascS apa Se amenajeaza caminele cu umplutura de 50 cm peste nivelul apei de inundatie la asigurarea de 1 se executa putul colector si se echipeazS cu o stavilS de perete si un deversor triunghiular la debusarea drenului in cazul drenurilor lungi putul colector se aseaza la jumatatea frontului obtinand un dren cu doua ramuri care pot fi sau nu simetrice dupa particularitStile drenului Putul colector poate servi numai ca bazin de aspiratie pentru pompe (inaltimea stratului de apa de circa 10 - 120 peste sorb) cat si ca statie de pompare in care caz partea de deasupra se amenajeaza corespunzator
Daca apa captata contine substante care precipita usor in contact cu aerul (saruri de fier mangan) si se depun pe peretii drenului riscand sa-1 colmateze in timp atunci drenul se executa vizitabil Pentru a permite circulatia personalului de intretinere se executa si o mica pasarela in lungul drenului La drenuri ce capteazS apa potabila vor fi luate masuri de protectie sanitara
226 Tratarea apei din surse subterane
Calitatea apei subterane este influentatS de urmStorii parametri
bull nature mineralogies si geologicS a subsolului terenului in care se formeaza (sau curge)
bull calitatea apelor infiltrate de la suprafata terenului (numai pentru strate freatice)
In functie de influenta pe care apele meteorice o au asupra calitatii apei subterane straturile acvifere se clasifica in
bull strate freatice cantonate la adancimi mici sub suprafata terenului calitatea apei este influentatS direct de infiltratiile de la suprafata terenului sau exfiltratii din sisteme pozate subteran (retele canalizare fose conducte de petrol si gaze)
bull strate captive situate la adancimi de la 50 m la 150 - 200 m in subsolul terenului calitatea apei este putin (deloc) influentatS de apele infiltrate de la suprafatS
Acumularea si circulatia apei intr-un strat determina preluarea caracteristicilor rocilor stratului Se stabileste un echilibra intre caracteristicile apei si compozitia terenului in care este stocatS (sau curge) Rocile compacte cu fisuri sau caverne dau apei continut de gaz carbonic carbonati CO2 Principalele caracteristici ale apelor subterane se pot sintetiza
bull temperature - relativ constants ~ 10 -12degC
bull turbiditatea (MTS) - redusanula
bull culoare - data de materiile in solutie (acizi humici)
bull mineralizare - constants superioara apelor de suprafata
bull Fe Mn (bivalenti) - in general prezenti
bull CO2 agresiv - adesea prezent
bull O2 dizolvat - redusabsent
bull H2S - prezent in special in apele de adancime de carst
bull NH4 - prezent frecvent fara indice poluare
bull NO3 - continut ridicat pentru stratele freatice
bull Micropoluanti - in general absenti poluarile accidentale
bull Elemente vii - frecvent ferobacterii
bull Caracter eutrof-nul
Din punct de vedere al incarcarii s-a propus clasificarea surselor subterane in doua categorii
bull Surse cu incarcare redusa s-a luat in considerate existenta Fe2+ si Mn2+ in apa subterana in cantitati reduse dar care depasesc limitele impuse de Legea 4582002
bull Surse subterane incarcate in acceptiunea incdrcat se intelege depasirea continutului de Fe (pana la 50 ori) Mn (pana la 20 ori) azotati azotiti si H2S
In tabelul 21 se indica principalele caracteristici
Tabelul 21 Caracteristici principale surse subterane Denumire parametru Caracteristici apa
brutaFrecventa de depasire a prevederilor Legii 4582002 ()
Caracteristici necesare apa tratata
Tncarcare redusa
sursa incarcata
Tncarcare redusa
sursa incarcat
a
Directiva 9883EC
Legea 4582002
Fier total (mgl) 02-20 30-100 20 50 02 02Mangan (mgl) 005-05 08-10 20 50 005 005Azotati (mgl) lt50 80-120 - 80 50 50Azotiti (mgl) lt05 20 - 50 - 80 05 05Amoniu (mgl) lt05 10-20 - 50 05 05Hidrogen sulfurat (mgl) lt01 13-20 - 50 - 01
in situatia in care se utilizeaza 0 sursa subterana cu incarcare redusa potabilizarea apei se poate realiza printr-o schema indicata de figura urmatoare
Figura 28 Schema de tratare a apei din sursa subterana cu Tncarcare redusa Notatii Aerare - Bazin de contact pentru oxidare fier si mangan FRN - filtrare rapida pe strat de nisip pentru
retinere fier si mangan oxidat DZF - Dezinfectie cu clor
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
Schemele de potabilizare pentru surse incarcate sunt complexe asa cum rezulta din figura 29 Sunt necesare
bull procese de oxidare in sistemul multi - bariera (pre-oxidare si post-oxidare)
bull procese performante de oxidare sedimentare in stadiul I si II
bull procese de afinare
In astfel de situatii solutiile se stabilesc prin analiza mai multor variante de surse functie de consumatorii afectati o sursa mai departata (zeci de km) poate deveni avantajoasa vis-a-vis de costurile implicate in tratare
1
Figura 29 Schema de tratare apa din sursa subterana foarte
Incarcata INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
1
24 Captari din rauri
241 Captari Tn albie
2411 Captarea cu sorb
Se recomanda pentru captari provizorii mobile sau sezoniere Consta intr-un sorb amplasat convenabil in apa si stabilizat pentru protectie contra plutitorilor mari In figura 210 este schitata o captare fixa cu sorb
Sorbul este o confectie metalicS specials inchisa la un capat legata cu flanse la conducta de aspiratie cu celalalt capat si prevampzutS cu orificii pe suprafata laterals (cu dimensiuni suficient de mici pentru a nu intra plutitorii sau suspensiile mari) Pentru a avea viteze mici de intrare diametral sorbului este de 15 ori mai mare decat diametral conductei de aspiratie Pentru a nu aspira plutitori care sa-1 infunde sau a nu fi blocat in gheatS (hg = 03 - 04 m) si pentru ca gheata care se sparge in bucati la o viiturS de primavarS sa nu blocheze sorbul si sa-1 distrugS acesta trebuie sa fie asezat la minimum 05 m sub nivelul minim al raului la asigurarea normatS Pentru a capta aluviuni cat mai putine si de dimensiuni mai mici sorbul trebuie asezat la minimum 05 m peste fundul albiei Rezulta cS sorbul se poate prevedea in conditii normale in ape a caror adancime depSaeste 120 m (considerand ca sorbul are un diametra de minim 200 mm la un debit relativ mic)
Tot in scopul reducerii cantitatii de aluviuni antrenate sorbul se aseaza cu ajutorul unui cot in sensul de curgere al apei astfel incat apa sa intre in sorb prin intoarcere Sorbul se stabilizeaza in albie cu ajutorul unor piloti din lemn cu diametral de 0 10-12 cm batuti sub adancimea de afuiere in albie
In cazul captarilor mobile (folosite in special la irigatii) conducta de aspiratie se poate lasa aproape vertical in apa neingropata in mai cu asigurarea ca efectul dinamic al apei este atat de mic incat eforturile rezultate pot fi preluate de imbinari si conducte Sprijinirea se face prin amenajarea malului in trepte (trebuie avut grija sa nu fie depasita inaltimea de aspiratie a pompei amplasate pe mai)
2412 Captarea cu crib
Este o captare la care sorbul este protejat cu o constractie fixa stabila numita crib Cribul poate fi executat din elemente detasabile (grinzi din lemn elemente din beton armat de tip grinda) sau turnat pe loc (cu sorbul separat sau sorbul incorporat in constractie) In figura 211 se prezinta o captare cu crib
Grataral cribului se dimensioneaza la o viteza medie de trecere de 01 - 03 ms grataral se executa din bare rezistente la socul cu plutitorii iar amplasarea lor se face pe partea laterala sau aval a cribului (soc din cauza plutitorilor redus acces redus al aluviunilor din cauza intoarcerii curentului de apa aluviunile tree avand inertie mai mare)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 18
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
Apa captata prin crib poate fi aspirata de o pompa sau poate fi sifonata intr-un put colector cu rol de deznisipator si camera de aspiratie pentru pompe Vacuumul maxim pe conducta nu trebuie sa depaseasca 4-6 metri
Pentru sporirea sigurantei constructiei pot fi realizate mai multe criburi asezate in sah la 10-20 m in albie legate separat la pu|ul colector in cazul unor utilizatori importanti pot fi prevazute si criburi de rezerva Este esential ca toate criburile sa fie in stare de functionare altfel din cauza nisipului conductele de legatura si captarea se blocheaza Periodic conducta si cribul pot fi spalate prin aspirarea apei prin (n-1) criburi si refularea acesteia (sau a unei parti) prin cribul n care se spala Pentru aceasta instalatia hidraulica in putul colector trebuie gandita adecvat
Daca malul este inundabil si putul colector nu se poate departa pentru a iesi din zona inundabila vor fi luate masuri de indiguire a zonei sau de ridicare a putului la o cota cu minimum 050 m peste nivelul inundabil si aparare contra efectului dinamic al apei (accesul la put se va asigura pentru orice conditii)
A
In cazul in care nu se poate asigura adancimea pentru navigatie cu acordul beneficiarului zonei de navigatie se poate amplasa cribul mai sus luandu-se masuri corespunzatoare pentru marcarea pozitiei criburilor prin balize
242 Captari Tn mai
Captarea in mai se adopta in cazul unor debite importante cu o mare siguranta in functionare si cand situatia locala nu permite executarea de criburi
Captarea de mai are mai multe variante de constructii in functie de debitul captat si de destinatia apei captate Astfel pentru centre populate sau industrii unde debitul este totusi redus iar apa urmeaza sa suporte o tratare pentru corectarea calitatii pot fi prevazute captari cu cheson de mai Pentru debite mari de apa (mari unitati industriale centre populate mari irigatii CET-uri etc) se prevad captari in mai de tip bazin deschis
1
Figura 211 Captare cu cribLegenda 1 Put colector (cheson) 2 Crib din elemente prefabricate 3
Gratar 4 Saltea de fascine 5 Conducta de sifonare 6 Sistem de amorsare 7 Vacuum 8 Sorb 9 Conducta catre statia de pompare 10 Radier din beton armat
11 Cutitul chesonului 12 Strat depuneri
Captarea cu cheson este o constractie monolita care de obicei cuprinde si statia de pompare - echipata eel mai bine cu pompe cu ax vertical Schematic constructia unei captari de mai este prezentata in figura 212
B - B
c
Figura 212 Captare de mai cu cheson a-sectiune verticala 6-8 fo-detaliu sita c-sectiune orizontala
A - A
Legenda1 - camera de admisie si deznisipare a apei 2 - camera sitelor rotative 3 - camera cu rol de bazin de aspiratiepentru pompe 4 - camera uscata pentru pompe
INSPECTIA SANITARA SIMONITORIZAREA CALITATII APEI
Constructia este formata dintr-un cheson de dimensiuni mari asezat in malul raului astfel incat in fata ferestrelor de priza sa fie asigurat in permanent un nivel suficient de apa
Din cauza dimensiunilor si adancimii mari de fundare de obicei lansarea chesonului se face cu aer comprimat in partea de jos asigurandu-se o camera de lucru betonata ulterior Constructia este compartimentata vertical pe linii tehnologice dintre care una este intotdeauna de rezerva In interior se deosebesc patru camere (compartimente) cu urmatoarele roluri
1 Camera de admisie si deznisipare a apei (cu posibilitati de evacuare a nisipului depus)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
2
20
2 Camera sitelor rotative sitele rotative sunt formate din panouri de sita cu ochiuri relativ mici (1-3 mm) articulate si trecute peste doua tambururi - unui sus (motor) si altul jos (pasiv) apa trece prin panourile de sita sunt retinute pe sita impuritatile mari plutitorii in general si apoi panoul descarcat se ridica permanent ajungand deasupra nivelului apei in fata unui jet de spalare
3 Camera cu rol de bazin de aspiratie pentru pompele din camera 4
4 Camera uscata care adaposteste pompele treapta I (care trimit apa de la sursa la statia de tratare) In cazul in care nu se dispune de pompe cu ax vertical (care au motoarele montate pe platforma superioara) pot fi prevazute fi prevazute si pompe cu ax orizontal cu luarea unor masuri importante de pastrare uscata a camerelor
Cand sunt disponibile pompe cu ax vertical camerele 3 si 4 pot fi unificate In partea superioara a constructiei se prevad camera de comanda camera de manevra a vanelor si pompelor de epuisment camera motoarelor pompelor verticale si sala transformatoarelor (daca este cazul) Nivelul planseului se executa de obicei cu circa 07 m peste nivelul maxim al apelor raului cu asigurarea 1 In fata prizei se executa o pasarela de acces a personalului pentru curatarea gratarelor de la priza si indepartarea plutitorilor si ghetii Gratarele sunt rare cu distante intre bare de 3 - 10 cm
Admisia apei in priza se face prin doua serii de ferestre - o fereastra sub nivelul minim si o fereastra sub nivelul maxim Viteza de trecere a apei este de 02 - 03 ms iar nivelul de apa peste marginea de sus a ferestrei de minimum 050 m
La nivelurile mari in rau se lucreaza cu fereastra de sus pentru a evita antrenarea in priza a aluviunilor mari care sunt tarate de apa la partea de jos a albiei Pentru inchidere fiecare fereastra are in spate o stavila plana manevrabila de la suprafata In fata ferestrelor gratarele sunt rare din bare rotunde (teava) sau profile si se pot curata cu greble mecanice (la prizele mari) sau manual Gratarele trebuie sa fie executate cu atentie si iarna se pot inlocui cu gratare din lemn sau se pot lua masuri speciale pentru a se evita prinderea zaiului de barele metalice (bune conducatoare de caldura)
Zaiul este gheata in cristale fine care pluteste in masa de apa Pentru a evita blocarea cu gheata au fost imaginate mai multe sisteme toate fiind insa perfectabile Astfel la centralele termice sau industriale unde exista abur rezidual sau apa calda se transforms gratarul in radiator prin interiorul tevilor circuland agentul de incalzire sau se toarna apa calda inaintea gratarului astfel incat apa care trece prin gratar sa aiba 01 - 05degC In alte cazuri s-a transformat gratarul in rezistenta electrica legandu-1 la o sursa de tensiune convenabila (putere instalata de cca 10 kWhm2) consumul de energie este relativ mare iar pericolul de accidentare este ridicat S-a recurs si la imbracarea barelor gratarului in cauciuc ebonita sau mase plastice in scopul impiedicarii zaiului sa se prinda de bare In foarte multe cazuri insa se sparge gheata la priza cu unelte manuale atunci cand se constats ca nu mai intra apa suficienta operatiune foarte grea si riscanta In cazul in care apa raului contine in anumite perioade o cantitate mare de suspensii se poate aseza priza nu pe malul raului ci intr-un bazin executat pe malul raului iar apa raului parcurgandu-1 se produce deznisiparea
Foarte importante sunt forma sub care se amenajeaza intrarea apei din rau in bazin (existand riscul aparitiei depunerilor) si modul in care se reuseste sa se faca evacuarea depunerilor din bazin In literature de specialitate se citeaza si alte posibilitati de folosire a acestor bazine Uneori aceste bazine au fost executate sub forma de canale lungi cu priza la caparul eel mai departat Curatirea canalului se poate face prin dragare
Sunt situatii insa in care din motive locale debit mare si curgere gravitationala captarea poate fi mai simpla Captarea poate avea un singur compartiment pentru debite mici sau poate fi organizata pe linii pentru usurinta exploatarii Intrarea apei se face pe sub un timpan care evita socul plutitorilor cu gratarul si dirijarea acestora in aval Pentru punerea la uscat fiecare compartiment se prevede cu batardou demontabil Priza poate avea doua gratare in serie un gratar rar si un gratar des
O mare importanta o are directia de asezare a gratarului fata de directia circuitului de apa asezarea corecta este data de conditiile locale si uneori sunt necesare studii detaliate pe model in laborator Gratarul se poate aseza paralel cu curentul de apa putin oblic astfel incat apa sa atace gratarul sub unghiul eel mai favorabil sau frontal
243 Captari cu regularizarea albiei
Sunt situatii in care pe rau exista debitul de apa necesar pentru captare dar albia este atat de dezvoltata incat inaltimea apei nu permite derivarea debitului necesar In aceasta situatie este nevoie de inaltarea (cresterea) nivelului apei Una din solutii este de a ingusta albia prin lucrari artificiale de regularizare Intrucat asemenea lucrari de regularizare pot fi necesare si in alte cazuri (stabilirea albiei minore de exemplu) vor fi date cateva elemente generale urmand ca in caz de necesitate sa se apeleze la lucrari de specialitate Lucrdrile de regularizare se prevad si se executa cu respectarea urmatoarelor reguli generale
bull la ape mici curgerea sa fie cea dorita (stabila catre priza) iar la ape mari sa nu se produca inundatii in zonele vecine (sa nu se reduca din capacitatea de transport a albiei)
bull lucrarile sa se execute in etape pentru a se putea cunoaste reactiile la noile conditii si pentru a se putea cunoaste reactiile la noile conditii si pentru a se putea face corectari in etapele urmatoare
bull tipurile de lucrari sa se incadreze in peisaj
bull lucrarile sa nu stanjeasca circulatia apei pentru alte folosinte sau sa produca baltirea apei cu efecte de insalubritate
bull sa se prevada lucrari cu materialele din zona
bull sa fie folosita tendinta naturala de curgere a apei puterea si capacitatea colmatata a curentului
In figura 38 sunt schitate tipurile de lucrari mai des utilizate lucrari in albie (diguri de dirijare traverse de colmatare epiuri) si lucrari de aparare si consolidare a malurilor Elementele constructive tip sunt in general executate printr-o combinatie rationala de
bull combinatie de lemn cu piatra (casoaie suluri si saltele de fascine)
bull combinatie de piatra cu metal (gabioane)
bull anrocamente (piatra mare sparta)
bull beton beton armat sub forma de constructii masive sau elemente prefabricate
bull constructii vii formate din inierbare vegetatie mica (se ia in considerare capacitatea de transport a
albiei la ape mari)Apardrile de mai sunt lucrari de consolidare a malului raului impotriva efectului de eroziune al apei
la viteze mari Acestea pot fi lucrari foarte simple cum sunt taluzele inierbate cu unele elemente simple de fixare sau lucrari mai complicate ca taluz pavat cu elemente de beton zidarie de piatra rostuita sau nu
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
Figura 213 Lucrari de regularizare a albiei Tn zona prizeiLegends a - plan cu tipurile de lucrari b - tipuri de aparari de mai 1 - cu
casoaie 2 - cu dale din beton armat 3 - cu elemente mixte (zidarie de piatra secti Tnierbare) c - diguri epiuri executate din 1 - gabioane 2 - anrocamente
22
zidarie de sprijin din zidarie beton sau beton armat La constructive de mai trebuie tinut seama ca in afara de efectul de erodare si de afuiere a patului de sprijin actioneaza si impingerea malului
Digurile longitudinale sunt lucrari executate in albie care au rol de a dirija pe o portiune un spatiu relativ fix apa raului Se realizeaza din anrocamente cu marime suficienta pentru a nu fi antrenate de apa prefabricate de beton gabioane (piatra de rau balast inchis in casete de sarma zincata pentru a obtine o stabilitate generala mare - elemente simple ieftine si stabile atata timp cat sarma de la cos nu cedeaza sub efectul eroziunii si coroziunii) casoaie din lemn blocuri de beton legate elastic etc Capetele acestor diguri trebuie sa fie bine aparate eventual legate cu cate un epiu astfel incat curentul de apa sa nu patrunda in spatele digului Daca digurile sunt deversate vor fi luate masuri constructive contra afuieri sau spalarii patului cu efect imediat asupra stabilitatii constructiei
Epiurile sunt ca si digurile constructii permeabile rezistente la actiunea apei submersibile sau nu care dirijeaza apa raului pe un anumit spatiu si favorizeaza colmatarea treptatS a spatiului dintre ele Ca pozitie pot fi dirijate spre aval normal pe albie sau orientate spre amonte Se executa din aceleasi materiale ca si digurile Daca albia are un pat usor afuiabil inainte de executia digului propriu-zis se amenajeaza un pat elastic din saltele de fascine sau numai rulouri de fascine O atentie deosebitS se da capului epiului (partea terminals dinspre apa) care este elementul eel mai solicitat Totdeauna coada epiului trebuie bine incastrata in mai pentru a nu permite apei sa-1 ocoleasca
Traversele de colmatare sunt diguri scurte executate din umplutura de material local protejata cu anrocamente mari pe albia minora ce trebuie pSrSaitS sau pe bratele auxiliare care trebuie sa fie colmatate L ape mari spatiul dintre traverse se umple cu aluviuni si in timp traseul vechi al albiei minore dispare
Toate constructiile enumerate anterior si altele asemSnStoare imaginate de specialisti trebuie sa fie verificate si la efecte (in perioada de primavara nu trebuie sa se permita formarea de zSpoare -blocuri de gheata spartS aglomerata care favorizeaza inundatiile) Pe zonele de rau regularizate tipurile de constructii pentru captarea apei sunt similare cu cele pentru albia neregularizatS dar cu adancime suficientS a apei De altfel totdeauna cand se executa constructii legate de apa vor fi luate si masuri de stabilizare a albiei in zona afectata
244 Captari cu baraj de derivatie
In cazul in care pe rau nu se poate asigura nivelul minim necesar pentru captarea apei iar regularizarea albie nu este posibila sau rationala se recurge la executarea unei constructii pentru ridicarea artificials a acestuia dacS debitul captat este important iar fenomenele de iarnS nu pun probleme deosebite
Pentru a nu crea prejudicii pentru alti beneficiari constructia numita stdvilar sau baraj de derivatie trebuie sa asigure concomitent urmStoarele conditii
bull sa fie stabilS la actiunea dinamicS a apei
bull sa permita evacuarea debitelor mari fSrS a provoca inundatii sau deteriorarea altor constructii
bull sa permits evacuarea gheturilor de primSvarS
bull sa asigure navigatia plutaritul circulatia pestilor sau alte folosinte etc Forma
captSrii depinde de
bull marimea debitului captat raportul debit captat debit rau
bull variatia debitului raului si aluviunilor transportate
bull posibilitStile de executie
bull amplasamentul efectiv al prizei (natura albiei adancimea stratului impermeabil inSltimea malurilor etc)
In continuare sunt date cateva exemple de constructii caracteristice pentru asemenea prize
Captarea pentru debit mare realizabilS pe un rau mare pentru localitSti industrii irigatii energie etc Are alcStuirea generals din figura 214
Intre douS culei (o culee este o constractie de legSturS intre constructia dintre albie si mai) se executS elementul de barare a albiei adicS de ridicare a nivelului apei la cota minimS necesarS Aceasta poate fi un prag - baraj deversor dacS lungimea disponibilS si cota malului permit
evacuarea debitelor mari de rau sau baraj cu stavile mobile (stavilar) care se pot ridica sau culca (intr-un locas special prevazut) in radier lasand libera sectiunea pentru evacuarea apelor mari Sunt si cazuri in care din cauza deschiderii mari a albiei s-a adoptat o solutie mixta partial cu stavile partial cu baraj deversor sau uneori si cu baraj nedeversant
Pe malul opus captarii se executa daca este cazul ecluza pentru navigatie sau plutarit cu dimensiunile cerate de beneficiar si aproape totdeauna o scara de pesti pentru a asigura circulatia libera a pestilor intre cele doua biefuri (un bief este zona de rau aflata amonte sau aval de constructia considerate) Pe acelasi mai cu priza se gasesc doua deschideri de spalare prevazute cu vane plane care stau totdeauna partial deschise astfel incat debitul de apa care nu se capteaza sa nu deverseze peste baraj ci sa treaca pe sub aceste stavile
Se reaminteste ca in nici un caz nu este permisa captarea integrals a debitului raului in sectiunea respectiva o parte a debitului raului trebuie sa treaca in aval pentru mentinerea intr-o stare salubra a zonei (altfel devine depozit de gunoaie pe timp de ape scazute) asigurarea apei pentru vietuitoare si vegetatie Debitul ramas in albie este numit debit de servitute (Qs) Spalarea este necesara intracat prin ridicarea locala a nivelului apei s-a realizat in amonte o reducere locala a pantei energetice a curentului de apa Aceasta reducere conduce la micsorarea capacitatii de transport deci micul lac ce se creeaza in spatele barajului se umple repede cu aluviuni Umplerea se face si in dreptul gratarului fiind periclitata adancimea de intrare minima altfel spus se realizeaza ridicarea locala a fundului albiei Lasand libera circulatia apei langa gratar se produce continuu o spalare a depunerilor din cauza vitezei mari realizate sub stavilele de spalare
in unele cazuri prima pila a barajului a fost prelungita cu un pinten formand un fel de canal in fata prizei Apa circuland cu o viteza comparabila cu cea existenta in rau inainte de barare evita producerea de depuneri in fata prizei
Atat in dreptul stavilelor de spalare cat si al barajului deversor in aval se executa un disipator de energie al carui rol este de a reduce viteza apei la o limita care sa nu produca eroziuni spalari in aval de constractie spalari care ar putea periclita stabilitatea acesteia
Priza este o deschidere in culee protejata cu un gratar contra plutitorilor Pentru a evita antrenarea aluviunilor mari in priza aceasta se prevede cu un rag (grataral se aseaza deasupra fundului albiei la 05 - 10 m) Pentru a nu favoriza blocarea gratarului cu plutitori viteza de trecere este redusa 01 - 05 ms din care cauza priza are o forma de palnie Intrarea poate fi inchisa cu stavile Daca deschiderea totala este mare ea se poate reduce cu ajutorul unor pile intermediare Lungimea unei stavile nu va depasi 250 m altfel dispozitivele de ridicare a stavilelor devin greoaie In pile inaintea nisei stavilei se lasa profile U inglobate in beton cu deschiderea spre apa pentru a se putea lansa batardoul (umplutura din elemente grinzi de lemn sau metal) in scopul punerii la uscat a incintei pentru eventuale reparatii Deoarece dupa gratar viteza apei scade mult se produc depuneri care pot afecta circulatia pe canalul de legatura Spalarea lor se poate face cu o golire secundara - de spalare (vezi figura 214) Daca se inchide plecarea spre beneficiar (stavila V2) si se deschide stavila V3 se poate asigura o circulatie fortata cu 0 viteza cu 0 viteza mare (diferenta de nivel amonte-aval este mare) Daca debitul pe rau este suficient iar gratarele au o suprafata mai mare decat cea strict necesara se poate merge cu vana V3 partial deschisa - spalarea facandu-se continuu Pentru evitarea antrenarii plutitorilor mari si a ghetii in sloiuri la gratar se amenajeaza un perete de lemn scufundat partial (05 m) sau o linie de busteni legati articulat (care plutesc) Fenomenele de iarna sunt cele mai dificile la aceste prize
Captarea tiroleza este 0 captare cu gratar pe creasta (figura 215a) care se adopta in cazul in care debitul raului la ape mici este redus si nu poate asigura spalarea zonei din fata prizei iar debitul captat fiind mic captarea in mai se face greu (la aceasta constractie de captare se executa si o priza de iarna in cazul in care grataral ingheata) Captarea se aplica in zone de munte la rauri cu caracter torential pentru debite nu prea mari (sub lm3s) In unele situatii masivul de beton nu se vede din albie fiind alcatuit dintr-un prag de fund - cu gratar la nivelul fundului apei (grataral este inclinat aval pentru a evita blocarea cu aluviuni mari)
Captarea sub albie se adopta in situatia unor localitati de munte pentru care singura sansa de apa o constituie raul sau paraul care izvoraste de la cote inalte al carui debit scade foarte mult in perioadele de iarna si vara si in cazul care fenomenele de inghet dureaza timp indelungat In aceasta situatie 0 captare in albia raului va fi serios stanjenita iar exploatarea va pune probleme deosebite Pentru evitarea unora din aceste probleme au fost imaginate si executate captari sub fundul albiei intr-o zona in care albia este bine dezvoltata si are un pat de 2-3 m de aluviuni Constructia transversals dreneaza apa la unui din capetele sale unde pe malul raului dintr-un put este prelevata si transportata Aceasta captare se deosebeste insa de captarea subterana a apei infiltrate prin mai sau sub fundul albiei (cu drenuri radicale) deoarece apa captata are tot caracteristicile unei ape de suprafata dramul parcurs prin patul aluvionar fiind foarte scurt o asemenea apa are o turbiditate mai mica decat apa captata direct din rau
Schema unei captari sub albie numita uneori si caucaziana este data in figura 215b iar schema unei captari proiectata pentru extinderea provizorie a alimentarii cu apa a unei localitati din tara - la un debit de 10 dm3s in figura 215C
Din figura se observa ca in patul aluvionar al raului se executa o constractie permeabila care dreneaza apa ce se scurge prin subteran sau care se infiltreaza direct asupra constractiei In fata acestei constructii si deasupra ei se executa un blocaj din anrocamente care sa permita accesul mai bun al apei si totodata sa stabilizeze constructia contra efectului dinamic la ape mari (captarea lucreaza ca un prag de fund stabilizator)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 25
Captarea este relativ simpla usor de executat si cu rezultate bune in exploatare Trebuie insa data o atentie deosebita posibilei colmatari a zonei de acces la elementul drenant din cauza apei ce confine fibre de dimensiuni mici (celuloza si hartie) material ce se colmateaza etc
26 Captari din lacuri
Tara noastra nu dispune de lacuri naturale de volume importante care sa poata folosi drept sursa de apa Din aceasta cauza captarile vor fi analizate din punct de vedere al prelevarii apei din lacurile artificiale
In etapa actuala in tara noastra executarea de captari cu debite importante din majoritatea raurilor interioare nu se pot face fara o regularizare a debitului deoarece desi regimul precipitatiilor este relativ uniform (200-2000 mman) distributia in timp este foarte neuniforma Aceasta face ca in perioadele de primavara si toamna debitele sa fie foarte mari iar in perioada de vara si mai ales iarna debitele sa scada la valori extrem de mici cu totul insuficiente pentru alimentarea folosintelor Regularizarea debitelor se face prin lacuri de acumulare special create (bazine uriase cu volume de zeci de milioane-miliarde de metri cubi) care acumuleaza apa din rau in perioadele de viitura si permit folosirea acesteia la debitele dorite
Este insa evident ca un asemenea lac nu se poate crea decat printr-o constructie specials de blocare a albiei numita baraj constructie care prin amploare si efort de investitie pune probleme deosebite Din aceasta cauza executarea unor asemenea lucrari se face prin cooperare cu alti beneficiari lacul urmand sa aiba o folosinta complexa dupa cum urmeaza
bull va reduce viiturile si va permite protej area localitatilor si scoaterea unor suprafete de sub efectul inundatilor redandu-le circuitului agricol
bull volumul de apa acumulat confine o cantitate mare de energie hidraulica energie care poate fi transformata in cadrul centralelor hidroelectrice in energie electrica si data in circuitul energetic al tarii
bull o parte din volumul de apa acumulat poate fi preluat pentru irigarea unor importante suprafete de teren
bull parte din lac poate fi amenajat ca zona de agrement dezvoltand zona din punct de vedere turistic
bull se poate imbunatati regimul de curgere in aval cu efect si asupra calitatii apei
Din punct de vedere al alimentarii cu apa lacul are eel putin in prima perioada un efect favorabil apa prelevata fiind in general mai limpede si mai constants sub raport calitativ Aceasta presupune insa preluarea apei direct din lac (varianta I din figura 216) lucru care poate dezavantaja pe alti beneficiari (cei care se ocupa de producerea energiei de exemplu)
Pe de alta parte apa stationand mult timp in lac isi modifica calitatea iar prin descompunerea depunerilor si dezvoltarea unor microorganisme specifice apa poate sa capete gust neplacut (gustul este diferit de eel al apei de rau care este apa curgatoare) De aceea uneori apa este acumulata dar nu este captata din lac ci uzinata si lasata sa curga pe vechea albie pentru a se aera (varianta Il-a din figura 216) Solutia este
Figura 215 Captari speciale a - captare tiroleza b - captare cu galerie transversala pe fundul albiei c -
dren sub fundul albiei
favorabila in cazul in care utilizatorul de apa se afla la distanta mare Daca centrala functioneaza continuu atunci captarea se poate face in curent liber daca insa centrala (UHE) functioneaza in regim de varf (cum de obicei functioneaza asemenea centrale cateva ore in cursul zilei) atunci avalul inainte de priza trebuie prevazut un lac de compensare zilnica a debitelor lac care sa retina apa uzinata in regim neuniform si sa permita captarea unui debit relativ constant Cele doua variante aratate schematic in figura 216 trebuie comparate ca avantaje si dezavantaje
Priza de apa poate fi realizata in corpul barajului in aval de baraj sau in lac Elementele care conduc la stabilirea solutiei sunt
bull pozitia utilizatorului de apa fata de lac captare din lac daca acesta este amplasat amonte si departe de baraj in baraj sau aval pentru un consumator aval sau din alt bazin hidrografic
bull marimea lacului variatia nivelului apei in lac
bull existenta unei salbe de lacuri pe raul respectiv
bull utilizarea rationala complexa a apei acumulate (de regula la stabilirea amplasamentului lacului se statueaza si modul de folosire al apei)
bull tipul de baraj si simultaneitatea executiei barajului cu priza pentru folosinte de apa in general dupa executarea barajului priza poate fi numai in aval sau in lac
bull conditiile reale de teren trebuie tinut seama ca baraj ele cu lacuri mari de acumulare sunt situate in zona de deal - munte
bull conditiile rationale de tratare a apei obtinute din lac
261 Priza tn aval de baraj
Se poate executa oricand inainte si dupa executia barajului in forme si la debite adecvate Sunt posibile urmatoarele tipuri de captari
bull captari in curent liber de forma celor descrise anterior pe raul pe care debitul regularizat prin lac are valori mult mai mari
bull captari in baraj sau in lac in cazul in care lacul are ca principals folosinta alimentarea cu apa sau cand barajul este realizat pentru un lac de compensare a debitelor rezultate de la functionarea unor centrale hidroelectrice din amonte
bull captari in lac in cazul in care lacul compenseaza folosinta energetica iar beneficiarul este departe de baraj in amonte
262 Prize Tn corpul barajului
Sunt gandite si executate odata cu barajul astfel incat sa nu pericliteze siguranta in functionare a acestuia dar sa poata preleva apa de calitatea cea mai buna existenta la un moment dat in lac
In cele ce urmeaza sunt date exemple de captari de apa executate in baraj Daca barajul este din beton priza este de regula comuna cu barajul (figura 217)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 27
apa curgatoare Barajul care realizeaza lacul de compensare este din materiale locale cu un sistem de stavile pentru spalarea depunerilor de viitura (figura 219)
In figura 220 este schitata captarea dintr-un lac al carui baraj este executat din materiale locale cu miez de etansare din argila Captarea se executa total izolat de baraj (in malul natural sau in lac figura 221 - pentru a nu-i produce dificultati barajului prin exfiltrarea apei pe langa sistemul de transport al apei) si pentru ca priza sa nu aiba dificultati la tasari neuniforme ale barajului Apa captata din priza turn de la cote diferite functie de calitatea acesteia este evacuata prin conducte sau galerii amplasate in malul natural
Acest tip de captare poate fi aplicata si in alta pozitie in cuprinsul lacului pentru beneficiari riverani - amonte de baraj
Cand principala folosinta a lacului este de combatere a undei de viitura captarea poate avea o forma speciala (figura 222) Captarea este amplasata la o cota deasupra rezervei destinata acumularii depunerilor din lac si trebuie sa evite blocarea cu corpuri mari ce pot cadea prin apa intrucat nu este accesibila decat la ape mici - lac gol sau lac golit
263 Captari in lac
Se utilizeaza atunci cand in amplasament nivelul apei este asigurat intotdeauna deasupra unor valori limita Se pot practica o captare de tip turn (figura 221) cand debitul captat este important iar nivelul lacului relativ constant o captare plutitoare cand alimentarea cu apa este sezoniera sau conditiile de iarna nu sunt severe o captare de fund cand lacul este de adancime mare si cu un volum de apa important (figura 223a)
Captarea de fund este formata dintr-un sorb (pot fi prevazute mai multe asemenea constructii separate) asezat pe o confectie metalica stabila de tip tetrapod Se amplaseaza deasupra nivelului (apreciat) de colmatare si sub nivelul minim al apei din lac (acoperire mai mare pentru a o feri de plutitori) Zona captarii va fi balizata pentru a fi ferita de accesul plutitorilor si a putea fi usor reperata pentru control se marcheaza si zona de protectie daca este cazul Conducta de legatura (suficient de elastica daca are lungime mare) se lanseaza prin plutire si poate permite ridicarea prizei in caz de nevoie Captarea va fi amplasata la o asemenea adancime incat sa nu fie deplasata de valuri si totodata nu intr-o zona in care valurile pot pune in miscare depunerile de pe fund si deteriora calitatea apei Captarea este tipica pentru prelevarea apei din lacurile naturale (figura 223b)
Existenta lacurilor de acumulare ridicS probleme importante sub trei aspecte generale aspecte care pot influenta calitatea apei captate siguranta in functionare a prizei sau si a zonelor vecine
bull pentru lacurile mici problema cea mai importanta este legata de colmatarea cu aluviuni lipsa masurilor de protejare amenajare si stabilizare a solului in bazinul hidrografic conduce la antrenarea unei mari cantitati de sol (mai ales fertil) care blocheaza in scurt timp volumul lacului
bull pentru lacurile cu volum mediu (milioane de m3) problema cea mai importanta este eutrofizarea apei lacului
bull pentru lacurile mari (sute de milioane m3) problema importanta este imbdtrdnirea lacului (o eutrofizare lenta avand ca punct final obtinerea unei ape de calitate total deosebitS de aceea a raului din care pro vine)
Eutrofizarea lacurilor este o problema acuta a multor lacuri din zone de ses si colinare Cauza principals este aportul de substante fertilizante (fosfor carbon azot) Fosforul (adus in apa in special din apele uzate orSaenesti - neepurate adecvat) in cantitSti mici favorizeaza randamentul de functionare a fitoplanctonului care la randul lui favorizeazS fixarea azotului cu ajutorul bacteriilor Dezvoltarea fitoplanctonului favorizeazS dezvoltarea zooplanctonului si deci a populatiei de pesti
DacS fluxul energetic si aportul de substante este moderat atunci ciclul se incheie devine stabil si lacul isi pSatreaza calitatea de lac oligotrof (figura 224a) In cazul in care cantitatea de fosfor creste creste volumul de fitoplancton deoarece nu exista suficient azot si lantul se rupe Zooplanctonul si pesti mor substantia organicS creste bacteriile consumS oxigenul si lacul devine eutrof acoperindu-se cu vegetatie (care are rSdacinile in malul situat pe fundul lacului si frunzele la suprafata realizand fotosinteza figura 224b) Consumarea oxigenului de cStre substantele in descompunere si capacitatea redusa de aerare fac ca apa lacului sa aibS de regulS un continut mai redus de oxigen
Daca se reduce cantitatea de nutrient (in special fosforul) dupa un timp calitatea apei se imbunatateste neajungand insa la calitatea initials (se considers ca un continut Tn fosfor de 10-20 mgl este acceptabil)
Imbdtrdnirea lacurilor este fenomenul de modificare continuS a calitatii apei lacului ca urmare a noului echilibru ce se realizeazS intre aportul de substante si circulatia apei Apa care ajunge in lac este o apa cu continut ridicat de substante minerale si organice Acestea se depun se descompun intra in reactie formand substante noi cu continut de Fe N S C (H2S CH4) substante care modifies chimismul apei Pe baza aportului de substante si sub influenta luminii creste productia de masa organica (schema lacului oligotrof) Apare un fenomen nou de circulatie a apei in lac vara apa de la suprafata este calda deci mai usoarS toamna insa apa se rSceste devine mai rece decat apa de la fundul lacului (are cca 4degC sub 15 - 20 m temperature ramane relativ constants) deci devine mai grea (densitatea creste la scaderea temperaturii) si coboarS inlocuind apa mai calda de adancime apa care se ridicS (depunerile mai pot fi agitate si de valurile de la suprafata)
Pozitia captarii in lacurile adanci trebuie sa fie totdeauna in zona medie cu temperature relativ constants (6 - 12degC) si unde nu se simte direct influenta descompunerilor ce se produc la fundul lacului (sau tulbureala datS de depunerile rSacolite)
28 Procese de pre-tratare aplicarea de algicide
Algele sau cianobacteriile (algele verzi-albastre) din lacurile si acumularile de stocare pot crea probleme de gust si miros precum si aparitia unor substante ce provoaca imbolnaviri (toxine) Pentru controlul dezvoltarii algelor sau cianobacteriilor se pot folosi compusi care distrug algele (algicidele) Daca are loc un eveniment legat de utilizarea algicidelor (calitatea apei este afectata de utilizarea unui algicid) pot avea loc urmatoarele
bull daca se utilizeaza algicide in exces substanta chimica poate provoca imbolnaviri
bull daca volumul de alge sau cianobacterii este prea mare si nu poate fi controlat de algicid toxinele din alge cianobacterii pot provoca imbolnaviri
bull daca se utilizeaza ca algicid paiele de orz substantele din paie pot reactiona cu dezinfectantele si forma subproduse ce provoaca imbolnaviri
Aplicarea de algicide in sursa de apa poate prezenta riscuri pentru sanatatea si siguranta muncii operatorilor Acestea sunt recunoscute dar nu vor fi discutate deoarece astfel de riscuri fac obiectul legislatiei muncii si protectiei muncii Algele sau cianobacteriile din sursa de apa pot interfera cu functionarea statiei de tratare Un bun control al cresterii lor face sa se diminueze necesitatea pre-oxidarii Se reduce de asemenea cantitatea de dezinfectant ce se pierde in reactia cu algele sau cu substantele pe care acestea le elimina in apa
31 Alcatuirea statiilor de tratare a apei
Rolul statiei de tratare este de a corecta calitatea apei brute pana la atingerea cerintelor utilizatorului Exista o multitudine de procese de tratare care se utilizeaza in practica insa schema generala a unei statii de tratare (figura 31) cuprinde
bull trepte multiple de oxidare (pre-oxidare post-oxidare) cu scopul de a oxida compusi chimici dar si de a realiza bariere succesive in calea micro-organismelor
bull procese de limpezire a apei care constau in
o coagulare-floculare cu reactivi chimici in camere de reactie special amenajate
o decantarea apei pentru retinerea suspensiilor coagulate
o filtrarea pe strat de nisip pentru finalizarea procesului de limpezire
bull afinarea apei constituita din oxidare cu ozon urmata de adsorbtie pe carbune activ granular cu scopul indepartarii anumitor compusi chimici toxici
bull dezinfectia apei pentru indepartarea totala a virusurilor bacteriilor si altor micro-organisme din apa treapta obligatorie in Romania conform Legii privind Calitatea Apei Potabile nr 4582002
3
Pentru eliminarea duritatii se pot adopta scheme cu schimbatori de ioni sau cu reactivi chimici (var si soda) in functie de tipul duritatii (temporara sau permanenta)
Orice statie de tratare este deservita de anumite facilitati pentru intretinerea proprie Printre acestea se mentioneaza
bull statia de reactivi chimici cu rolul de a stoca prepara si doza reactivii necesari procesului de tratare (coagulanti floculanti agenti dezinfectanti corectie pH etc)
bull sisteme de spalare filtre rapide constituite din statii de pompe si de suflante
bull laborator pentru a determina corectitudinea procesului de tratare dar si calitatea apei produse
bull alte facilitati printre care se mentioneaza sisteme de recuperare a apei de la spalare filtre si a namolului din decantoare
311 Exemple de statii de tratare
O schema de tratare cu filtrare directa este prezentata in figura 32 Uzina de apa a orasului Los Angeles - SUA (Los Angeles Aqueduct Filtration Plant) are o capacitate instalata de 185 m3s filiera tratare fiind prezentata in cele ce urmeaza
bull pre-oxidare cu ozon 4 generatoare care produc 3780 kg CVzi (doza medie ozon 15 mgdm3) 4 bazine de contact (timp de contact minim 49 min)
bull coagulare (amestec rapid) 8 camere de reactie echipate cu agitatoare dinamice timp minim de amestec 086 s pentru doua camere inseriate Reactivi utilizati clorura ferica sulfat de aluminiu polimeri anionici si neionici soda caustica clor
bull floculare 36 camere de reactie lenta timp minim de reactie lenta 8 min pentru 3 bazine inseriate
bull filtrare 24 unitati (aria unei unitati A=160 m2) strat de antracit cu inaltimea de 24 m viteza de filtrare 175 mh care asigura un timp de contact de 10 minute
bull dezinfectie finala cu clor (doza maxima clor 56 mgdm3)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 3
Un alt exemplu de schema de tratare care nu cuprinde treapta de decantare este uzina de apa Ivry (Franta) modernizata in 1987 (debit instalat Q = 300000 m3zi) Dupa modernizare uzina cuprinde urmatoarele procese (figura 33)
bull pre-oxidare cu ozon doza uzuala 10 mg CVdm3
bull coagulare (amestec rapid) cu clorura ferica (5 - 10 mgdm3) si polimer anionic (0025 -005 mgdm3)
bull pre-filtrare faza I - (coagulare pe masa de contact) 18 unitati de 815 m2 strat biolit 10 m viteza de filtrare maxima 10 mh
bull floculare cu clorura ferica (2-6 mg Fe3+dm3) si polimer (005 - 10 mgdm3)
bull pre-filtrare faza II - nisip 22 unitati de 81 m viteza de filtrare 9 mh
bull filtrare lenta 30 cuve (23000 m2) viteza maxima de filtrare 13 mzi inaltime strat 07 m
bull post-ozonare timp de contact 4 minute doza uzuala 04 - 06 mg CVdm3
bull filtrare pe CAG inaltime strat 10 m viteza de filtrare 10 mh
bull dezinfectare finala cu hipoclorit de sodiu
In figura 34 este prezentata o schema tehnologica a unei uzine de apa aplicata in cateva mari uzine de tratare (Qgt2000 m3h) ce preiau apa bruta direct din fluviul Ruhr Schema asigura o eliminare optima a microorganismelor Concentratia de Cryptosporidium in apa raului Ruhr variaza de la 0 la 5 unit(100 dm3) iar concentratia chisturilor Giardia de la 8 la 250 unitdm3 Nu au fost detectate aceste organisme in treptele premergatoare dezinfectarii Se remarca prezenta treptelor de filtrare incepand cu filtrarea mecanica pe microsite in capatul amonte al filierei de tratare si continuand cu un pachet de trei trepte de filtrare (dublu strat carbune activ granular si filtre lente) care asigura o eficienta foarte mare din punct de vedere microbiologic
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 3
Figura 34 Filiera tehnologica uzina de apa Mulheim an der Ruhr
(Germania)
Un exemplu de schema tehnologica combinata (Q=32 m3s) este prezentata in figura 35 Apa bruta (fluviul Elba) este puternic incarcata in poluanti Filtrarea primara (bazine de infiltratie) reduce de cateva ori incarcarea microbiologica iar in cazul folosirii treptelor de floculare sedimentare si filtrare reducerea incarcarii microbiologice este de circa 9999
Prin curgerea in stratul subteran se obtine o apa ce se incadreaza in normele privind calitatea apei potabile Dezinfectia finala este aplicata pentru a preveni cresterea masei bacteriene in sistemele de distributie Uzina este prevazuta a fi modernizata cu treapta de oxidare cu ozon si filtre multistrat
In Elvetia sunt intalnite in principal scheme complexe de tratare avand la baza procese biologice (figura 36) Treptele de tratare clasice (pre-oxidare cu ozon coagulare-floculare filtrare rapida) sunt urmate de corectia pH-ului si postozonare in fmalul filierei de tratare se prevad reactoare biologice inseriate (filtre CAG activate biologic urmate de filtre lente) Se urmareste in principal reducerea indicatorilor biologici si bacteriologici prin reducerea concentratiilor de carbon organic asimilabil (AOC lt 10 ug Cdm ) Se remarca absenta dezinfectarii finale Se obtine o apa biostabila introducerea acesteia intr-o retea de distributie nu necesita prezenta unui dezinfectant rezidual Se asigura in acest mod o siguranta ridicata la consumator in ceea ce priveste potentialul de formare al trihalometanilor
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 3
33 Procese de oxidare
Procesele de oxidare pot fi intalnite in toate statiile de tratare in doua sectiuni caracteristice ale schemei
bull pre-oxidare in capatul amonte al filierei pentru oxidarea substantei organice plancton inactivare microorganisme obiectul principal este asigurarea functionarii optime a proceselor de tratare si evitarea contaminarii acesteia
bull post-oxidarea amplasat dupa procesele de tratare conventionale (decantare si filtrare rapida pe strat de nisip) urmareste oxidarea totala a micro poluantilor reducerea materiilor organice naturale si inactivarea totala in ape limpezi a compusilor biologici si bacteriologici
331 Pre-oxidare
In mod obisnuit se utilizeaza urmatorii agenti oxidanti clor ozon dioxid de clor 3311 Clorul(Ch)
Clorul se utilizeaza in mod uzual cu doze cuprinse in domeniul 1 - 3 mgl cu timp de contact minim Tc=30 minute in anumite situatii (inflorire algala sau poluare accidentala) dozele pot fi mai mari dar se urmareste evitarea formarii sub-produsilor organo-clorurati (de exemplu trihalometani THM) prin efectuarea de incercari pe apa sursei pentru a se stabili potentialul de formare
Clorul este adoptat frecvent datorita costurilor reduse implicate Reactia clorului trebuie urmarita cu atentie luand in consideratie agentii reducatori (H2S Mn2+ Fe3+) si materiile organice naturale in diagrama din figura 37 se poate urmari procesul de reactie al clorului in apa (clorare la breakpoint) Punctul critic se atinge daca raportul masic intre clor si amoniac variaza intre 81 -101 (teoretic 761)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 40
3312 Ozonul(03)
Ozonul este un gaz violet instabil care degaja un miros iritant caracteristic
Se produce prin descarcari electrice la diferente de potential ridicate intre doi electrozi intre care curge aer sau oxigen pur Eficienta productiei depinde de diferenta de potential frecventa caracteristicile materialului dielectric si spatiul care separa dielectricele Progresele tehnologice din ultimii 20-30 ani au condus la reducerea consumului de energie la 10 - 12 kWh 1 kg O3
Dozele uzuale de ozon sunt in gama 1 - 3 mgCVdm3 iar timpul de contact uzual este Tc=10 minute Se tinde spre adoptarea solutiei cu doua reactoare in serie ca in figura 38 Adancimea apei in reactoare poate atinge 6-75 m
Conceptual reactoarele de ozon functioneaza pe baza interceptarii curentului de apa descendent de catre voalul de bule mici de ozon in miscare ascendents
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
0
4
3313 Dioxidul de clor (CIO2)
Se poate obtine din clorit de sodiu si clor conform reactiei
2NaC102 + Cl2rarr2C102 + 2NaCl (31)
Stoechiometric 1 g dioxid de clor se obtine din 134 g clorita de sodiu si 05 g de clor
Este instabil si exploziv la temperaturi T gt (-40degC) Se produce imediat inainte de injectia in apa La 20degC si presiune partiala de 53 kPa solubilitatea este 4 gdm3
Avantajele utilizarii CIO2 sunt
bull nu formeaza sub-produsi de tip trihalometani (THM)
bull are putere oxidanta mai buna oxideaza fenoli si este foarte eficace la pH peste 85
Dozele utilizate frecvent 01 - 05 mgl timpul de contact fiind Tc = 10 min Se mentioneaza ca pentru doze mai mare de 05 mgl exista riscul formarii de sub-produsi de tip clorati
Reactoarele de pre-oxidare utilizeaza agitatoare mecanice (rezistente la coroziune) care asigura amestecul mecanic cu randamente ridicate intre apa de tratat si solutia de CIO2
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 4
332 Post-oxidare
In filierele de tratare se dezvolta din ce in ce mai mult conceptul de post-oxidare cu ozon pe apa limpezita dupa filtrele rapide de nisip pentru ca eficienta transferului creste se reduc dozele de ozon si oxidarea micro-poluantilor devine mai eficienta
incadrarea procesului de post-oxidare in schema statiei de tratare se realizeaza totdeauna ca infigura 310 n
Dozele de 03 in post-oxidare nu depasesc 2 mgl Principiile reactoarelor de ozon sunt identice cu cele utilizate in pre-oxidare
Post-oxidarea cu ozon combinata cu adsorbtia pe CAG este procesul (denumit afinare) capabil sa asigure
- eliminare totala compusi biologici microbiologici si micropoluanti
- reducere materiilor organice naturale astfel incat TOC lt 25 g Cl
- eliminare pesticide
333 Alegerea oxidantului
Alegerea oxidantului se bazeaza pe analiza calitatii apei caracterizarea marimii poluarii care poate apare (continut materii organice naturale carbon organic total numar de microorganisme perioade duraf deg ce aparitie)
Alegerea agentului oxidant are la baza costuri si implicatii in filiera tehnologica
Tabelul 35 Caracteristici principale Tn alegerea oxidantilor Nr crt
Oxidant Avantaje Dezavantaje
1 Clor-Cl2 - costuri reduse- cunoastere operare- este remanent (rezidual) in reteaua de
distributie
formeaza THM - necesita timpi de contact mari
2 Dioxid de clor - C102 - capacitate de oxidare mai ridicata in raport cu Cl2
- nu formeaza THM- este remanent (rezidual) in reteaua de
distributie
- necesita preparare si dozare instantanee- la doze prea mari poate forma cloraticosturi mai mari in raport cu Cl2
3 Ozon - 03 - cea mai mare capacitate de oxidare- nu formeaza THM
- necesita preparare si dozare instantaneeconsumuri energetice mari- poate forma subprodusi de tip bromaji sau
aldehide- nu este remanent (rezidual) in reteaua de
distributie
4
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 4
Figura 311 Fortele
ce actioneaza asupra
particulelor aflate Tn
apa
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
3511 Deznisipatoare
Sunt destinate sa retina particulele de tip nisip pentru protectia utilajelor din schema statiei de tratare Schema unui deznisipator orizontal este data in figura 313
Figura 313 Deznisipator orizontal longitudinal
1 Gratar 2 Bare de linistire 3 Nisa pentru reparatii Tn caz de avarie 4 Stavilar de intrare 5 Vane de golire 6 Stavilarde iesire 7 Galerie de golire
In zona de intrare a apei in deznisipator se monteaza un gratar rar pentru impiedicarea accesului corpurilor mari in interiorul bazinului Pentru linistirea curentului se monteaza bare verticale de linistire Peretii laterali ai deznisipatorului se executa cu evazare catre exterior pentru a permite preluarea impingerilor survenite din podul de gheata care se formeaza pe timp de iarna la suprafata bazinului Panta radierului bazinului trebuie sa permita evacuarea depunerilor in zona din aval a bazinului Evacuarea depunerilor se poate realiza cu mai multe sisteme
bull prin hidro-mecanizare cu scoaterea din functiune a unui compartiment
bull prin golirea totala a compartimentului (numai pentru debite foarte reduse)
bull cu electro-pompe speciale purtate de o grinda rulanta
3512 Decantoare statice
Sunt destinate surselor cu variatii mari de turbiditate la care 50 - 60 din suspensii sunt de natura minerala (gravimetrice) in figura 314 se prezinta schema unui decantor orizontal longitudinal Elementele principale ale bazinului sunt
bull zona de intrare in care se gaseste un perete de linistire a curentului in partea superioara respectiv canalul de evacuare a depunerilor in partea inferioara
bull decantorul propriu-zis cu radier cu panta catre basa de evacuare a namolului amplasata in zona incipienta a bazinului
bull zona de evacuare a apei decantate care este bordata de un gratar cu rolul impiedicarii accesului plutitorilor
Curatirea decantoarelor orizontale se realizeaza
bull Intermitent prin golire si evacuare depuneri hidraulic sau mecanic
bull Continuu cu ajutorul podurilor racloare care strang depunerile in base special amenajate
Dificultatile in operarea decantoarelor statice se pot sintetiza
bull sunt influentate de factori atmosferici vant gheata insorire
bull miscarea este turbulenta ca structura si particule fine pot fi repuse in stare de suspensie
bull echilibrarea fluxului hidraulic se realizeaza cu dificultate
bull eficienta retinerii nu depaseste 10-15 NTU la apa decantata
37 Filtrarea apei - generalitati
Filtrarea este procesul de limpezire finala a apei (stadiul II) la curgerea printr-un mediu poros de obicei format din nisip cuartos Procesul simuleaza infiltratia apelor superficiale in mediile poroase din subsolul pamantului Procesul este cunoscut si aplicat de mult timp (primul brevet s-a emis in 1830)
Schema generala (figura 323) indica filtrul ca fiind format dintr-un bazin (cuva) in care apa curge in sens descendent traverseaza mediul poros sustinut de un drenaj si ajunge intr-un rezervor de apa filtrata amplasat sub drenaj Sistemul este dotat cu toate instalatiile de introducere -prelevare apa preaplin si golire
Parametrii fundamentali ai procesului de filtrare sunt
bull viteza de filtrare definita (ca viteza aparenta) cu relatia urmatoare
vF = Q A [ m h ] [mzi] (313)
In care
Q - debitul de apa filtrata
A - suprafata orizontala a stratului filtrant in
functie de viteza de filtrare se pot clasifica in
o filtre lente (biologice) - VF = 01 - 025 [mh]
o filtre rapide - vF = 4 - 10 [mh|
o filtre ultra-rapide
bull mediul filtrant - in general nisip cuartos care sa realizeze prin uniformitatea granulelor un volum de goluri in care sa se acumuleze suspensia retinuta din apa caracteristicile sunt diferite pe tipuri de filtre
bull pierderea de sarcina (hr) exprimata ca diferenta intre nivelul apei in cuva filtrului si nivelul apei in rezervorul de apa filtrata este data de colmatarea stratului si este variabila in timp
49
38 Filtre lente
Se bazeaza pe formarea unei membrane biologice constituita din colonii de bacterii aerobe -amplasata la suprafata stratului de nisip (pe primii 2-3 cm) Elementul fundamental este dezvoltarea membranei (in 1 - 3 zile) functie de caracteristicile apei Dupa o perioada (30 - 50 zile) membrana se colmateaza si incepe sa se rupa degradand calitatea apei Aceasta se razuieste (se curata) manual sau mecanic si procesul este reluat In figura 52 se indica schema unui filtru lent
Dispoizitiv de curatat_____________________________membrana biologtca
Figura 325 indica tipurile de organisme care pot fi intalnite pe o adancime de 30 cm in nisipul filtrului lent
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
Nisipul din filtrul lent trebuie sa aiba urmatorii parametri
bull granulozitatea in domeniul dg = 035 - 050 mm
bull coeficientul de neuniformitate ult 15
(314)
In care d6o - diametral ochiurilor sitei prin care trece 60 din materialul cernut
d1o - diametral ochiurilor sitei prin care trece 10 din materialul cernut
01
50
bull inaltimea stratului de nisip H=90-100 cm cand grosimea stratului de nisip ajunge dupa curatiri succesive la 70 - 80 cm este necesara completarea la inaltimea initiala
Solutia filtrelor lente se prevede la debite relativ mici (max 10000 m zi) si surse de apa in general curate (lipsite de alge culoare poluanti toxici) Se pot obtine rezultate performante la ape necoagulate Operarea sistemelor de filtre lente este simpla Procesul de filtrare lenta este asimilat cu procese fizice si biologice Acestea din urma necesita o atentie si urmarire continua in etapele de operare a filtrelor in special referitor la starea coloniilor de bacterii aerobe din membrana biologica
310Filtre rapide
In figura 326 se prezinta schema unui filtru rapid Acesta este constituit din urmatoarele elemente componente
bull sistem admisie apa in cuva - are rolul echirepartitiei debitului catre cuvele de filtre
bull stratul filtrant peste care exista un strat de apa
bull drenaj cu rolul de a sustine stratul filtrant si de a transforma bulele mari in bule fine in procesul de spalare inversa
bull sistem de mentinere a nivelului apei in filtru (pentru filtrele cu functionare in sistem nivel constant si debit variabil)
bull statie de pompare apa de la spalare filtre si statie de suflante
bull instalatii hidraulice grupate in galeria tehnologica cu rolul de a asigura toate utilitatile necesare functionarii corecte a procesului (conducte si vane apa filtrata apa spalare aer spalare preaplin golire etc)
bull rezervor de apa filtrata amplasat de obicei sub toata statia sau in anumite cazuri numai sub galeria tehnologica
Procesul consta in doua etape
bull filtrarea apei parcurgand in sens descendent stratul de nisip si drenajul
bull spalarea filtrului in sens ascendent in doua faze distincte
o faza 1 (durata Ti=5-10 min)
o faza 2 - limpezire (durata Ti=10-15 min)
51
in ultimii 30-40 de ani in lume a existat o preocupare constants pentru perfectionarea procesului in sensul obtinerii performantei in calitatea apei filtrate (turbiditatea sa se incadreze in domeniulOl - 10 NTU)
Mecanismele de retinere in filtrele rapide se pot sintetiza ca in schema urmatoare
3101 Mediul filtrant
Calitatile materialului filtrant sunt urmatoarele
bull domeniul de granulozitate dg = 085 - 2 mm
bull coeficientul de neuniformitate u=d6odio lt 15
bull fractiunile inferioare diametrului 085 mm si superioare dmax 2 mm inferioare procentual la 10 in greutate
bull diametrul efectiv def = dio = 09-1 mm
bull sa realizeze un numar de goluri (porozitate) mare (pgt40)
bull forma granulelor apropiata de sfera pentru obtinerea unui grad de acoperire ridicat
bull continut de roci cuartoase recomandabil peste 95
bull sa aiba duritate (gt 7 in scara Mohs) pentru a nu se sfarama la spalare
Calitatea materialului filtrant influenteaza viteza de filtrare O serie de studii au indicat domeniul optim de granulozitate al nisipului de filtru conform figurii 328
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 52
3102 Calitatea influentului fn corelatie cu materialul filtrant
Pentru realizarea unei retineri eficiente a suspensiilor se impune ca in influentul filtrelor acestea sa fie floculate Aceasta se caracterizeaza prin coeficientul de coeziune al suspensiilor floculate (namol retinut) aceasta caracterizeaza capacitatea de rezistenta la forfecare si depinde de doza de floculant si natura (minerala sau organica a suspensiilor)
Procesul de optimizare a filtrarii rapide a apei ia in considerate principiul un filtru va functiona optim cand va produce cea mai mare cantitate de apa intre doua spalari succesive aceasta se va realiza cand timpul in care se atinge pierderea de sarcina limita este egal cu timpul in care se calitatea apei filtrate se inrautateste la limita maxim acceptabila (Ti = T2) sau penetrarea impuritatilor in interiorul masei filtrante se va efectua cu aceeasi viteza cu care creste pierderea de sarcina Expresiile celor doua perioade au fost determinate de cercetatorii Richard si Croce-Spinelli
Tx = a bull σ - 0 9 5 bull k-075bull def-045bull h0
n95bull v -185 (316)
T l = b bull σ-075 k - 0 7 5 bull dlef
1 5 Δhr05 bull vF
-065 (317)
In care Ti - perioada in care turbiditatea apei filtrate atinge valoarea limita (1 NTU)
T2 - perioada in care se atinge pierderea de sarcina limita (15 - 18 m)
a b - coeficienti empirici (experimentali)
hn - grosime strat nisip
Δhr- viteza de crestere a pierderii de sarcina
INSPECTIA SANITARA SI MOMTORIZAREA CALITATII APEI
VF - viteza de filtrare
k - coeficient de coeziune al namolului
a - depozitul specific (volumul de suspensii raportat la volumul de material filtrant)
Se constata ca fiecare filtru poate conduce la un ciclu optim functie de calitatea nisipului grosimea stratului calitatea flocularii suspensiilor din apa influenta si viteza de filtrare
3103 Variatia pierderii de sarcina
Urmarirea pierderii de sarcina este importanta pentru ca poate pune in evidenta functionarea filtrului Operarea optima a unui filtru se realizeaza prin urmarirea in timp a variatiei pierderii de sarcina si turbiditatii Masurile pentru realizarea acestui optim sunt
53
bull reducerea vitezei - cele mai performante filtre lucreaza cu viteze de filtrare variabile astfel incat colmatarea stratului sa se realizeze fara socuri
bull adaugarea unui polimer (doze 01 - 02 mgl) in influent pentru a mari rezistenta particulelor floculate
bull imbunatatirea calitatii nisipului
Presiune (m col H20)
Figura 329 Estimarea pierderii de sarcina Tn
stratul filtrant
3104 Spalarea filtrelor
Se realizeaza in contra curent de apa si aer comprimat Elementele tehnice care intervin esential in obtinerea performantelor spalarii sunt
bull calitate drenaj - din punct de vedere al uniformitatii debitelor de apa si aer
bull colectarea uniforma a apei de la spalare
bull metoda de spalare care sa asigure eliminarea totala a suspensiilor retinute in strat cu resurse minime
bull drenaj de mare rezistenta hidraulica (cu placi cu crepine)
Se bazeaza pe principiul introducerii unei rezistente hidraulice de 15 - 20 cm coloana de apa (reducerea brusca de sectiune la intrarea apei in tija crepinei) care asigura uniformizarea intensitatilor de spalare pe suprafata cuvei (abateri de plusmn 3-5) In figura 330 se prezinta schema drenajului cu placi cu crepine
Se pun conditii severe din punct de vedere constructiv pentru realizarea drenajului
bull asigurarea etansarii perfecte
bull asigurarea cotei exacte si unice pentru pozitia orificiilor de aer
bull rezistenta cosurilor crepinelor
bull asigurarea formarii unui nivel de separatie apa - aer uniform si constant pe toata suprafata cuvei
Cele mai performante filtre din punct de vedere al spalarii sunt filtrele cu baleiaj la spalare (figura 331)
INSPECTIA SANITARA SI MOMTORIZAREA CALITATII APEI
55
55
in perioada de spalare a filtrului nivelul in cuva se afla la cota NS jgheaburile J nu mai deverseaza si prin orificiile de la baza jgheaburilor se creeaza un curent de baleiaj (1-2 dm3sm2) cu apa decantata care impinge suspensiile spre jgheabul de colectare Se reduc astfel timpii de spalare (cu 50) si intensitatile si volumele de apa de spalare
Prin curgerea ascendenta a aerului masa de nisip vibreaza si peliculele de namol se desprind de granule Curentul ascendent de apa le antreneaza Spalarea numai cu aer induce vibrarea masei de nisip si depunerea namolului in zona inferioara a stratului De aceea este contraindicata spalarea numai cu aer in faza 1
In general echipamentele pentru asigurarea debitelor apa de spalare se adopta un utilaj (pompa) in faza 1 si inca o pompa de acelasi tip pentru faza a Il-a
3105 Asigurarea repartitiei uniforme a influentului
Pentru asigurarea repartitiei uniforme a apei decantate se utilizeaza diverse sisteme Cel mai performant este sistemul cu deversori neinecati conform cu schema din figura 332
3106 Sistemele hidraulice
Sistemele hidraulice asigura deservirea statiei de filtre atat in procesul de filtrare cat si in procesul de spalare Acestea se vor dimensiona conform vitezelor economice prezentate in tabelul urmator
3107 Reglajului debitului si nivelului de apa in cuva
Pentru filtrele care functioneaza cu nivel constant si debit variabil este foarte important ca nivelul apei in filtru se fie mentinut pseudo-constant Aceasta se asigura cu diverse sisteme de plutitori (regulator de nivel amonte) care comanda vana de pe conducta de apa filtrata sau cu sisteme electronice si hidraulice conform figurii 333
Figura 333 Sistem de reglare electronic al nivelului apei Tn filtru
Legends 1 Strat filtrant 2 Vana apa filtrata 3 Parghie comanda vana 4 Electrovana de comanda 5 Regulator electronic 6 Senzor de presiune pentru nivel filtru 7 Senzor de presiune sub planseu 8 Potentiometru 9 Indicator de
colmatare 10 Alimentare cu fluid de comanda
313 Afin area apei
Procesul de afmare a apei este constituit din combinatia intre procesul de post-oxidare cu ozon a apei filtrate urmat de adsorbtie pe carbune activ granular
3131 Post-oxidarea cu ozon
Ozonul (O3) se obtine din aer sau oxigen supus la descarcari electrice printr-un dielectric In figura 334 se prezinta un element dintr-un ozonor
figura 334 Element tubular de ozonor
1 - Intrare gaz vector (aeroxigen) 2 3 - Electrozi 4 - Dielectric 5 - Spatiu de descarcare electrica 6 - Gaz vector +
ozon 7 - Apa racire
Diferentele de potential la care se lucreaza sunt cuprinse intre 6000 - 18000 V functie de natura si grosimea dielectricului marimea spatiului de descarcare si presiunea absoluta de functionare
Concentratiile de ozon in gazul vector obisnuite sunt
bull 10-40gm - in cazul utilizarii aerului
bull 10-140 gm3 - in cazul utilizarii oxigenului
Pentru a realiza concentratii optime si stabilitatea procesului se cere punct de roua -60degC -80degC
Energia specifics pentru productia de ozon
bull 13-18 kWhkg O3 - produs din aer
bull 8-10 kWhkg O3 - produs din oxigen
Actiunea O3 asupra apelor de consum se poate sintetiza
bull imbunatatirea calitatilor organoleptice (gust miros culoare)
bull activitate bactericide si virulicida
bull oxidarea materiilor organice
bull oxidare micro-poluanti
bull imbunatatirea biodegradabilitatii in amonte de CAG
3132 Adsorbtie pe carbune activ granular (CAG)
Carbunele activ se poate obtine din carbuni minieri sau din coaja de nuca de cocos Majoritatea carbunilor minieri pot fi convertiti in carbune activ insa proprietatile carbunelui activ depind esential de calitatea initiala a carbunilor in special in ceea ce priveste duritatea acestora in acest sens se utilizeaza adesea coaja nucilor de cocos pentru fabricarea carbunelui activ
Exista o multitudine de procese de fabricare a carbunelui activ insa eel mai dezvoltat este piroliza urmata de activarea cu gaze de oxidare Piroliza (carbonizarea) presupune incalzirea materialului la temperaturi intre 600 si 900 degC in absenta aerului Pentru obtinerea unei porozitati ridicate se pot utiliza adaosuri de cloruri metalice (de exemplu ZnCl) Piroliza poate reprezenta unicul pas de activare in cazul in care se doreste obtinerea unui material cu 0 porozitate ridicata
A doua etapa este cea de oxidare care se realizeaza de obicei cu abur sau uneori cu aer Temperaturile sunt uzuale in gama de 600 - 900 degC Pe parcursul acestei etape se realizeaza 0 erodare a suprafetei interne a carbunelui si dezvoltarea unei retele extensive de micropori care cresc capacitatea de adsorbtie
58
Printre proprietatile principale ale carbunelui activ se enumera continutul de cenusa umiditatea densitatea marimea particulelor duritatea volumul si distributia dupa marime a porilor suprafata interna
31321 Continutul in cenusa
Continutul in cenusa este reprezentat de reziduul obtinut prin calcinarea la temperatura de 954 degC timp de 3 ore in aer Uzual continutul de cenusa variaza intre 3 si 10 Pentru reducerea cantitatii de cenusa se poate utiliza spalarea cu acid
31322 Umiditatea
Umiditatea se determina prin uscarea in cuptor timp de 3 ore a unei cantitati de 5 sau 10 g de carbune activ la temperatura 150 degC Se determina greutatea inainte si dupa uscare si racire in exicator Umiditatea in vrac a carbunelui activ este recomandabil sa fie limitata la maxim 5
31323 Densitatea
Sunt mai multe tipuri de densitati printre care se mentioneaza densitatea in vrac densitatea aparenta densitatea particulei si densitatea reala Densitatea in vrac sau densitatea aparenta reprezinta greutatea carbunelui activ uscat raportata la volumul pe care acesta il ocupa Aceasta se determina prin umplerea unui cilindru cu volumul de 100 ml cu carbune prin cadere libera dintr-o masina vibratoare si cantarirea volumului respectiv Valorile uzuale sunt in gama 05 - 06 gml pentru carbune activ fabricat din carbune minier respectiv 024 - 030 mg1 pentru carbune activ fabricat din lemn
Densitatea particulei reprezinta densitatea unei particule singulare Volumul pe care se bazeaza include volumul porilor precum si volumul materialului Densitatea particulei se determina in mod uzual cu mercur la presiunea atmosferica (mercurul umple spatiile goale din particula de carbune activ dar nu umple porii) Valorile uzuale sunt in gama 074 - 080 gml
Densitatea reala sau densitatea scheletului este cea determinate numai pe materialul (carbunele) propriu-zis Pentru determinarea acesteia se utilizeaza uzual o metoda de inlocuire cu heliu (heliul intra practic in toti porii materialului) Valorile uzuale sunt in gama 21 - 22 gml
31324 Marimea particulelor
Aceasta se determina prin cernerea a 100 sau 200 g de carbune printr-un sistem de site mecanice timp de 10 minute dupa care se cantaresc retinerile pe fiecare sita in parte Carbunele activ pudra se incadreaza de obicei in domeniul 005 mm - 15 mm
31325 Friabilitatea
Capacitatea carbunelui activ de a rezista la abraziune este unul dintre parametrii cei mai importanti Procedura de determinare a friabilitatii carbunelui activ presupune determinarea granulozitatii acestora inainte si dupa testul propriu-zis care consta in concasarea succesiva a carbunelui intr-un recipient alaturi de bile de otel inoxidabil Valorile uzuale ale indicelui de friabilitate sunt 65 - 80 (practic 70 - 75) ceea ce atesta faptul ca materialul este foarte usor friabil si este necesar atentie la procedura de spalare
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATIIAPEI 59
31326 Volumul si distributia dupa marime a porilor
Volumul porilor reprezinta volumul total al porilor din particula de carbune activ granular raportat la greutate Valorile uzuale sunt de ordinul 08 - 12 mlg pentru carbune activ fabricat din carbuni minieri respectiv 22-25 mlg pentru carbune activ fabricat din lemn Volumul total al porilor poate fi determinat printr-un test de adsorbtie cu azot desfasurate astfel incat azotul condensat sa intre in totalitate in porii carbunelui
Carbunele activ confine o structura complexa de pori de forme si marimi diferite Porii au de obicei o geometrie neregulata si sunt interconectati Dimensiunile porilor sunt uzual intre 10 A si 100000 A (001 cm) Distributia dupa marime a porilor depinde de tipul de material utilizat si de metoda si de durata procesului de activare
31327 Suprafata internaSuprafata interna a materialelor poroase in general se determinS cu ecuatia BET stabilita de
Brunauer Emmett si Teller Ecuatia descrie formarea de strate multiple de gaz condensat care apar atunci cand un gaz adsorbabil (de exemplu azotul) este in contact cu materialul poros Intr-un astfel de test se utilizeaza azot la temperatura de fierbere si presiunea atmosferica (-196 degC sau 77 K)
Ecuatia BET (expresia 318) a fost derivata presupunand urmatoarelebull rata de condensare a moleculelor din primul strat este egala cu rata de evaporare a
moleculelor din zonele acoperite cu un singur strat de moleculebull caldura de adsorbtie peste primul strat este constants si egala cu caldura de lichefiere
qqm=b(PPS)(1-PPs)(1-PPS+bPPS) ( 3 1 8 )
In care Ps - presiunea de vaporizare la saturatie la temperatura utilizata in test uzual 1 atm
q - cantitatea de substanta adsorbita la presiunea P
qm - cantitatea de substanta adsorbita numai cand se constata acoperirea totala a suprafetei cu un strat monomolecular
b - constanta determinata experimental
In figura 336 se prezinta o relatie tipica intre marimea porilor si suprafata totala Suprafata cumulativa este data de insumarea suprafetelor tuturor porilor cu un diametru dat sau mai mare Se remarca faptul ca marea majoritate a suprafetei este atribuita porilor de mici dimensiuni
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI60
3133 Teste uzuale de adsorbtie
In practica se utilizeaza o serie intreaga de teste pentru a determina capacitatea de adsorbtie pentru diferite tipuri de carbune activ Printre acestea se mentioneaza
- Indicele Iod reprezinta cantitatea de iod in miligrame pe gram adsorbit de un carbune activ la echilibru cu o solutie I2-KI cu concentratia 002 N indicele iod indica suprafata totala a porilor cu diametru de 10 A sau mai mare valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 800 - 1000 mgg
Indicele Melasa reprezinta un indicator al puterii de decolorare a carbunelui activ granular in contact cu 0 solutie de melasa la fierbere indicele melasa este in stricta legatura cu suprafata totala a porilor cu diametrul mai mare de 28 A valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 200 - 300
- Indicele Albastru de Metilen reprezinta cantitatea de albastru de metilen adsorbita de 1 g de carbune activ la echilibru in contact cu o solutie cu concentratia 1 mg1 de albastru de metilen Albastrul de metilen are greutatea moleculara 320 si indica suprafata totala a porilor cu diametrul de 15 A
- Activitatea tetraclorurii de carbon tetraclorura de carbon CC14 este un compus molecular mic si poate intra in toti porii In acest test un curent de aer este saturat cu CCI4 la 0 degC si este trecut printr-un strat de carbune activ mentinut la 25 degC pana cand nu se mai detecteaza nici o schimbare in greutate Activitatea este greutatea CCI4 adsorbita pe unitatea de greutate de carbune activ exprimata procentual Valorile uzuale ale acestui indicator sunt in gama 60 -80
- Indicele butan este similar activitatii tetraclorurii de carbon valoarea acestuia este exprimata grame de butan adsorbite pe 100 ml carbune activ valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 7 - 8 g 100 ml carbune activ
- Indicele FINAD stabilit de cercetatorul C Gomella si reprezinta un produs al mai multor indici F - fenol I - iod N - indol A - antipirina D - detergent
316 Deferizarea si demanganizarea apei
Fierul (Fe) si manganul (Mn) sunt elemente care se gasesc frecvent in mediul subteran si in apa apar in concentratii pana la 10 mg1 (Fe) si 2 mg1 (Mn) Prezenta fierului si manganului in apele potabile pot genera urmatoarele probleme
bull produce gust metalic dezagreabil
bull coloreaza tesaturile si echipamentele sanitare
bull formeaza precipitate in conducte care favorizeaza dezvoltarea bacteriilor feruginoase (Chrenothrix) acestea modifica regimul hidraulic calitatea apei distribute si favorizeaza fenomenele de coroziune
3161 Echilibrul fierului si manganului in apa
Fierul si manganul sunt prezente dizolvate in solutiile apoase sub forma Fe2+si Mn2+ Concentratia in oxigen a apelor subterane care contin Fe si Mn este nula Din namolurile situate in
2+ ~
zona anaeroba din hipolimnion se elibereaza ioni de Fe2+ si Mnz+ in apele lacurilor In numeroase ape naturale se remarca prezenta Fe3+ asociata cu substantele humice Stabilitatea fierului si manganului in apa depinde de numeroase variabile
bull pH-ul apei
bull concentratia diferitelor elemente chimice
bull potentialul de oxido-reducere (Eh) al solutiei
In figura 341 se prezinta diagrama de stabilitate a formelor fierului in solutie in aceasta diagrama o curba (linie) reprezinta locul geometric pentru care concentratia celor doua substante este aceeasi De exemplu linia 1 reprezinta solutia pentru care O2 si H2O au aceeasi valoare Aria cuprinsa intre curbele 1 si 2 reprezinta aria de stabilitate a compusilor de Fe Chimia manganului este asemanatoare cu cea a Fe Astfel la pH si Eh reduse Fe si Mn sunt stabile in forme bivalente
o cunoastere insuficienta a sistemului
ignorare elemente de hazard si rise
catastrofe naturale
lipsa de comunicare intre organismele responsabile decizii
luate fara consultare publica
planuri dezvoltate fara perspectiva sau fara a tine cont de elementele care pot genera riscuri
probleme din interiorul sistemului
general valabile
bull necunoastere sistem
bull operare defectuoasa
bull echipamente vechi
bull structuri afectate
bull management eronat
surse
stat
bull nerespectarea zonelor de protectie sanitara
bull agricultura intensiva
bull catastrofe naturale
bull deversari neautorizate
bull a de tratare
bull schema si procese de tratare inadecvate
bull lipsa echipamentelor de automatizare si control utilizarea gresita a reactivilor
chimici
bull dozarea incorecta a reactivilor chimici
bull reteta de spalare a filtrelor este inadecvata
bull recircularea excesiva a apei de la spalarea filtrelor si a namolului din decantoare
bull monitorizarea insuficienta
o complexul de inmagazinare - pompare - retea de distributie
timpi de retentie inadecvati
presiune excesiva
variatii importante ale parametrilor de operare (debit presiune)
zone stagnante
materiale inadecvate in reteaua de distributie
coroziune si imbatranire o
consumatori
lipsa de intretinere retea interioara
modul de utilizare al apei potabile
lipsa de educatie
Sistemul de alimentare cu apa este intr-o evolutie permanenta determinata de
bull cresterea gradului de cunoastere
bull diversificarea elementelor de hazard
bull aparitia de tehnologii noi
bull aparitia de materiale noi
bull presiunea societatii catre transparenta
Manualul de inspectie sanitara si monitorizare reprezinta un instrument de optimizare a sistemului de alimentare cu apa prin
bull identificarea punctelor slabe in sistem
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
o
o
o
o
o
2
bull ofera imaginea de ansamblu a sistemului
bull identifica actorii implicati in managementul evenimentelor cu rise asupra sistemului
bull aloca corect responsabilitatile
bull identifies posibile abateri care pot genera evenimente de hazard
bull stabileste prioritatile in modul de rezolvare al evenimentelor
bull stabileste procedurile adecvate in caz de eveniment
bull contribuie la diminuarea si prevenirea riscurilor
Exista 3 astfel de fise
bull Fisa nr 1 - pentru statiile de tratare a apei - poate fi completata de personalul de inspectie sanitara cu pregatire superioara
bull Fisa nr 2 - pentru reteaua de distributie - poate fi completata de personalul de inspectie sanitara cu pregatire superioara
bull Fisa nr 3 - Fantani publice practic continutul acestei Fise nu se refera la fantani ci la rezervoare si poate fi completata de personalul de inspectie sanitara cu pregatire medie
Raportul de evaluare intocmit de DJSP in cadrul procedurii de derogare trebuie sa contina concluziile activitatii de inspectie sanitara potrivit formularelor de evaluare pentru statia de tratare si sistemul de distributie cu identificarea si evaluarea punctelor de rise
Fisa nr 1 de evaluare si inspectie sanitara este structurata dupa cum urmeaza
bull Statia de tratare a apei
o informatii generale
o sursa de apa
o captare
o procesul de tratare aplicat
o decantare
o filtrare
o spalarea in flux invers a filtrelor
o clorare
o rezervoare de apa potabila
o controlul procesului de tratare
bull Evaluare sanitara
o controlul inregistrari documentelor
o intretinere
o personal
o reclamatii
o probleme existente
o diagrama statiei de tratare
o masuri de remediere recomandate
o daca problemele identificate la inspectia precedenta au fost solutionate
Fisele nr 2 si 3 au o structura similara
o informatii generale
o informatii privind evaluarea riscurilor - cu ajutorul unui sistem de punctaj pentru rise
o rezultate si recomandari
Aceste prevederi specifice referitoare la inspectia sanitara a apei potabile trebuie privite in cadrul general al inspectiei sanitare cadru date de Legea nr 1001998 OM nr 8312003 si Legea nr 981994
Astfel actele normative sus-mentionate reglementeaza statutul inspectorilor sanitari de stat atributiile si obligatiile acestora obligatiile operatorilor sau persoanelor fizice scopul si domeniile inspectiei sanitare de stat (ISA) organizarea activitatilor la nivel central si local
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 3
Principiile care stau la baza ISA sunt urmatoarele
bull impartialitatea
bull independenta
bull transparenta
bull confidentialitatea
bull aplicarea unitara
Tipurile de control efectuat sunt tematic sistematic necesar la solicitare si pentru reverificare iar etapele de procedure constau in faza de pregatire faza de teren si etapa de finalizare Etapa de finalizare presupune intocmirea raportului de inspectie la fata locului sau dupa primirea analizelor de laborator si contine rezultatele investigatiilor de teren si de laborator neconformitatile constatate si recomandari de remediere - cu indicarea termenelor si responsabilitatilor
Inspectorii sanitari au puterea conferita de lege de a dispune suspendarea activitatii pana la adoptarea masurilor de remediere atunci cand conditiile de operare constituie un rise iminent pentru sanatatea publica precum si sa ordone incetarea activitatii in caz de opozitie la control sau refuz de a colabora cu organele de control sanitar
In sfarsit se poate lua masura de anulare a autorizatiei sanitare daca
bull nu sunt remediate deficientele constatate care ar putea avea un efect advers asupra sanatatii umane
bull functionarea are loc in conditii diferite de cele de la data obtinerii autorizatiei
bull nu sunt respectate obligatiile asumate prin declaratia pe proprie raspundere
bull in functionarea unei unitati sunt incalcate in mod repetat normele legale de igiena
Anularea sau retragerea avizului sanitar poate fi ceruta in caz de nerespectare a masurilor de conformare stabilite pentru proiectele referitoare la amplasarea constructia transformarea sau extinderea unitatilor economice sau sociale si culturale sau a oricarei unitati cu impact asupra sanatatii umane
Cadrul legal actual in domeniul apei potabile a suferit importante modificari in urma abrogarii obligatiei de a obtine autorizatia sanitara de functionare pentru activitati economice supuse inregistrarii la Registrul Comertului Multe prevederi au devenit astfel inaplicabile (pentru operatorii economici obligati sa se inregistreze in Registrul Comertului) deoarece se bazau pe conceptul de autorizatie sanitara inlocuita acum de obligatiile asumate in bloc prin declaratia pe proprie raspundere In acest context activitatilor de control le revine un rol foarte important in asigurarea conformarii cu cerintele legale iar colaborarea stransa cu compartimentul de supraveghere (monitorizare) are un rol esential in aplicarea legislatiei cat si pentru o buna realizare a obligatiilor profesionale
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 4
21 Circuitul apei in natura si formarea surselor de apa
Apa este o substanta aflata in cantitati relativ mari pe Pamant aparent circa 70 din suprafata Pamantului este acoperita de apa Cantitativ insa numai 1800 din volumul Pamantului o formeaza apa Dupa estimari pe Pamant exista 1384 milioane km3 apa din care
bull 97 apa in mari si oceane (apa puternic salinizata)
bull circa 18 (25 mil km3) gheata calotelor polare (groasa de pana la 2700 m si care daca s-ar topi ar conduce la cresterea nivelului marilor cu cca 80 m)
bull circa 84 mil km3 apa subterana
bull circa 02 mil km3 lacuri rauri
bull circa 600 km3 biosfera
Sub influenta energiei primite de la Soare si atractiei gravitationale apa se afla intr-un circuit permanent - circuitul (ciclul) hidrologic mondial (figura 21)
Energia calorica primita de Pamant serveste in cea mai mare parte pentru evaporarea apei (cca 360 000 km3an) Vaporii de apa condenseaza si cad sub forma de precipitatii (solide lichide) pe suprafata marilor si oceanelor in cea mai mare parte dar impinsi spre uscat ajung si deasupra acestuia
Precipitatiile spala atmosfera si dizolva un procent important de dioxid de carbon (CO2) care spala rocile peste care trece si dizolva substantele solubile Prin scurgere superficiala si subterana apele ce formeaza curenti si cursuri de apa ajung inapoi in mare In acest circuit apa transports si substantele evacuate voit sau nu ca rezultat al activitatii omenesti Apa se evapora din nou (numai apa - substantele dizolvate nu) refacand ciclul Substantele dizolvate ajunse in mare sau lacuri inchise se concentreaza ajungand la valori ridicate (in medie 35 g1)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 5
5
Circuitul dureaza circa 9 zile pentru apa lichida si poate dura mii de ani pentru apa care devine gheata respectiv zeci de mii de ani pentru apa subterana
Omul are nevoie de apa pentru mai multe folosinte
bull apa biologic necesara normal circa 2 1zi aceasta apa se consuma si se elimina prin transpiratie sau prin traectul digestiv apa eliminata prin transpiratie regleaza temperatura corpului
bull apa pentru prepararea hranei
bull apa pentru igiena personala
bull apa pentru igiena locuintei si spatiului de locuit
bull apa pentru combaterea incendiului
bull apa pentru realizarea produselor industriale
bull apa pentru obtinerea unor recolte mari in agricultural deci si dezvoltarea zootehniei etc
Cantitatile de apa necesare pentru asigurarea acestor nevoi sunt foarte mari de la circa 100 (m3an persoana) in tarile in curs de dezvoltare pana la circa (2000 m3an persoana) in tari puternic dezvoltate si cu resurse de apa
Aceste cantitati se obtin prin preluarea lor din ciclul apei in natura Locurile de unde sunt preluate se numesc surse de apa
Se disting doua tipuri de surse de apa
bull apa de suprafata
o apa din mari si oceane
o apa din lacuri naturale
o apa din rauri si lacuri artificiale
bull apa subterana
o apa din izvoare
o apa din straturile freatice puternic influentate de precipitatii (3 - 50 m)
o apa din straturile de adancime pana la 50 - 500 m sub pamant
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
Figura 22 Formarea surselor de apa
6
In particular referitor la acest flux general de apa Romania este o tare relativ saraca in apa
Cantitatea de apa medie anuala ce revine unui locuitor (din precipitatii) este de circa 1700 m3
(fata de o medie europeana de circa 100000 m3locuitoran de tara cea mai saraca - Egipt - 90
m3 locuitoran si fata de o medie mondiala de 6000 - 8000 m3 locuitoran) Stocul intern de
apa (cantitatea totala de apa cazuta intr-un an mediu pe suprafata tarii) este de circa 38 km3
locuitoran la care se mai adauga o cota parte din stocul Dunarii (circa 200 km3locuitoran)
In aceste conditii si la nivelul de dezvoltare industrials si agricola la care Romania a ajuns fara a putea spune ca apa este folosita in modul eel mai rational se utilizeaza deja circa 20 km3locuitoran (inclusiv pentru agriculture) In acest ciclu hidrologic apa mai asigura
bull reglarea temperaturii pe Pamant
bull dezvoltarea vegetatiei avand drept consecinta productia de oxigen prin fotosinteza si productia de masa organica (hrana combustibil)
bull producerea de energie hidraulica (cea mai importanta sursa de energie)
bull transporturile pe apa pe cai maritime sau de uscat (naturale sau artificiale)
bull uniformizarea poluarii pe Pamant
22 Surse subterane
Captarea surselor subterane se poate realiza cu
bull puturi sapate - sisteme de alimentare cu apa cu capacitati relativ reduse
bull fronturi de captare cu puturi forate
bull drenuri
In cele ce urmeaza se va face o descriere a principalelor elemente constitutive ale fiecarui sistem in parte pentru captarea apei subterane
221 Puturi sapate
Sunt constructii din beton slab armat cu sectiune de obicei circulars avand diametral de 1 -3 m executate in cheson Se utilizeaza pentru captari de mai mica importanta si pentru un numar de puturi relativ mic deoarece executia lor este destul de complicata si uneori nesigura Sunt recomandate in straturi acvifere la adancime mica (lt 10 m) cu permeabilitate ridicata
In tronsoanele de cheson care vor sta in apa se lasa goluri de 25 x 31 cm in care se amplaseaza ulterior barbacane prefabricate (elemente de beton cu slituri orizontale de circa 1 - 2
cm latime) Pe timpul lansarii golurile sunt acoperite la interior cu panouri de lemn pentru a evita intrarea nisipului si a reduce cantitatea de apa care intra in put Dupa ajungerea putului la cota si turnarea saltelei de inchidere de circa 50 cm grosime (in unele cazuri poate lipsi - daca stratul este format din argila) barbacanele se pot debloca Deblocarea se face manual dupa un epuisment prealabil si trebuie avut grija sa se faca deblocarea tuturor barbacanelor In caz contrar poate scadea mult suprafata de intrare in put si deci pot apare afuieri ca urmare a cresterii locale a vitezei de intrare a apei in barbacanele libere
Putul se inchide deasupra cu o placa de beton armat cu grosimea de 10 - 12 cm asezata la 50 cm peste nivelul apei in zone inundabile sau 50 cm peste nivelul terenului
Umplutura se incepe cu un strat de argila de circa 30 cm - care are rolul de a devia apa din precipitatii astfel incat infiltratia sa se faca prin stratul natural netulburat - si se termina cu o suprafata taluzata inierbata
Accesul in put se face printr-o deschidere protejata cu capac metalic In put se prevad trepte de acces din otel beton (020) prinse in perete - cu pasul de 030 m
Treptele se termina pe un podest din beton armat amplasat deasupra nivelului maxim al apei din put podest pe care se afia vana de inchidere a conductei pentru captarea apei din put
Putul este ventilat cu ajutorul unui cos din tabla sau teava de otel cu inaltimea de 80 - 180 cm asigurat cu casca de protectie contra precipitatiilor si sita de cupru (ochiuri de 1 mm) contra insectelor mici
Instalatia hidraulica se compune din sorb conducts de sifonare si vana etansa in cazul in care apa din puturi se capteaza cu un sistem central de sifonare pompa submersibila conducta de
INSPECTIA SANITARA SIMONITORIZAREA CALITATII APEI
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
8
8
refulare clapet de retinere vana de reglaj in cazul in care puturile sunt echipate cu pompe individuale speciale de tip submersibil
In unele cazuri putul poate fi echipat si cu pompe cu ax orizontal asezate peste nivelul apei pe o placa de beton armat In acest caz trebuie sa fie luate masuri de siguranta contra deteriorarii pompelor din cauza umezelii pentru amorsarea acestora precum si in vederea evitarii accidentarii personalului care manipuleaza aceste pompe
In instalatia hidraulica a putului se va monta intotdeauna si un debitmetru sau contor de apa (controland periodic debitul se poate vedea cum functioneaza putul) Contorul trebuie montat inainte de vana de reglaj pentru a putea fi scos din circuit prin izolarea putului respectiv fara a afecta functionarea celorlalte puturi ale captarii Totodata sunt necesare amenajari sau dispozitive pentru masurarea nivelului apei in scopul asigurarii functionarii putului cu o denivelare mai mica decat denivelarea maxima calculate sau stabilite la proba finala de receptie a putului
222 Puturi forate
Avand un domeniu de aplicatie mult mai larg (teoretic se pot face puturi forate in orice conditii) si beneficiind de o tehnica de lucru mult mai bine pusa la punct (prin preluarea din tehnica forajului pentru titei) precum si de utilaje astazi foarte perfectionate puturile forate au fost folosite la cele mai multe din captarile de apa subterana executate in tara
Puturile de mica adancime (20 - 30 m) au fost executate cu instalatii manuale procedeul uscat iar cele de adancime mai mare (in general nu s-au depasit 300 m pentru a nu capata o apa prea calda - peste 25degC) prin foraj hidraulic rotativ - procedeul direct Abia in ultimii ani s-a folosit si procedeul cu circulatie inversa folosind ca element de antrenare apa sau aerul (sistemul aer-lift)
Elementele componente ale unui put forat sunt urmatoarele
bull Cabina putului (camin din beton beton armat zidarie) care adaposteste instalatia hidraulica si uneori si instalatia electrica de forte si permite executarea de lucrari de remediere si intretinere a putului Atunci cand se gaseste total sau partial sub nivelul apei subterane se execute cu izolatie hidrofuga (figura 24)
bull Coloana definitivd este o coloana plina (burlan de foraj) de protectie a gaurii de foraj pe zona straturilor uscate sau a caror apa nu se capteaza
bull Coloana filtrantd este elemental eel mai important in functionarea putului Are rolul de a sustine peretele rocii stratului acvifer si de a lasa apa din strat sa intre in put O coloana de filtru buna trebuie deci sa indeplineasca simultan urmatoarele conditii (1) sa permite amplasarea elementului de captare a apei (2) sa aiba rezistenta mecanica suficient de mare pentru a nu se deforma la solicitarea din impingerea stratului subteran (3) sa aiba o suprafata activa libera cat mai mare (procentul de goluri notat cu n cu valori de 5 - 30 este un parametru caracteristic al coloanei) si rezistenta hidraulica mica la trecerea apei prin perete (4) sa reziste la agresivitatea apei sisau solului in care se amplaseaza pentru a nu fi distrusa sau colmatata (5) sa permite o buna deznisipare a putului atat la punerea in functiune cat si in timpul exploatarii (6) sa aiba un cost redus (7) sa se poata executa usor - pe cale industrials Ca material coloana se poate executa din otel (tub sau tabla roluita) protejat contra coroziunii fonta (tub gaurit sau foaie roluita cu slituri) sticla portelan materiale ceramice etc Cea mai utilizate este solutia cu coroana de pietris margaritar Dificultatea consta in modul de executie al acestuia In cazul in care este suficient un singur strat acesta se executa prin turnare de sus Daca materialul are granule cu marimi diferite se produce o sedimentare in aer si apa obtinandu-se un strat neuniform Pietrisul se poate introduce si prin circulatie de noroi - procedeu aplicat la noi cu rezultate bune (in noroiul care spala gaura de detritus se introduce pietrisul care este transportat in amplasament
ramanand intre peretele forajului si coloana de filtru se evita astfel sedimentarea materialului neuniform) In cazul in care sunt necesare mai multe straturi acestea se pot executa folosind numai turnarea de sus cu ajutorul unor coloane auxiliare (au fost executate puturi cu 3 straturi comportarea lor in exploatare fund foarte buna) Alegerea granulatiei se face dupa reguli cunoscute Pentru usurinta se poate aplica regula multiplicarii cu 4 a marimii medii a granulelor straturilor vecine (ca la filtrul invers) ultimul strat langa coloana de filtru avand granule mai mari decat golurile din coloana
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 10
Ventilatie
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
bull piesa de fund decantorul este o prelungire a coloanei de filtru cu o lungime de 2 - 5 m are rolul de a permite nisipului - care este antrenat de apa din strat normal sau accidental in timpul functionarii putului - sa se decanteze Periodic aceasta poate fi scos cu o lingura specials sau prin pompare
bull instalatia hidraulica este alcatuita in mod similar cu cea de la putul sapat Pentru a se asigura o colectare relativ uniforma a apei prin toata coloana de filtru este bine ca elemental de captare a apei din put (capatal liber al conductei de sifonare pompa submeribila) sa fie amplasat in jumatatea de jos a coloanei de filtru intr-o portiune a acesteia fara orificii (de cca 2 m) Uneori poate fi amplasat si la partea de sus a decantorului - atanci cand coloana de filtru a putului are o lungime mica Piesa care face trecerea de la conducta verticals la cea orizontala si care se mai numeste si casca putului este demontabila pentru a putea fi scoasa la deznisipare sau alte operatiuni de intretinere a putului
In cazul in care puturile vor fi echipate cu pompe individuale este obligatoriu ca pe conducta de refulare din put inainte de vanS sa se prevada un clapet de retinere Aceasta are rolul de a nu lasa apa din colector sa intre in put in cazul in care dintr-un motiv oarecare pompa nu mai functioneazS In orice caz dupS orice oprire pompele vor fi repornite (dupa regulile de pornire stabilite ale unei pompe centrifuge) altfel existand riscul innisipSrii si deteriorSrii putului intrucat din cauza coloanei de apa cu inSltime micS pompa tinde sa absoarba brusc un debit mare de apa (deci viteza de intrare in coloana putului poate depasi viteza admisibila)
223 Sistemul de colectare prin pompare
La debite mici si adancimi ale apei peste 20 m se folosesc pompe submersibile (pompa si motorul sunt executate monobloc si introduse in put fiind sustinute de conducta de refulare) iar
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
1
1
pentru debite mari si la adancimi sub 20 m se folosesc pompe cu ax vertical cu motorul in mediu uscat (amplasat in cabina supraterana) si pompa cufundata in apa In ultimul caz transmiterea cuplului motor se face prin intermediul unui arbore amplasat in axul conductei de refulare Linia piezometrica la sistemul de colectare cu pompe este aratata in figura 26 pentru doua situatii cu pomparea direct din put intr-un rezervor de inmagazinare respectiv cu pozarea unei statii de pompare intermediare prevazuta cu pompe cu ax orizontal Cea de-a doua varianta conduce la economii de energie
In cazul echiparii cu pompe este esential ca (1) debitul pompei sa fie eel mult egal cu debitul maxim al putului (2) pompele sa functioneze in regim constant in timp (3) dupa oprirea pompelor reporairea sa se faca manual cu respectarea regulilor generale si deschiderea vanei de refulare sa nu permita preluarea unui debit mai mare decat debitului putului
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 1
224 Captari cu dren
Drenul este un element constructiv permeabil orizontal nevizitabil (dren propriu-zis) sau vizitabil (galerie) care asezat in calea curentului subteran de apa il capteazS si conduce apa captata spre unui din capete la un put colector Prin urmare drenul indeplineste un rolul dublu
bull captarea apei din strat
bull transportul acesteia la putul colector Elementele
principale ale drenului sunt date in figura 27
Figura 27 Elementele captarii cu dren de coasta a - plan b - profil longitudinal prin dren c -
sectiune transversala tip d - detaliu de tub pentru dren
Pe o directie aproximativ perpendiculars pe directia de curgere a curentului de apa subteranS se sapa un sant de lStime convenabilS - sapSturS taluzatS in cazul in care debitul stratului este mai mic iar stratul este format din material grosier (pietris nisip mare) sau sapStura sub protectia a doi pereti de palplanse din lemn metal sau beton armat (mai rar) infipte in prealabil panS la stratul de bazS dacS stratul acvifer este puternic (bogat) iar materialul din strat confine in cantitate mare fractiuni fine SApStura se executS panS la stratul de bazS cand drenul perfect se aseazS chiar pe strat sau nu cand drenul se aseaza deasupra stratului de baza (dren imperfect) el captand numai o parte din apa stratului
Daca drenul este amplasat la baza unui strat acvifer a carei panta piezometrica in regim natural este mai mare de 001 drenul se numeste dren de coasta si se considers ca primeste apa dintr-o singurS parte iar dacS drenul este amplasat in strat acvifer cu panta piezometrica mai mica (ilt00l) drenul se numeste dren in bazin si se considers cS primeste apa din ambele pSrti
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 1
Dupa nivelarea fundului sapampturii (executatS cu panta de minim lo data in proiect) se monteazS tuburile de drenaj de obicei din beton dar pot fi si de argila arsa zidarie de piatrS azbociment bazalt etc
Daca se considers necesar se executa in prealabil un strat de beton de egalizare (de cca 10 - 20 cm) Tuburile se aseaza cap la cap (preferabila folosirea tuburilor cu talpS) fScand sau nu etansarea capetelor La circa 50 m distanta se lasa loc pentru executarea caminelor de vizitare care au radierul cu circa 50 cm mai coborat decat cota radierului tubului pentru a asigura un mic volum de depozitare a nisipului (antrenat eventual de apa) Diametrele tuburilor cresc spre putul colector schimbarea de diametre se face obligatoriu in dreptul unui cSmin intre 2 cSmine traseul drenului trebuie sa fie rectiliniu dar pe ansamblu drenul poate fi format dintr-o serie de aliniamente care se intersecteaza sub diferite unghiuri (mai mari de 90deg) Tubul de drenaj are orificii in jumStatea superioara orificiile sunt conice cu dimensiunea mai mica la exterior pentru a permite materialului granular care a intrat in orificii sa cada in dren Jumatatea de jos a drenului serveste pentru transporrul apei
In jurul tubului-dren se prevede un filtru invers din straturi de minim 10 cm grosime Straturile au marimea granulelor stabilitS ca la un filtru invers Un filtru invers este o succesiune de straturi din material granular asezate astfel incat granulele unui strat sa nu treaca prin golurile stratului urmator in sensul in care circulS apa Pentru a avea indeplinitS aceasta conditie este suficient ca raportul intre diametrele medii a doua straturi adiacente sa fie maxim 4 -5
Peste straturile filtrului invers se face umplutura din material local bine compactat daca este cazul extragand si palplansele o data cu avansarea umpluturii acestea se pot scoate si ulterior folosind insa un utilaj mai puternic si avand grijS sa nu se deterioreze stratul interior de material
La circa 50 cm deasupra nivelului stratului de apa se executa cu una sau doua pante o saltea de argila de circa 30 cm grosime Rolul sau este de a devia apele din precipitatii ce tind sa se infiltreze spre dren direct prin zona de umplutura care este mai prealabila Se continua umplutura peste saltea se compacteazS si se lasa cu bombament pentru ca la o eventualS tasare in timp sa nu ramana un sant superficial in care sa bSlteascS apa Se amenajeaza caminele cu umplutura de 50 cm peste nivelul apei de inundatie la asigurarea de 1 se executa putul colector si se echipeazS cu o stavilS de perete si un deversor triunghiular la debusarea drenului in cazul drenurilor lungi putul colector se aseaza la jumatatea frontului obtinand un dren cu doua ramuri care pot fi sau nu simetrice dupa particularitStile drenului Putul colector poate servi numai ca bazin de aspiratie pentru pompe (inaltimea stratului de apa de circa 10 - 120 peste sorb) cat si ca statie de pompare in care caz partea de deasupra se amenajeaza corespunzator
Daca apa captata contine substante care precipita usor in contact cu aerul (saruri de fier mangan) si se depun pe peretii drenului riscand sa-1 colmateze in timp atunci drenul se executa vizitabil Pentru a permite circulatia personalului de intretinere se executa si o mica pasarela in lungul drenului La drenuri ce capteazS apa potabila vor fi luate masuri de protectie sanitara
226 Tratarea apei din surse subterane
Calitatea apei subterane este influentatS de urmStorii parametri
bull nature mineralogies si geologicS a subsolului terenului in care se formeaza (sau curge)
bull calitatea apelor infiltrate de la suprafata terenului (numai pentru strate freatice)
In functie de influenta pe care apele meteorice o au asupra calitatii apei subterane straturile acvifere se clasifica in
bull strate freatice cantonate la adancimi mici sub suprafata terenului calitatea apei este influentatS direct de infiltratiile de la suprafata terenului sau exfiltratii din sisteme pozate subteran (retele canalizare fose conducte de petrol si gaze)
bull strate captive situate la adancimi de la 50 m la 150 - 200 m in subsolul terenului calitatea apei este putin (deloc) influentatS de apele infiltrate de la suprafatS
Acumularea si circulatia apei intr-un strat determina preluarea caracteristicilor rocilor stratului Se stabileste un echilibra intre caracteristicile apei si compozitia terenului in care este stocatS (sau curge) Rocile compacte cu fisuri sau caverne dau apei continut de gaz carbonic carbonati CO2 Principalele caracteristici ale apelor subterane se pot sintetiza
bull temperature - relativ constants ~ 10 -12degC
bull turbiditatea (MTS) - redusanula
bull culoare - data de materiile in solutie (acizi humici)
bull mineralizare - constants superioara apelor de suprafata
bull Fe Mn (bivalenti) - in general prezenti
bull CO2 agresiv - adesea prezent
bull O2 dizolvat - redusabsent
bull H2S - prezent in special in apele de adancime de carst
bull NH4 - prezent frecvent fara indice poluare
bull NO3 - continut ridicat pentru stratele freatice
bull Micropoluanti - in general absenti poluarile accidentale
bull Elemente vii - frecvent ferobacterii
bull Caracter eutrof-nul
Din punct de vedere al incarcarii s-a propus clasificarea surselor subterane in doua categorii
bull Surse cu incarcare redusa s-a luat in considerate existenta Fe2+ si Mn2+ in apa subterana in cantitati reduse dar care depasesc limitele impuse de Legea 4582002
bull Surse subterane incarcate in acceptiunea incdrcat se intelege depasirea continutului de Fe (pana la 50 ori) Mn (pana la 20 ori) azotati azotiti si H2S
In tabelul 21 se indica principalele caracteristici
Tabelul 21 Caracteristici principale surse subterane Denumire parametru Caracteristici apa
brutaFrecventa de depasire a prevederilor Legii 4582002 ()
Caracteristici necesare apa tratata
Tncarcare redusa
sursa incarcata
Tncarcare redusa
sursa incarcat
a
Directiva 9883EC
Legea 4582002
Fier total (mgl) 02-20 30-100 20 50 02 02Mangan (mgl) 005-05 08-10 20 50 005 005Azotati (mgl) lt50 80-120 - 80 50 50Azotiti (mgl) lt05 20 - 50 - 80 05 05Amoniu (mgl) lt05 10-20 - 50 05 05Hidrogen sulfurat (mgl) lt01 13-20 - 50 - 01
in situatia in care se utilizeaza 0 sursa subterana cu incarcare redusa potabilizarea apei se poate realiza printr-o schema indicata de figura urmatoare
Figura 28 Schema de tratare a apei din sursa subterana cu Tncarcare redusa Notatii Aerare - Bazin de contact pentru oxidare fier si mangan FRN - filtrare rapida pe strat de nisip pentru
retinere fier si mangan oxidat DZF - Dezinfectie cu clor
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
Schemele de potabilizare pentru surse incarcate sunt complexe asa cum rezulta din figura 29 Sunt necesare
bull procese de oxidare in sistemul multi - bariera (pre-oxidare si post-oxidare)
bull procese performante de oxidare sedimentare in stadiul I si II
bull procese de afinare
In astfel de situatii solutiile se stabilesc prin analiza mai multor variante de surse functie de consumatorii afectati o sursa mai departata (zeci de km) poate deveni avantajoasa vis-a-vis de costurile implicate in tratare
1
Figura 29 Schema de tratare apa din sursa subterana foarte
Incarcata INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
1
24 Captari din rauri
241 Captari Tn albie
2411 Captarea cu sorb
Se recomanda pentru captari provizorii mobile sau sezoniere Consta intr-un sorb amplasat convenabil in apa si stabilizat pentru protectie contra plutitorilor mari In figura 210 este schitata o captare fixa cu sorb
Sorbul este o confectie metalicS specials inchisa la un capat legata cu flanse la conducta de aspiratie cu celalalt capat si prevampzutS cu orificii pe suprafata laterals (cu dimensiuni suficient de mici pentru a nu intra plutitorii sau suspensiile mari) Pentru a avea viteze mici de intrare diametral sorbului este de 15 ori mai mare decat diametral conductei de aspiratie Pentru a nu aspira plutitori care sa-1 infunde sau a nu fi blocat in gheatS (hg = 03 - 04 m) si pentru ca gheata care se sparge in bucati la o viiturS de primavarS sa nu blocheze sorbul si sa-1 distrugS acesta trebuie sa fie asezat la minimum 05 m sub nivelul minim al raului la asigurarea normatS Pentru a capta aluviuni cat mai putine si de dimensiuni mai mici sorbul trebuie asezat la minimum 05 m peste fundul albiei Rezulta cS sorbul se poate prevedea in conditii normale in ape a caror adancime depSaeste 120 m (considerand ca sorbul are un diametra de minim 200 mm la un debit relativ mic)
Tot in scopul reducerii cantitatii de aluviuni antrenate sorbul se aseaza cu ajutorul unui cot in sensul de curgere al apei astfel incat apa sa intre in sorb prin intoarcere Sorbul se stabilizeaza in albie cu ajutorul unor piloti din lemn cu diametral de 0 10-12 cm batuti sub adancimea de afuiere in albie
In cazul captarilor mobile (folosite in special la irigatii) conducta de aspiratie se poate lasa aproape vertical in apa neingropata in mai cu asigurarea ca efectul dinamic al apei este atat de mic incat eforturile rezultate pot fi preluate de imbinari si conducte Sprijinirea se face prin amenajarea malului in trepte (trebuie avut grija sa nu fie depasita inaltimea de aspiratie a pompei amplasate pe mai)
2412 Captarea cu crib
Este o captare la care sorbul este protejat cu o constractie fixa stabila numita crib Cribul poate fi executat din elemente detasabile (grinzi din lemn elemente din beton armat de tip grinda) sau turnat pe loc (cu sorbul separat sau sorbul incorporat in constractie) In figura 211 se prezinta o captare cu crib
Grataral cribului se dimensioneaza la o viteza medie de trecere de 01 - 03 ms grataral se executa din bare rezistente la socul cu plutitorii iar amplasarea lor se face pe partea laterala sau aval a cribului (soc din cauza plutitorilor redus acces redus al aluviunilor din cauza intoarcerii curentului de apa aluviunile tree avand inertie mai mare)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 18
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
Apa captata prin crib poate fi aspirata de o pompa sau poate fi sifonata intr-un put colector cu rol de deznisipator si camera de aspiratie pentru pompe Vacuumul maxim pe conducta nu trebuie sa depaseasca 4-6 metri
Pentru sporirea sigurantei constructiei pot fi realizate mai multe criburi asezate in sah la 10-20 m in albie legate separat la pu|ul colector in cazul unor utilizatori importanti pot fi prevazute si criburi de rezerva Este esential ca toate criburile sa fie in stare de functionare altfel din cauza nisipului conductele de legatura si captarea se blocheaza Periodic conducta si cribul pot fi spalate prin aspirarea apei prin (n-1) criburi si refularea acesteia (sau a unei parti) prin cribul n care se spala Pentru aceasta instalatia hidraulica in putul colector trebuie gandita adecvat
Daca malul este inundabil si putul colector nu se poate departa pentru a iesi din zona inundabila vor fi luate masuri de indiguire a zonei sau de ridicare a putului la o cota cu minimum 050 m peste nivelul inundabil si aparare contra efectului dinamic al apei (accesul la put se va asigura pentru orice conditii)
A
In cazul in care nu se poate asigura adancimea pentru navigatie cu acordul beneficiarului zonei de navigatie se poate amplasa cribul mai sus luandu-se masuri corespunzatoare pentru marcarea pozitiei criburilor prin balize
242 Captari Tn mai
Captarea in mai se adopta in cazul unor debite importante cu o mare siguranta in functionare si cand situatia locala nu permite executarea de criburi
Captarea de mai are mai multe variante de constructii in functie de debitul captat si de destinatia apei captate Astfel pentru centre populate sau industrii unde debitul este totusi redus iar apa urmeaza sa suporte o tratare pentru corectarea calitatii pot fi prevazute captari cu cheson de mai Pentru debite mari de apa (mari unitati industriale centre populate mari irigatii CET-uri etc) se prevad captari in mai de tip bazin deschis
1
Figura 211 Captare cu cribLegenda 1 Put colector (cheson) 2 Crib din elemente prefabricate 3
Gratar 4 Saltea de fascine 5 Conducta de sifonare 6 Sistem de amorsare 7 Vacuum 8 Sorb 9 Conducta catre statia de pompare 10 Radier din beton armat
11 Cutitul chesonului 12 Strat depuneri
Captarea cu cheson este o constractie monolita care de obicei cuprinde si statia de pompare - echipata eel mai bine cu pompe cu ax vertical Schematic constructia unei captari de mai este prezentata in figura 212
B - B
c
Figura 212 Captare de mai cu cheson a-sectiune verticala 6-8 fo-detaliu sita c-sectiune orizontala
A - A
Legenda1 - camera de admisie si deznisipare a apei 2 - camera sitelor rotative 3 - camera cu rol de bazin de aspiratiepentru pompe 4 - camera uscata pentru pompe
INSPECTIA SANITARA SIMONITORIZAREA CALITATII APEI
Constructia este formata dintr-un cheson de dimensiuni mari asezat in malul raului astfel incat in fata ferestrelor de priza sa fie asigurat in permanent un nivel suficient de apa
Din cauza dimensiunilor si adancimii mari de fundare de obicei lansarea chesonului se face cu aer comprimat in partea de jos asigurandu-se o camera de lucru betonata ulterior Constructia este compartimentata vertical pe linii tehnologice dintre care una este intotdeauna de rezerva In interior se deosebesc patru camere (compartimente) cu urmatoarele roluri
1 Camera de admisie si deznisipare a apei (cu posibilitati de evacuare a nisipului depus)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
2
20
2 Camera sitelor rotative sitele rotative sunt formate din panouri de sita cu ochiuri relativ mici (1-3 mm) articulate si trecute peste doua tambururi - unui sus (motor) si altul jos (pasiv) apa trece prin panourile de sita sunt retinute pe sita impuritatile mari plutitorii in general si apoi panoul descarcat se ridica permanent ajungand deasupra nivelului apei in fata unui jet de spalare
3 Camera cu rol de bazin de aspiratie pentru pompele din camera 4
4 Camera uscata care adaposteste pompele treapta I (care trimit apa de la sursa la statia de tratare) In cazul in care nu se dispune de pompe cu ax vertical (care au motoarele montate pe platforma superioara) pot fi prevazute fi prevazute si pompe cu ax orizontal cu luarea unor masuri importante de pastrare uscata a camerelor
Cand sunt disponibile pompe cu ax vertical camerele 3 si 4 pot fi unificate In partea superioara a constructiei se prevad camera de comanda camera de manevra a vanelor si pompelor de epuisment camera motoarelor pompelor verticale si sala transformatoarelor (daca este cazul) Nivelul planseului se executa de obicei cu circa 07 m peste nivelul maxim al apelor raului cu asigurarea 1 In fata prizei se executa o pasarela de acces a personalului pentru curatarea gratarelor de la priza si indepartarea plutitorilor si ghetii Gratarele sunt rare cu distante intre bare de 3 - 10 cm
Admisia apei in priza se face prin doua serii de ferestre - o fereastra sub nivelul minim si o fereastra sub nivelul maxim Viteza de trecere a apei este de 02 - 03 ms iar nivelul de apa peste marginea de sus a ferestrei de minimum 050 m
La nivelurile mari in rau se lucreaza cu fereastra de sus pentru a evita antrenarea in priza a aluviunilor mari care sunt tarate de apa la partea de jos a albiei Pentru inchidere fiecare fereastra are in spate o stavila plana manevrabila de la suprafata In fata ferestrelor gratarele sunt rare din bare rotunde (teava) sau profile si se pot curata cu greble mecanice (la prizele mari) sau manual Gratarele trebuie sa fie executate cu atentie si iarna se pot inlocui cu gratare din lemn sau se pot lua masuri speciale pentru a se evita prinderea zaiului de barele metalice (bune conducatoare de caldura)
Zaiul este gheata in cristale fine care pluteste in masa de apa Pentru a evita blocarea cu gheata au fost imaginate mai multe sisteme toate fiind insa perfectabile Astfel la centralele termice sau industriale unde exista abur rezidual sau apa calda se transforms gratarul in radiator prin interiorul tevilor circuland agentul de incalzire sau se toarna apa calda inaintea gratarului astfel incat apa care trece prin gratar sa aiba 01 - 05degC In alte cazuri s-a transformat gratarul in rezistenta electrica legandu-1 la o sursa de tensiune convenabila (putere instalata de cca 10 kWhm2) consumul de energie este relativ mare iar pericolul de accidentare este ridicat S-a recurs si la imbracarea barelor gratarului in cauciuc ebonita sau mase plastice in scopul impiedicarii zaiului sa se prinda de bare In foarte multe cazuri insa se sparge gheata la priza cu unelte manuale atunci cand se constats ca nu mai intra apa suficienta operatiune foarte grea si riscanta In cazul in care apa raului contine in anumite perioade o cantitate mare de suspensii se poate aseza priza nu pe malul raului ci intr-un bazin executat pe malul raului iar apa raului parcurgandu-1 se produce deznisiparea
Foarte importante sunt forma sub care se amenajeaza intrarea apei din rau in bazin (existand riscul aparitiei depunerilor) si modul in care se reuseste sa se faca evacuarea depunerilor din bazin In literature de specialitate se citeaza si alte posibilitati de folosire a acestor bazine Uneori aceste bazine au fost executate sub forma de canale lungi cu priza la caparul eel mai departat Curatirea canalului se poate face prin dragare
Sunt situatii insa in care din motive locale debit mare si curgere gravitationala captarea poate fi mai simpla Captarea poate avea un singur compartiment pentru debite mici sau poate fi organizata pe linii pentru usurinta exploatarii Intrarea apei se face pe sub un timpan care evita socul plutitorilor cu gratarul si dirijarea acestora in aval Pentru punerea la uscat fiecare compartiment se prevede cu batardou demontabil Priza poate avea doua gratare in serie un gratar rar si un gratar des
O mare importanta o are directia de asezare a gratarului fata de directia circuitului de apa asezarea corecta este data de conditiile locale si uneori sunt necesare studii detaliate pe model in laborator Gratarul se poate aseza paralel cu curentul de apa putin oblic astfel incat apa sa atace gratarul sub unghiul eel mai favorabil sau frontal
243 Captari cu regularizarea albiei
Sunt situatii in care pe rau exista debitul de apa necesar pentru captare dar albia este atat de dezvoltata incat inaltimea apei nu permite derivarea debitului necesar In aceasta situatie este nevoie de inaltarea (cresterea) nivelului apei Una din solutii este de a ingusta albia prin lucrari artificiale de regularizare Intrucat asemenea lucrari de regularizare pot fi necesare si in alte cazuri (stabilirea albiei minore de exemplu) vor fi date cateva elemente generale urmand ca in caz de necesitate sa se apeleze la lucrari de specialitate Lucrdrile de regularizare se prevad si se executa cu respectarea urmatoarelor reguli generale
bull la ape mici curgerea sa fie cea dorita (stabila catre priza) iar la ape mari sa nu se produca inundatii in zonele vecine (sa nu se reduca din capacitatea de transport a albiei)
bull lucrarile sa se execute in etape pentru a se putea cunoaste reactiile la noile conditii si pentru a se putea cunoaste reactiile la noile conditii si pentru a se putea face corectari in etapele urmatoare
bull tipurile de lucrari sa se incadreze in peisaj
bull lucrarile sa nu stanjeasca circulatia apei pentru alte folosinte sau sa produca baltirea apei cu efecte de insalubritate
bull sa se prevada lucrari cu materialele din zona
bull sa fie folosita tendinta naturala de curgere a apei puterea si capacitatea colmatata a curentului
In figura 38 sunt schitate tipurile de lucrari mai des utilizate lucrari in albie (diguri de dirijare traverse de colmatare epiuri) si lucrari de aparare si consolidare a malurilor Elementele constructive tip sunt in general executate printr-o combinatie rationala de
bull combinatie de lemn cu piatra (casoaie suluri si saltele de fascine)
bull combinatie de piatra cu metal (gabioane)
bull anrocamente (piatra mare sparta)
bull beton beton armat sub forma de constructii masive sau elemente prefabricate
bull constructii vii formate din inierbare vegetatie mica (se ia in considerare capacitatea de transport a
albiei la ape mari)Apardrile de mai sunt lucrari de consolidare a malului raului impotriva efectului de eroziune al apei
la viteze mari Acestea pot fi lucrari foarte simple cum sunt taluzele inierbate cu unele elemente simple de fixare sau lucrari mai complicate ca taluz pavat cu elemente de beton zidarie de piatra rostuita sau nu
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
Figura 213 Lucrari de regularizare a albiei Tn zona prizeiLegends a - plan cu tipurile de lucrari b - tipuri de aparari de mai 1 - cu
casoaie 2 - cu dale din beton armat 3 - cu elemente mixte (zidarie de piatra secti Tnierbare) c - diguri epiuri executate din 1 - gabioane 2 - anrocamente
22
zidarie de sprijin din zidarie beton sau beton armat La constructive de mai trebuie tinut seama ca in afara de efectul de erodare si de afuiere a patului de sprijin actioneaza si impingerea malului
Digurile longitudinale sunt lucrari executate in albie care au rol de a dirija pe o portiune un spatiu relativ fix apa raului Se realizeaza din anrocamente cu marime suficienta pentru a nu fi antrenate de apa prefabricate de beton gabioane (piatra de rau balast inchis in casete de sarma zincata pentru a obtine o stabilitate generala mare - elemente simple ieftine si stabile atata timp cat sarma de la cos nu cedeaza sub efectul eroziunii si coroziunii) casoaie din lemn blocuri de beton legate elastic etc Capetele acestor diguri trebuie sa fie bine aparate eventual legate cu cate un epiu astfel incat curentul de apa sa nu patrunda in spatele digului Daca digurile sunt deversate vor fi luate masuri constructive contra afuieri sau spalarii patului cu efect imediat asupra stabilitatii constructiei
Epiurile sunt ca si digurile constructii permeabile rezistente la actiunea apei submersibile sau nu care dirijeaza apa raului pe un anumit spatiu si favorizeaza colmatarea treptatS a spatiului dintre ele Ca pozitie pot fi dirijate spre aval normal pe albie sau orientate spre amonte Se executa din aceleasi materiale ca si digurile Daca albia are un pat usor afuiabil inainte de executia digului propriu-zis se amenajeaza un pat elastic din saltele de fascine sau numai rulouri de fascine O atentie deosebitS se da capului epiului (partea terminals dinspre apa) care este elementul eel mai solicitat Totdeauna coada epiului trebuie bine incastrata in mai pentru a nu permite apei sa-1 ocoleasca
Traversele de colmatare sunt diguri scurte executate din umplutura de material local protejata cu anrocamente mari pe albia minora ce trebuie pSrSaitS sau pe bratele auxiliare care trebuie sa fie colmatate L ape mari spatiul dintre traverse se umple cu aluviuni si in timp traseul vechi al albiei minore dispare
Toate constructiile enumerate anterior si altele asemSnStoare imaginate de specialisti trebuie sa fie verificate si la efecte (in perioada de primavara nu trebuie sa se permita formarea de zSpoare -blocuri de gheata spartS aglomerata care favorizeaza inundatiile) Pe zonele de rau regularizate tipurile de constructii pentru captarea apei sunt similare cu cele pentru albia neregularizatS dar cu adancime suficientS a apei De altfel totdeauna cand se executa constructii legate de apa vor fi luate si masuri de stabilizare a albiei in zona afectata
244 Captari cu baraj de derivatie
In cazul in care pe rau nu se poate asigura nivelul minim necesar pentru captarea apei iar regularizarea albie nu este posibila sau rationala se recurge la executarea unei constructii pentru ridicarea artificials a acestuia dacS debitul captat este important iar fenomenele de iarnS nu pun probleme deosebite
Pentru a nu crea prejudicii pentru alti beneficiari constructia numita stdvilar sau baraj de derivatie trebuie sa asigure concomitent urmStoarele conditii
bull sa fie stabilS la actiunea dinamicS a apei
bull sa permita evacuarea debitelor mari fSrS a provoca inundatii sau deteriorarea altor constructii
bull sa permits evacuarea gheturilor de primSvarS
bull sa asigure navigatia plutaritul circulatia pestilor sau alte folosinte etc Forma
captSrii depinde de
bull marimea debitului captat raportul debit captat debit rau
bull variatia debitului raului si aluviunilor transportate
bull posibilitStile de executie
bull amplasamentul efectiv al prizei (natura albiei adancimea stratului impermeabil inSltimea malurilor etc)
In continuare sunt date cateva exemple de constructii caracteristice pentru asemenea prize
Captarea pentru debit mare realizabilS pe un rau mare pentru localitSti industrii irigatii energie etc Are alcStuirea generals din figura 214
Intre douS culei (o culee este o constractie de legSturS intre constructia dintre albie si mai) se executS elementul de barare a albiei adicS de ridicare a nivelului apei la cota minimS necesarS Aceasta poate fi un prag - baraj deversor dacS lungimea disponibilS si cota malului permit
evacuarea debitelor mari de rau sau baraj cu stavile mobile (stavilar) care se pot ridica sau culca (intr-un locas special prevazut) in radier lasand libera sectiunea pentru evacuarea apelor mari Sunt si cazuri in care din cauza deschiderii mari a albiei s-a adoptat o solutie mixta partial cu stavile partial cu baraj deversor sau uneori si cu baraj nedeversant
Pe malul opus captarii se executa daca este cazul ecluza pentru navigatie sau plutarit cu dimensiunile cerate de beneficiar si aproape totdeauna o scara de pesti pentru a asigura circulatia libera a pestilor intre cele doua biefuri (un bief este zona de rau aflata amonte sau aval de constructia considerate) Pe acelasi mai cu priza se gasesc doua deschideri de spalare prevazute cu vane plane care stau totdeauna partial deschise astfel incat debitul de apa care nu se capteaza sa nu deverseze peste baraj ci sa treaca pe sub aceste stavile
Se reaminteste ca in nici un caz nu este permisa captarea integrals a debitului raului in sectiunea respectiva o parte a debitului raului trebuie sa treaca in aval pentru mentinerea intr-o stare salubra a zonei (altfel devine depozit de gunoaie pe timp de ape scazute) asigurarea apei pentru vietuitoare si vegetatie Debitul ramas in albie este numit debit de servitute (Qs) Spalarea este necesara intracat prin ridicarea locala a nivelului apei s-a realizat in amonte o reducere locala a pantei energetice a curentului de apa Aceasta reducere conduce la micsorarea capacitatii de transport deci micul lac ce se creeaza in spatele barajului se umple repede cu aluviuni Umplerea se face si in dreptul gratarului fiind periclitata adancimea de intrare minima altfel spus se realizeaza ridicarea locala a fundului albiei Lasand libera circulatia apei langa gratar se produce continuu o spalare a depunerilor din cauza vitezei mari realizate sub stavilele de spalare
in unele cazuri prima pila a barajului a fost prelungita cu un pinten formand un fel de canal in fata prizei Apa circuland cu o viteza comparabila cu cea existenta in rau inainte de barare evita producerea de depuneri in fata prizei
Atat in dreptul stavilelor de spalare cat si al barajului deversor in aval se executa un disipator de energie al carui rol este de a reduce viteza apei la o limita care sa nu produca eroziuni spalari in aval de constractie spalari care ar putea periclita stabilitatea acesteia
Priza este o deschidere in culee protejata cu un gratar contra plutitorilor Pentru a evita antrenarea aluviunilor mari in priza aceasta se prevede cu un rag (grataral se aseaza deasupra fundului albiei la 05 - 10 m) Pentru a nu favoriza blocarea gratarului cu plutitori viteza de trecere este redusa 01 - 05 ms din care cauza priza are o forma de palnie Intrarea poate fi inchisa cu stavile Daca deschiderea totala este mare ea se poate reduce cu ajutorul unor pile intermediare Lungimea unei stavile nu va depasi 250 m altfel dispozitivele de ridicare a stavilelor devin greoaie In pile inaintea nisei stavilei se lasa profile U inglobate in beton cu deschiderea spre apa pentru a se putea lansa batardoul (umplutura din elemente grinzi de lemn sau metal) in scopul punerii la uscat a incintei pentru eventuale reparatii Deoarece dupa gratar viteza apei scade mult se produc depuneri care pot afecta circulatia pe canalul de legatura Spalarea lor se poate face cu o golire secundara - de spalare (vezi figura 214) Daca se inchide plecarea spre beneficiar (stavila V2) si se deschide stavila V3 se poate asigura o circulatie fortata cu 0 viteza cu 0 viteza mare (diferenta de nivel amonte-aval este mare) Daca debitul pe rau este suficient iar gratarele au o suprafata mai mare decat cea strict necesara se poate merge cu vana V3 partial deschisa - spalarea facandu-se continuu Pentru evitarea antrenarii plutitorilor mari si a ghetii in sloiuri la gratar se amenajeaza un perete de lemn scufundat partial (05 m) sau o linie de busteni legati articulat (care plutesc) Fenomenele de iarna sunt cele mai dificile la aceste prize
Captarea tiroleza este 0 captare cu gratar pe creasta (figura 215a) care se adopta in cazul in care debitul raului la ape mici este redus si nu poate asigura spalarea zonei din fata prizei iar debitul captat fiind mic captarea in mai se face greu (la aceasta constractie de captare se executa si o priza de iarna in cazul in care grataral ingheata) Captarea se aplica in zone de munte la rauri cu caracter torential pentru debite nu prea mari (sub lm3s) In unele situatii masivul de beton nu se vede din albie fiind alcatuit dintr-un prag de fund - cu gratar la nivelul fundului apei (grataral este inclinat aval pentru a evita blocarea cu aluviuni mari)
Captarea sub albie se adopta in situatia unor localitati de munte pentru care singura sansa de apa o constituie raul sau paraul care izvoraste de la cote inalte al carui debit scade foarte mult in perioadele de iarna si vara si in cazul care fenomenele de inghet dureaza timp indelungat In aceasta situatie 0 captare in albia raului va fi serios stanjenita iar exploatarea va pune probleme deosebite Pentru evitarea unora din aceste probleme au fost imaginate si executate captari sub fundul albiei intr-o zona in care albia este bine dezvoltata si are un pat de 2-3 m de aluviuni Constructia transversals dreneaza apa la unui din capetele sale unde pe malul raului dintr-un put este prelevata si transportata Aceasta captare se deosebeste insa de captarea subterana a apei infiltrate prin mai sau sub fundul albiei (cu drenuri radicale) deoarece apa captata are tot caracteristicile unei ape de suprafata dramul parcurs prin patul aluvionar fiind foarte scurt o asemenea apa are o turbiditate mai mica decat apa captata direct din rau
Schema unei captari sub albie numita uneori si caucaziana este data in figura 215b iar schema unei captari proiectata pentru extinderea provizorie a alimentarii cu apa a unei localitati din tara - la un debit de 10 dm3s in figura 215C
Din figura se observa ca in patul aluvionar al raului se executa o constractie permeabila care dreneaza apa ce se scurge prin subteran sau care se infiltreaza direct asupra constractiei In fata acestei constructii si deasupra ei se executa un blocaj din anrocamente care sa permita accesul mai bun al apei si totodata sa stabilizeze constructia contra efectului dinamic la ape mari (captarea lucreaza ca un prag de fund stabilizator)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 25
Captarea este relativ simpla usor de executat si cu rezultate bune in exploatare Trebuie insa data o atentie deosebita posibilei colmatari a zonei de acces la elementul drenant din cauza apei ce confine fibre de dimensiuni mici (celuloza si hartie) material ce se colmateaza etc
26 Captari din lacuri
Tara noastra nu dispune de lacuri naturale de volume importante care sa poata folosi drept sursa de apa Din aceasta cauza captarile vor fi analizate din punct de vedere al prelevarii apei din lacurile artificiale
In etapa actuala in tara noastra executarea de captari cu debite importante din majoritatea raurilor interioare nu se pot face fara o regularizare a debitului deoarece desi regimul precipitatiilor este relativ uniform (200-2000 mman) distributia in timp este foarte neuniforma Aceasta face ca in perioadele de primavara si toamna debitele sa fie foarte mari iar in perioada de vara si mai ales iarna debitele sa scada la valori extrem de mici cu totul insuficiente pentru alimentarea folosintelor Regularizarea debitelor se face prin lacuri de acumulare special create (bazine uriase cu volume de zeci de milioane-miliarde de metri cubi) care acumuleaza apa din rau in perioadele de viitura si permit folosirea acesteia la debitele dorite
Este insa evident ca un asemenea lac nu se poate crea decat printr-o constructie specials de blocare a albiei numita baraj constructie care prin amploare si efort de investitie pune probleme deosebite Din aceasta cauza executarea unor asemenea lucrari se face prin cooperare cu alti beneficiari lacul urmand sa aiba o folosinta complexa dupa cum urmeaza
bull va reduce viiturile si va permite protej area localitatilor si scoaterea unor suprafete de sub efectul inundatilor redandu-le circuitului agricol
bull volumul de apa acumulat confine o cantitate mare de energie hidraulica energie care poate fi transformata in cadrul centralelor hidroelectrice in energie electrica si data in circuitul energetic al tarii
bull o parte din volumul de apa acumulat poate fi preluat pentru irigarea unor importante suprafete de teren
bull parte din lac poate fi amenajat ca zona de agrement dezvoltand zona din punct de vedere turistic
bull se poate imbunatati regimul de curgere in aval cu efect si asupra calitatii apei
Din punct de vedere al alimentarii cu apa lacul are eel putin in prima perioada un efect favorabil apa prelevata fiind in general mai limpede si mai constants sub raport calitativ Aceasta presupune insa preluarea apei direct din lac (varianta I din figura 216) lucru care poate dezavantaja pe alti beneficiari (cei care se ocupa de producerea energiei de exemplu)
Pe de alta parte apa stationand mult timp in lac isi modifica calitatea iar prin descompunerea depunerilor si dezvoltarea unor microorganisme specifice apa poate sa capete gust neplacut (gustul este diferit de eel al apei de rau care este apa curgatoare) De aceea uneori apa este acumulata dar nu este captata din lac ci uzinata si lasata sa curga pe vechea albie pentru a se aera (varianta Il-a din figura 216) Solutia este
Figura 215 Captari speciale a - captare tiroleza b - captare cu galerie transversala pe fundul albiei c -
dren sub fundul albiei
favorabila in cazul in care utilizatorul de apa se afla la distanta mare Daca centrala functioneaza continuu atunci captarea se poate face in curent liber daca insa centrala (UHE) functioneaza in regim de varf (cum de obicei functioneaza asemenea centrale cateva ore in cursul zilei) atunci avalul inainte de priza trebuie prevazut un lac de compensare zilnica a debitelor lac care sa retina apa uzinata in regim neuniform si sa permita captarea unui debit relativ constant Cele doua variante aratate schematic in figura 216 trebuie comparate ca avantaje si dezavantaje
Priza de apa poate fi realizata in corpul barajului in aval de baraj sau in lac Elementele care conduc la stabilirea solutiei sunt
bull pozitia utilizatorului de apa fata de lac captare din lac daca acesta este amplasat amonte si departe de baraj in baraj sau aval pentru un consumator aval sau din alt bazin hidrografic
bull marimea lacului variatia nivelului apei in lac
bull existenta unei salbe de lacuri pe raul respectiv
bull utilizarea rationala complexa a apei acumulate (de regula la stabilirea amplasamentului lacului se statueaza si modul de folosire al apei)
bull tipul de baraj si simultaneitatea executiei barajului cu priza pentru folosinte de apa in general dupa executarea barajului priza poate fi numai in aval sau in lac
bull conditiile reale de teren trebuie tinut seama ca baraj ele cu lacuri mari de acumulare sunt situate in zona de deal - munte
bull conditiile rationale de tratare a apei obtinute din lac
261 Priza tn aval de baraj
Se poate executa oricand inainte si dupa executia barajului in forme si la debite adecvate Sunt posibile urmatoarele tipuri de captari
bull captari in curent liber de forma celor descrise anterior pe raul pe care debitul regularizat prin lac are valori mult mai mari
bull captari in baraj sau in lac in cazul in care lacul are ca principals folosinta alimentarea cu apa sau cand barajul este realizat pentru un lac de compensare a debitelor rezultate de la functionarea unor centrale hidroelectrice din amonte
bull captari in lac in cazul in care lacul compenseaza folosinta energetica iar beneficiarul este departe de baraj in amonte
262 Prize Tn corpul barajului
Sunt gandite si executate odata cu barajul astfel incat sa nu pericliteze siguranta in functionare a acestuia dar sa poata preleva apa de calitatea cea mai buna existenta la un moment dat in lac
In cele ce urmeaza sunt date exemple de captari de apa executate in baraj Daca barajul este din beton priza este de regula comuna cu barajul (figura 217)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 27
apa curgatoare Barajul care realizeaza lacul de compensare este din materiale locale cu un sistem de stavile pentru spalarea depunerilor de viitura (figura 219)
In figura 220 este schitata captarea dintr-un lac al carui baraj este executat din materiale locale cu miez de etansare din argila Captarea se executa total izolat de baraj (in malul natural sau in lac figura 221 - pentru a nu-i produce dificultati barajului prin exfiltrarea apei pe langa sistemul de transport al apei) si pentru ca priza sa nu aiba dificultati la tasari neuniforme ale barajului Apa captata din priza turn de la cote diferite functie de calitatea acesteia este evacuata prin conducte sau galerii amplasate in malul natural
Acest tip de captare poate fi aplicata si in alta pozitie in cuprinsul lacului pentru beneficiari riverani - amonte de baraj
Cand principala folosinta a lacului este de combatere a undei de viitura captarea poate avea o forma speciala (figura 222) Captarea este amplasata la o cota deasupra rezervei destinata acumularii depunerilor din lac si trebuie sa evite blocarea cu corpuri mari ce pot cadea prin apa intrucat nu este accesibila decat la ape mici - lac gol sau lac golit
263 Captari in lac
Se utilizeaza atunci cand in amplasament nivelul apei este asigurat intotdeauna deasupra unor valori limita Se pot practica o captare de tip turn (figura 221) cand debitul captat este important iar nivelul lacului relativ constant o captare plutitoare cand alimentarea cu apa este sezoniera sau conditiile de iarna nu sunt severe o captare de fund cand lacul este de adancime mare si cu un volum de apa important (figura 223a)
Captarea de fund este formata dintr-un sorb (pot fi prevazute mai multe asemenea constructii separate) asezat pe o confectie metalica stabila de tip tetrapod Se amplaseaza deasupra nivelului (apreciat) de colmatare si sub nivelul minim al apei din lac (acoperire mai mare pentru a o feri de plutitori) Zona captarii va fi balizata pentru a fi ferita de accesul plutitorilor si a putea fi usor reperata pentru control se marcheaza si zona de protectie daca este cazul Conducta de legatura (suficient de elastica daca are lungime mare) se lanseaza prin plutire si poate permite ridicarea prizei in caz de nevoie Captarea va fi amplasata la o asemenea adancime incat sa nu fie deplasata de valuri si totodata nu intr-o zona in care valurile pot pune in miscare depunerile de pe fund si deteriora calitatea apei Captarea este tipica pentru prelevarea apei din lacurile naturale (figura 223b)
Existenta lacurilor de acumulare ridicS probleme importante sub trei aspecte generale aspecte care pot influenta calitatea apei captate siguranta in functionare a prizei sau si a zonelor vecine
bull pentru lacurile mici problema cea mai importanta este legata de colmatarea cu aluviuni lipsa masurilor de protejare amenajare si stabilizare a solului in bazinul hidrografic conduce la antrenarea unei mari cantitati de sol (mai ales fertil) care blocheaza in scurt timp volumul lacului
bull pentru lacurile cu volum mediu (milioane de m3) problema cea mai importanta este eutrofizarea apei lacului
bull pentru lacurile mari (sute de milioane m3) problema importanta este imbdtrdnirea lacului (o eutrofizare lenta avand ca punct final obtinerea unei ape de calitate total deosebitS de aceea a raului din care pro vine)
Eutrofizarea lacurilor este o problema acuta a multor lacuri din zone de ses si colinare Cauza principals este aportul de substante fertilizante (fosfor carbon azot) Fosforul (adus in apa in special din apele uzate orSaenesti - neepurate adecvat) in cantitSti mici favorizeaza randamentul de functionare a fitoplanctonului care la randul lui favorizeazS fixarea azotului cu ajutorul bacteriilor Dezvoltarea fitoplanctonului favorizeazS dezvoltarea zooplanctonului si deci a populatiei de pesti
DacS fluxul energetic si aportul de substante este moderat atunci ciclul se incheie devine stabil si lacul isi pSatreaza calitatea de lac oligotrof (figura 224a) In cazul in care cantitatea de fosfor creste creste volumul de fitoplancton deoarece nu exista suficient azot si lantul se rupe Zooplanctonul si pesti mor substantia organicS creste bacteriile consumS oxigenul si lacul devine eutrof acoperindu-se cu vegetatie (care are rSdacinile in malul situat pe fundul lacului si frunzele la suprafata realizand fotosinteza figura 224b) Consumarea oxigenului de cStre substantele in descompunere si capacitatea redusa de aerare fac ca apa lacului sa aibS de regulS un continut mai redus de oxigen
Daca se reduce cantitatea de nutrient (in special fosforul) dupa un timp calitatea apei se imbunatateste neajungand insa la calitatea initials (se considers ca un continut Tn fosfor de 10-20 mgl este acceptabil)
Imbdtrdnirea lacurilor este fenomenul de modificare continuS a calitatii apei lacului ca urmare a noului echilibru ce se realizeazS intre aportul de substante si circulatia apei Apa care ajunge in lac este o apa cu continut ridicat de substante minerale si organice Acestea se depun se descompun intra in reactie formand substante noi cu continut de Fe N S C (H2S CH4) substante care modifies chimismul apei Pe baza aportului de substante si sub influenta luminii creste productia de masa organica (schema lacului oligotrof) Apare un fenomen nou de circulatie a apei in lac vara apa de la suprafata este calda deci mai usoarS toamna insa apa se rSceste devine mai rece decat apa de la fundul lacului (are cca 4degC sub 15 - 20 m temperature ramane relativ constants) deci devine mai grea (densitatea creste la scaderea temperaturii) si coboarS inlocuind apa mai calda de adancime apa care se ridicS (depunerile mai pot fi agitate si de valurile de la suprafata)
Pozitia captarii in lacurile adanci trebuie sa fie totdeauna in zona medie cu temperature relativ constants (6 - 12degC) si unde nu se simte direct influenta descompunerilor ce se produc la fundul lacului (sau tulbureala datS de depunerile rSacolite)
28 Procese de pre-tratare aplicarea de algicide
Algele sau cianobacteriile (algele verzi-albastre) din lacurile si acumularile de stocare pot crea probleme de gust si miros precum si aparitia unor substante ce provoaca imbolnaviri (toxine) Pentru controlul dezvoltarii algelor sau cianobacteriilor se pot folosi compusi care distrug algele (algicidele) Daca are loc un eveniment legat de utilizarea algicidelor (calitatea apei este afectata de utilizarea unui algicid) pot avea loc urmatoarele
bull daca se utilizeaza algicide in exces substanta chimica poate provoca imbolnaviri
bull daca volumul de alge sau cianobacterii este prea mare si nu poate fi controlat de algicid toxinele din alge cianobacterii pot provoca imbolnaviri
bull daca se utilizeaza ca algicid paiele de orz substantele din paie pot reactiona cu dezinfectantele si forma subproduse ce provoaca imbolnaviri
Aplicarea de algicide in sursa de apa poate prezenta riscuri pentru sanatatea si siguranta muncii operatorilor Acestea sunt recunoscute dar nu vor fi discutate deoarece astfel de riscuri fac obiectul legislatiei muncii si protectiei muncii Algele sau cianobacteriile din sursa de apa pot interfera cu functionarea statiei de tratare Un bun control al cresterii lor face sa se diminueze necesitatea pre-oxidarii Se reduce de asemenea cantitatea de dezinfectant ce se pierde in reactia cu algele sau cu substantele pe care acestea le elimina in apa
31 Alcatuirea statiilor de tratare a apei
Rolul statiei de tratare este de a corecta calitatea apei brute pana la atingerea cerintelor utilizatorului Exista o multitudine de procese de tratare care se utilizeaza in practica insa schema generala a unei statii de tratare (figura 31) cuprinde
bull trepte multiple de oxidare (pre-oxidare post-oxidare) cu scopul de a oxida compusi chimici dar si de a realiza bariere succesive in calea micro-organismelor
bull procese de limpezire a apei care constau in
o coagulare-floculare cu reactivi chimici in camere de reactie special amenajate
o decantarea apei pentru retinerea suspensiilor coagulate
o filtrarea pe strat de nisip pentru finalizarea procesului de limpezire
bull afinarea apei constituita din oxidare cu ozon urmata de adsorbtie pe carbune activ granular cu scopul indepartarii anumitor compusi chimici toxici
bull dezinfectia apei pentru indepartarea totala a virusurilor bacteriilor si altor micro-organisme din apa treapta obligatorie in Romania conform Legii privind Calitatea Apei Potabile nr 4582002
3
Pentru eliminarea duritatii se pot adopta scheme cu schimbatori de ioni sau cu reactivi chimici (var si soda) in functie de tipul duritatii (temporara sau permanenta)
Orice statie de tratare este deservita de anumite facilitati pentru intretinerea proprie Printre acestea se mentioneaza
bull statia de reactivi chimici cu rolul de a stoca prepara si doza reactivii necesari procesului de tratare (coagulanti floculanti agenti dezinfectanti corectie pH etc)
bull sisteme de spalare filtre rapide constituite din statii de pompe si de suflante
bull laborator pentru a determina corectitudinea procesului de tratare dar si calitatea apei produse
bull alte facilitati printre care se mentioneaza sisteme de recuperare a apei de la spalare filtre si a namolului din decantoare
311 Exemple de statii de tratare
O schema de tratare cu filtrare directa este prezentata in figura 32 Uzina de apa a orasului Los Angeles - SUA (Los Angeles Aqueduct Filtration Plant) are o capacitate instalata de 185 m3s filiera tratare fiind prezentata in cele ce urmeaza
bull pre-oxidare cu ozon 4 generatoare care produc 3780 kg CVzi (doza medie ozon 15 mgdm3) 4 bazine de contact (timp de contact minim 49 min)
bull coagulare (amestec rapid) 8 camere de reactie echipate cu agitatoare dinamice timp minim de amestec 086 s pentru doua camere inseriate Reactivi utilizati clorura ferica sulfat de aluminiu polimeri anionici si neionici soda caustica clor
bull floculare 36 camere de reactie lenta timp minim de reactie lenta 8 min pentru 3 bazine inseriate
bull filtrare 24 unitati (aria unei unitati A=160 m2) strat de antracit cu inaltimea de 24 m viteza de filtrare 175 mh care asigura un timp de contact de 10 minute
bull dezinfectie finala cu clor (doza maxima clor 56 mgdm3)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 3
Un alt exemplu de schema de tratare care nu cuprinde treapta de decantare este uzina de apa Ivry (Franta) modernizata in 1987 (debit instalat Q = 300000 m3zi) Dupa modernizare uzina cuprinde urmatoarele procese (figura 33)
bull pre-oxidare cu ozon doza uzuala 10 mg CVdm3
bull coagulare (amestec rapid) cu clorura ferica (5 - 10 mgdm3) si polimer anionic (0025 -005 mgdm3)
bull pre-filtrare faza I - (coagulare pe masa de contact) 18 unitati de 815 m2 strat biolit 10 m viteza de filtrare maxima 10 mh
bull floculare cu clorura ferica (2-6 mg Fe3+dm3) si polimer (005 - 10 mgdm3)
bull pre-filtrare faza II - nisip 22 unitati de 81 m viteza de filtrare 9 mh
bull filtrare lenta 30 cuve (23000 m2) viteza maxima de filtrare 13 mzi inaltime strat 07 m
bull post-ozonare timp de contact 4 minute doza uzuala 04 - 06 mg CVdm3
bull filtrare pe CAG inaltime strat 10 m viteza de filtrare 10 mh
bull dezinfectare finala cu hipoclorit de sodiu
In figura 34 este prezentata o schema tehnologica a unei uzine de apa aplicata in cateva mari uzine de tratare (Qgt2000 m3h) ce preiau apa bruta direct din fluviul Ruhr Schema asigura o eliminare optima a microorganismelor Concentratia de Cryptosporidium in apa raului Ruhr variaza de la 0 la 5 unit(100 dm3) iar concentratia chisturilor Giardia de la 8 la 250 unitdm3 Nu au fost detectate aceste organisme in treptele premergatoare dezinfectarii Se remarca prezenta treptelor de filtrare incepand cu filtrarea mecanica pe microsite in capatul amonte al filierei de tratare si continuand cu un pachet de trei trepte de filtrare (dublu strat carbune activ granular si filtre lente) care asigura o eficienta foarte mare din punct de vedere microbiologic
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 3
Figura 34 Filiera tehnologica uzina de apa Mulheim an der Ruhr
(Germania)
Un exemplu de schema tehnologica combinata (Q=32 m3s) este prezentata in figura 35 Apa bruta (fluviul Elba) este puternic incarcata in poluanti Filtrarea primara (bazine de infiltratie) reduce de cateva ori incarcarea microbiologica iar in cazul folosirii treptelor de floculare sedimentare si filtrare reducerea incarcarii microbiologice este de circa 9999
Prin curgerea in stratul subteran se obtine o apa ce se incadreaza in normele privind calitatea apei potabile Dezinfectia finala este aplicata pentru a preveni cresterea masei bacteriene in sistemele de distributie Uzina este prevazuta a fi modernizata cu treapta de oxidare cu ozon si filtre multistrat
In Elvetia sunt intalnite in principal scheme complexe de tratare avand la baza procese biologice (figura 36) Treptele de tratare clasice (pre-oxidare cu ozon coagulare-floculare filtrare rapida) sunt urmate de corectia pH-ului si postozonare in fmalul filierei de tratare se prevad reactoare biologice inseriate (filtre CAG activate biologic urmate de filtre lente) Se urmareste in principal reducerea indicatorilor biologici si bacteriologici prin reducerea concentratiilor de carbon organic asimilabil (AOC lt 10 ug Cdm ) Se remarca absenta dezinfectarii finale Se obtine o apa biostabila introducerea acesteia intr-o retea de distributie nu necesita prezenta unui dezinfectant rezidual Se asigura in acest mod o siguranta ridicata la consumator in ceea ce priveste potentialul de formare al trihalometanilor
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 3
33 Procese de oxidare
Procesele de oxidare pot fi intalnite in toate statiile de tratare in doua sectiuni caracteristice ale schemei
bull pre-oxidare in capatul amonte al filierei pentru oxidarea substantei organice plancton inactivare microorganisme obiectul principal este asigurarea functionarii optime a proceselor de tratare si evitarea contaminarii acesteia
bull post-oxidarea amplasat dupa procesele de tratare conventionale (decantare si filtrare rapida pe strat de nisip) urmareste oxidarea totala a micro poluantilor reducerea materiilor organice naturale si inactivarea totala in ape limpezi a compusilor biologici si bacteriologici
331 Pre-oxidare
In mod obisnuit se utilizeaza urmatorii agenti oxidanti clor ozon dioxid de clor 3311 Clorul(Ch)
Clorul se utilizeaza in mod uzual cu doze cuprinse in domeniul 1 - 3 mgl cu timp de contact minim Tc=30 minute in anumite situatii (inflorire algala sau poluare accidentala) dozele pot fi mai mari dar se urmareste evitarea formarii sub-produsilor organo-clorurati (de exemplu trihalometani THM) prin efectuarea de incercari pe apa sursei pentru a se stabili potentialul de formare
Clorul este adoptat frecvent datorita costurilor reduse implicate Reactia clorului trebuie urmarita cu atentie luand in consideratie agentii reducatori (H2S Mn2+ Fe3+) si materiile organice naturale in diagrama din figura 37 se poate urmari procesul de reactie al clorului in apa (clorare la breakpoint) Punctul critic se atinge daca raportul masic intre clor si amoniac variaza intre 81 -101 (teoretic 761)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 40
3312 Ozonul(03)
Ozonul este un gaz violet instabil care degaja un miros iritant caracteristic
Se produce prin descarcari electrice la diferente de potential ridicate intre doi electrozi intre care curge aer sau oxigen pur Eficienta productiei depinde de diferenta de potential frecventa caracteristicile materialului dielectric si spatiul care separa dielectricele Progresele tehnologice din ultimii 20-30 ani au condus la reducerea consumului de energie la 10 - 12 kWh 1 kg O3
Dozele uzuale de ozon sunt in gama 1 - 3 mgCVdm3 iar timpul de contact uzual este Tc=10 minute Se tinde spre adoptarea solutiei cu doua reactoare in serie ca in figura 38 Adancimea apei in reactoare poate atinge 6-75 m
Conceptual reactoarele de ozon functioneaza pe baza interceptarii curentului de apa descendent de catre voalul de bule mici de ozon in miscare ascendents
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
0
4
3313 Dioxidul de clor (CIO2)
Se poate obtine din clorit de sodiu si clor conform reactiei
2NaC102 + Cl2rarr2C102 + 2NaCl (31)
Stoechiometric 1 g dioxid de clor se obtine din 134 g clorita de sodiu si 05 g de clor
Este instabil si exploziv la temperaturi T gt (-40degC) Se produce imediat inainte de injectia in apa La 20degC si presiune partiala de 53 kPa solubilitatea este 4 gdm3
Avantajele utilizarii CIO2 sunt
bull nu formeaza sub-produsi de tip trihalometani (THM)
bull are putere oxidanta mai buna oxideaza fenoli si este foarte eficace la pH peste 85
Dozele utilizate frecvent 01 - 05 mgl timpul de contact fiind Tc = 10 min Se mentioneaza ca pentru doze mai mare de 05 mgl exista riscul formarii de sub-produsi de tip clorati
Reactoarele de pre-oxidare utilizeaza agitatoare mecanice (rezistente la coroziune) care asigura amestecul mecanic cu randamente ridicate intre apa de tratat si solutia de CIO2
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 4
332 Post-oxidare
In filierele de tratare se dezvolta din ce in ce mai mult conceptul de post-oxidare cu ozon pe apa limpezita dupa filtrele rapide de nisip pentru ca eficienta transferului creste se reduc dozele de ozon si oxidarea micro-poluantilor devine mai eficienta
incadrarea procesului de post-oxidare in schema statiei de tratare se realizeaza totdeauna ca infigura 310 n
Dozele de 03 in post-oxidare nu depasesc 2 mgl Principiile reactoarelor de ozon sunt identice cu cele utilizate in pre-oxidare
Post-oxidarea cu ozon combinata cu adsorbtia pe CAG este procesul (denumit afinare) capabil sa asigure
- eliminare totala compusi biologici microbiologici si micropoluanti
- reducere materiilor organice naturale astfel incat TOC lt 25 g Cl
- eliminare pesticide
333 Alegerea oxidantului
Alegerea oxidantului se bazeaza pe analiza calitatii apei caracterizarea marimii poluarii care poate apare (continut materii organice naturale carbon organic total numar de microorganisme perioade duraf deg ce aparitie)
Alegerea agentului oxidant are la baza costuri si implicatii in filiera tehnologica
Tabelul 35 Caracteristici principale Tn alegerea oxidantilor Nr crt
Oxidant Avantaje Dezavantaje
1 Clor-Cl2 - costuri reduse- cunoastere operare- este remanent (rezidual) in reteaua de
distributie
formeaza THM - necesita timpi de contact mari
2 Dioxid de clor - C102 - capacitate de oxidare mai ridicata in raport cu Cl2
- nu formeaza THM- este remanent (rezidual) in reteaua de
distributie
- necesita preparare si dozare instantanee- la doze prea mari poate forma cloraticosturi mai mari in raport cu Cl2
3 Ozon - 03 - cea mai mare capacitate de oxidare- nu formeaza THM
- necesita preparare si dozare instantaneeconsumuri energetice mari- poate forma subprodusi de tip bromaji sau
aldehide- nu este remanent (rezidual) in reteaua de
distributie
4
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 4
Figura 311 Fortele
ce actioneaza asupra
particulelor aflate Tn
apa
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
3511 Deznisipatoare
Sunt destinate sa retina particulele de tip nisip pentru protectia utilajelor din schema statiei de tratare Schema unui deznisipator orizontal este data in figura 313
Figura 313 Deznisipator orizontal longitudinal
1 Gratar 2 Bare de linistire 3 Nisa pentru reparatii Tn caz de avarie 4 Stavilar de intrare 5 Vane de golire 6 Stavilarde iesire 7 Galerie de golire
In zona de intrare a apei in deznisipator se monteaza un gratar rar pentru impiedicarea accesului corpurilor mari in interiorul bazinului Pentru linistirea curentului se monteaza bare verticale de linistire Peretii laterali ai deznisipatorului se executa cu evazare catre exterior pentru a permite preluarea impingerilor survenite din podul de gheata care se formeaza pe timp de iarna la suprafata bazinului Panta radierului bazinului trebuie sa permita evacuarea depunerilor in zona din aval a bazinului Evacuarea depunerilor se poate realiza cu mai multe sisteme
bull prin hidro-mecanizare cu scoaterea din functiune a unui compartiment
bull prin golirea totala a compartimentului (numai pentru debite foarte reduse)
bull cu electro-pompe speciale purtate de o grinda rulanta
3512 Decantoare statice
Sunt destinate surselor cu variatii mari de turbiditate la care 50 - 60 din suspensii sunt de natura minerala (gravimetrice) in figura 314 se prezinta schema unui decantor orizontal longitudinal Elementele principale ale bazinului sunt
bull zona de intrare in care se gaseste un perete de linistire a curentului in partea superioara respectiv canalul de evacuare a depunerilor in partea inferioara
bull decantorul propriu-zis cu radier cu panta catre basa de evacuare a namolului amplasata in zona incipienta a bazinului
bull zona de evacuare a apei decantate care este bordata de un gratar cu rolul impiedicarii accesului plutitorilor
Curatirea decantoarelor orizontale se realizeaza
bull Intermitent prin golire si evacuare depuneri hidraulic sau mecanic
bull Continuu cu ajutorul podurilor racloare care strang depunerile in base special amenajate
Dificultatile in operarea decantoarelor statice se pot sintetiza
bull sunt influentate de factori atmosferici vant gheata insorire
bull miscarea este turbulenta ca structura si particule fine pot fi repuse in stare de suspensie
bull echilibrarea fluxului hidraulic se realizeaza cu dificultate
bull eficienta retinerii nu depaseste 10-15 NTU la apa decantata
37 Filtrarea apei - generalitati
Filtrarea este procesul de limpezire finala a apei (stadiul II) la curgerea printr-un mediu poros de obicei format din nisip cuartos Procesul simuleaza infiltratia apelor superficiale in mediile poroase din subsolul pamantului Procesul este cunoscut si aplicat de mult timp (primul brevet s-a emis in 1830)
Schema generala (figura 323) indica filtrul ca fiind format dintr-un bazin (cuva) in care apa curge in sens descendent traverseaza mediul poros sustinut de un drenaj si ajunge intr-un rezervor de apa filtrata amplasat sub drenaj Sistemul este dotat cu toate instalatiile de introducere -prelevare apa preaplin si golire
Parametrii fundamentali ai procesului de filtrare sunt
bull viteza de filtrare definita (ca viteza aparenta) cu relatia urmatoare
vF = Q A [ m h ] [mzi] (313)
In care
Q - debitul de apa filtrata
A - suprafata orizontala a stratului filtrant in
functie de viteza de filtrare se pot clasifica in
o filtre lente (biologice) - VF = 01 - 025 [mh]
o filtre rapide - vF = 4 - 10 [mh|
o filtre ultra-rapide
bull mediul filtrant - in general nisip cuartos care sa realizeze prin uniformitatea granulelor un volum de goluri in care sa se acumuleze suspensia retinuta din apa caracteristicile sunt diferite pe tipuri de filtre
bull pierderea de sarcina (hr) exprimata ca diferenta intre nivelul apei in cuva filtrului si nivelul apei in rezervorul de apa filtrata este data de colmatarea stratului si este variabila in timp
49
38 Filtre lente
Se bazeaza pe formarea unei membrane biologice constituita din colonii de bacterii aerobe -amplasata la suprafata stratului de nisip (pe primii 2-3 cm) Elementul fundamental este dezvoltarea membranei (in 1 - 3 zile) functie de caracteristicile apei Dupa o perioada (30 - 50 zile) membrana se colmateaza si incepe sa se rupa degradand calitatea apei Aceasta se razuieste (se curata) manual sau mecanic si procesul este reluat In figura 52 se indica schema unui filtru lent
Dispoizitiv de curatat_____________________________membrana biologtca
Figura 325 indica tipurile de organisme care pot fi intalnite pe o adancime de 30 cm in nisipul filtrului lent
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
Nisipul din filtrul lent trebuie sa aiba urmatorii parametri
bull granulozitatea in domeniul dg = 035 - 050 mm
bull coeficientul de neuniformitate ult 15
(314)
In care d6o - diametral ochiurilor sitei prin care trece 60 din materialul cernut
d1o - diametral ochiurilor sitei prin care trece 10 din materialul cernut
01
50
bull inaltimea stratului de nisip H=90-100 cm cand grosimea stratului de nisip ajunge dupa curatiri succesive la 70 - 80 cm este necesara completarea la inaltimea initiala
Solutia filtrelor lente se prevede la debite relativ mici (max 10000 m zi) si surse de apa in general curate (lipsite de alge culoare poluanti toxici) Se pot obtine rezultate performante la ape necoagulate Operarea sistemelor de filtre lente este simpla Procesul de filtrare lenta este asimilat cu procese fizice si biologice Acestea din urma necesita o atentie si urmarire continua in etapele de operare a filtrelor in special referitor la starea coloniilor de bacterii aerobe din membrana biologica
310Filtre rapide
In figura 326 se prezinta schema unui filtru rapid Acesta este constituit din urmatoarele elemente componente
bull sistem admisie apa in cuva - are rolul echirepartitiei debitului catre cuvele de filtre
bull stratul filtrant peste care exista un strat de apa
bull drenaj cu rolul de a sustine stratul filtrant si de a transforma bulele mari in bule fine in procesul de spalare inversa
bull sistem de mentinere a nivelului apei in filtru (pentru filtrele cu functionare in sistem nivel constant si debit variabil)
bull statie de pompare apa de la spalare filtre si statie de suflante
bull instalatii hidraulice grupate in galeria tehnologica cu rolul de a asigura toate utilitatile necesare functionarii corecte a procesului (conducte si vane apa filtrata apa spalare aer spalare preaplin golire etc)
bull rezervor de apa filtrata amplasat de obicei sub toata statia sau in anumite cazuri numai sub galeria tehnologica
Procesul consta in doua etape
bull filtrarea apei parcurgand in sens descendent stratul de nisip si drenajul
bull spalarea filtrului in sens ascendent in doua faze distincte
o faza 1 (durata Ti=5-10 min)
o faza 2 - limpezire (durata Ti=10-15 min)
51
in ultimii 30-40 de ani in lume a existat o preocupare constants pentru perfectionarea procesului in sensul obtinerii performantei in calitatea apei filtrate (turbiditatea sa se incadreze in domeniulOl - 10 NTU)
Mecanismele de retinere in filtrele rapide se pot sintetiza ca in schema urmatoare
3101 Mediul filtrant
Calitatile materialului filtrant sunt urmatoarele
bull domeniul de granulozitate dg = 085 - 2 mm
bull coeficientul de neuniformitate u=d6odio lt 15
bull fractiunile inferioare diametrului 085 mm si superioare dmax 2 mm inferioare procentual la 10 in greutate
bull diametrul efectiv def = dio = 09-1 mm
bull sa realizeze un numar de goluri (porozitate) mare (pgt40)
bull forma granulelor apropiata de sfera pentru obtinerea unui grad de acoperire ridicat
bull continut de roci cuartoase recomandabil peste 95
bull sa aiba duritate (gt 7 in scara Mohs) pentru a nu se sfarama la spalare
Calitatea materialului filtrant influenteaza viteza de filtrare O serie de studii au indicat domeniul optim de granulozitate al nisipului de filtru conform figurii 328
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 52
3102 Calitatea influentului fn corelatie cu materialul filtrant
Pentru realizarea unei retineri eficiente a suspensiilor se impune ca in influentul filtrelor acestea sa fie floculate Aceasta se caracterizeaza prin coeficientul de coeziune al suspensiilor floculate (namol retinut) aceasta caracterizeaza capacitatea de rezistenta la forfecare si depinde de doza de floculant si natura (minerala sau organica a suspensiilor)
Procesul de optimizare a filtrarii rapide a apei ia in considerate principiul un filtru va functiona optim cand va produce cea mai mare cantitate de apa intre doua spalari succesive aceasta se va realiza cand timpul in care se atinge pierderea de sarcina limita este egal cu timpul in care se calitatea apei filtrate se inrautateste la limita maxim acceptabila (Ti = T2) sau penetrarea impuritatilor in interiorul masei filtrante se va efectua cu aceeasi viteza cu care creste pierderea de sarcina Expresiile celor doua perioade au fost determinate de cercetatorii Richard si Croce-Spinelli
Tx = a bull σ - 0 9 5 bull k-075bull def-045bull h0
n95bull v -185 (316)
T l = b bull σ-075 k - 0 7 5 bull dlef
1 5 Δhr05 bull vF
-065 (317)
In care Ti - perioada in care turbiditatea apei filtrate atinge valoarea limita (1 NTU)
T2 - perioada in care se atinge pierderea de sarcina limita (15 - 18 m)
a b - coeficienti empirici (experimentali)
hn - grosime strat nisip
Δhr- viteza de crestere a pierderii de sarcina
INSPECTIA SANITARA SI MOMTORIZAREA CALITATII APEI
VF - viteza de filtrare
k - coeficient de coeziune al namolului
a - depozitul specific (volumul de suspensii raportat la volumul de material filtrant)
Se constata ca fiecare filtru poate conduce la un ciclu optim functie de calitatea nisipului grosimea stratului calitatea flocularii suspensiilor din apa influenta si viteza de filtrare
3103 Variatia pierderii de sarcina
Urmarirea pierderii de sarcina este importanta pentru ca poate pune in evidenta functionarea filtrului Operarea optima a unui filtru se realizeaza prin urmarirea in timp a variatiei pierderii de sarcina si turbiditatii Masurile pentru realizarea acestui optim sunt
53
bull reducerea vitezei - cele mai performante filtre lucreaza cu viteze de filtrare variabile astfel incat colmatarea stratului sa se realizeze fara socuri
bull adaugarea unui polimer (doze 01 - 02 mgl) in influent pentru a mari rezistenta particulelor floculate
bull imbunatatirea calitatii nisipului
Presiune (m col H20)
Figura 329 Estimarea pierderii de sarcina Tn
stratul filtrant
3104 Spalarea filtrelor
Se realizeaza in contra curent de apa si aer comprimat Elementele tehnice care intervin esential in obtinerea performantelor spalarii sunt
bull calitate drenaj - din punct de vedere al uniformitatii debitelor de apa si aer
bull colectarea uniforma a apei de la spalare
bull metoda de spalare care sa asigure eliminarea totala a suspensiilor retinute in strat cu resurse minime
bull drenaj de mare rezistenta hidraulica (cu placi cu crepine)
Se bazeaza pe principiul introducerii unei rezistente hidraulice de 15 - 20 cm coloana de apa (reducerea brusca de sectiune la intrarea apei in tija crepinei) care asigura uniformizarea intensitatilor de spalare pe suprafata cuvei (abateri de plusmn 3-5) In figura 330 se prezinta schema drenajului cu placi cu crepine
Se pun conditii severe din punct de vedere constructiv pentru realizarea drenajului
bull asigurarea etansarii perfecte
bull asigurarea cotei exacte si unice pentru pozitia orificiilor de aer
bull rezistenta cosurilor crepinelor
bull asigurarea formarii unui nivel de separatie apa - aer uniform si constant pe toata suprafata cuvei
Cele mai performante filtre din punct de vedere al spalarii sunt filtrele cu baleiaj la spalare (figura 331)
INSPECTIA SANITARA SI MOMTORIZAREA CALITATII APEI
55
55
in perioada de spalare a filtrului nivelul in cuva se afla la cota NS jgheaburile J nu mai deverseaza si prin orificiile de la baza jgheaburilor se creeaza un curent de baleiaj (1-2 dm3sm2) cu apa decantata care impinge suspensiile spre jgheabul de colectare Se reduc astfel timpii de spalare (cu 50) si intensitatile si volumele de apa de spalare
Prin curgerea ascendenta a aerului masa de nisip vibreaza si peliculele de namol se desprind de granule Curentul ascendent de apa le antreneaza Spalarea numai cu aer induce vibrarea masei de nisip si depunerea namolului in zona inferioara a stratului De aceea este contraindicata spalarea numai cu aer in faza 1
In general echipamentele pentru asigurarea debitelor apa de spalare se adopta un utilaj (pompa) in faza 1 si inca o pompa de acelasi tip pentru faza a Il-a
3105 Asigurarea repartitiei uniforme a influentului
Pentru asigurarea repartitiei uniforme a apei decantate se utilizeaza diverse sisteme Cel mai performant este sistemul cu deversori neinecati conform cu schema din figura 332
3106 Sistemele hidraulice
Sistemele hidraulice asigura deservirea statiei de filtre atat in procesul de filtrare cat si in procesul de spalare Acestea se vor dimensiona conform vitezelor economice prezentate in tabelul urmator
3107 Reglajului debitului si nivelului de apa in cuva
Pentru filtrele care functioneaza cu nivel constant si debit variabil este foarte important ca nivelul apei in filtru se fie mentinut pseudo-constant Aceasta se asigura cu diverse sisteme de plutitori (regulator de nivel amonte) care comanda vana de pe conducta de apa filtrata sau cu sisteme electronice si hidraulice conform figurii 333
Figura 333 Sistem de reglare electronic al nivelului apei Tn filtru
Legends 1 Strat filtrant 2 Vana apa filtrata 3 Parghie comanda vana 4 Electrovana de comanda 5 Regulator electronic 6 Senzor de presiune pentru nivel filtru 7 Senzor de presiune sub planseu 8 Potentiometru 9 Indicator de
colmatare 10 Alimentare cu fluid de comanda
313 Afin area apei
Procesul de afmare a apei este constituit din combinatia intre procesul de post-oxidare cu ozon a apei filtrate urmat de adsorbtie pe carbune activ granular
3131 Post-oxidarea cu ozon
Ozonul (O3) se obtine din aer sau oxigen supus la descarcari electrice printr-un dielectric In figura 334 se prezinta un element dintr-un ozonor
figura 334 Element tubular de ozonor
1 - Intrare gaz vector (aeroxigen) 2 3 - Electrozi 4 - Dielectric 5 - Spatiu de descarcare electrica 6 - Gaz vector +
ozon 7 - Apa racire
Diferentele de potential la care se lucreaza sunt cuprinse intre 6000 - 18000 V functie de natura si grosimea dielectricului marimea spatiului de descarcare si presiunea absoluta de functionare
Concentratiile de ozon in gazul vector obisnuite sunt
bull 10-40gm - in cazul utilizarii aerului
bull 10-140 gm3 - in cazul utilizarii oxigenului
Pentru a realiza concentratii optime si stabilitatea procesului se cere punct de roua -60degC -80degC
Energia specifics pentru productia de ozon
bull 13-18 kWhkg O3 - produs din aer
bull 8-10 kWhkg O3 - produs din oxigen
Actiunea O3 asupra apelor de consum se poate sintetiza
bull imbunatatirea calitatilor organoleptice (gust miros culoare)
bull activitate bactericide si virulicida
bull oxidarea materiilor organice
bull oxidare micro-poluanti
bull imbunatatirea biodegradabilitatii in amonte de CAG
3132 Adsorbtie pe carbune activ granular (CAG)
Carbunele activ se poate obtine din carbuni minieri sau din coaja de nuca de cocos Majoritatea carbunilor minieri pot fi convertiti in carbune activ insa proprietatile carbunelui activ depind esential de calitatea initiala a carbunilor in special in ceea ce priveste duritatea acestora in acest sens se utilizeaza adesea coaja nucilor de cocos pentru fabricarea carbunelui activ
Exista o multitudine de procese de fabricare a carbunelui activ insa eel mai dezvoltat este piroliza urmata de activarea cu gaze de oxidare Piroliza (carbonizarea) presupune incalzirea materialului la temperaturi intre 600 si 900 degC in absenta aerului Pentru obtinerea unei porozitati ridicate se pot utiliza adaosuri de cloruri metalice (de exemplu ZnCl) Piroliza poate reprezenta unicul pas de activare in cazul in care se doreste obtinerea unui material cu 0 porozitate ridicata
A doua etapa este cea de oxidare care se realizeaza de obicei cu abur sau uneori cu aer Temperaturile sunt uzuale in gama de 600 - 900 degC Pe parcursul acestei etape se realizeaza 0 erodare a suprafetei interne a carbunelui si dezvoltarea unei retele extensive de micropori care cresc capacitatea de adsorbtie
58
Printre proprietatile principale ale carbunelui activ se enumera continutul de cenusa umiditatea densitatea marimea particulelor duritatea volumul si distributia dupa marime a porilor suprafata interna
31321 Continutul in cenusa
Continutul in cenusa este reprezentat de reziduul obtinut prin calcinarea la temperatura de 954 degC timp de 3 ore in aer Uzual continutul de cenusa variaza intre 3 si 10 Pentru reducerea cantitatii de cenusa se poate utiliza spalarea cu acid
31322 Umiditatea
Umiditatea se determina prin uscarea in cuptor timp de 3 ore a unei cantitati de 5 sau 10 g de carbune activ la temperatura 150 degC Se determina greutatea inainte si dupa uscare si racire in exicator Umiditatea in vrac a carbunelui activ este recomandabil sa fie limitata la maxim 5
31323 Densitatea
Sunt mai multe tipuri de densitati printre care se mentioneaza densitatea in vrac densitatea aparenta densitatea particulei si densitatea reala Densitatea in vrac sau densitatea aparenta reprezinta greutatea carbunelui activ uscat raportata la volumul pe care acesta il ocupa Aceasta se determina prin umplerea unui cilindru cu volumul de 100 ml cu carbune prin cadere libera dintr-o masina vibratoare si cantarirea volumului respectiv Valorile uzuale sunt in gama 05 - 06 gml pentru carbune activ fabricat din carbune minier respectiv 024 - 030 mg1 pentru carbune activ fabricat din lemn
Densitatea particulei reprezinta densitatea unei particule singulare Volumul pe care se bazeaza include volumul porilor precum si volumul materialului Densitatea particulei se determina in mod uzual cu mercur la presiunea atmosferica (mercurul umple spatiile goale din particula de carbune activ dar nu umple porii) Valorile uzuale sunt in gama 074 - 080 gml
Densitatea reala sau densitatea scheletului este cea determinate numai pe materialul (carbunele) propriu-zis Pentru determinarea acesteia se utilizeaza uzual o metoda de inlocuire cu heliu (heliul intra practic in toti porii materialului) Valorile uzuale sunt in gama 21 - 22 gml
31324 Marimea particulelor
Aceasta se determina prin cernerea a 100 sau 200 g de carbune printr-un sistem de site mecanice timp de 10 minute dupa care se cantaresc retinerile pe fiecare sita in parte Carbunele activ pudra se incadreaza de obicei in domeniul 005 mm - 15 mm
31325 Friabilitatea
Capacitatea carbunelui activ de a rezista la abraziune este unul dintre parametrii cei mai importanti Procedura de determinare a friabilitatii carbunelui activ presupune determinarea granulozitatii acestora inainte si dupa testul propriu-zis care consta in concasarea succesiva a carbunelui intr-un recipient alaturi de bile de otel inoxidabil Valorile uzuale ale indicelui de friabilitate sunt 65 - 80 (practic 70 - 75) ceea ce atesta faptul ca materialul este foarte usor friabil si este necesar atentie la procedura de spalare
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATIIAPEI 59
31326 Volumul si distributia dupa marime a porilor
Volumul porilor reprezinta volumul total al porilor din particula de carbune activ granular raportat la greutate Valorile uzuale sunt de ordinul 08 - 12 mlg pentru carbune activ fabricat din carbuni minieri respectiv 22-25 mlg pentru carbune activ fabricat din lemn Volumul total al porilor poate fi determinat printr-un test de adsorbtie cu azot desfasurate astfel incat azotul condensat sa intre in totalitate in porii carbunelui
Carbunele activ confine o structura complexa de pori de forme si marimi diferite Porii au de obicei o geometrie neregulata si sunt interconectati Dimensiunile porilor sunt uzual intre 10 A si 100000 A (001 cm) Distributia dupa marime a porilor depinde de tipul de material utilizat si de metoda si de durata procesului de activare
31327 Suprafata internaSuprafata interna a materialelor poroase in general se determinS cu ecuatia BET stabilita de
Brunauer Emmett si Teller Ecuatia descrie formarea de strate multiple de gaz condensat care apar atunci cand un gaz adsorbabil (de exemplu azotul) este in contact cu materialul poros Intr-un astfel de test se utilizeaza azot la temperatura de fierbere si presiunea atmosferica (-196 degC sau 77 K)
Ecuatia BET (expresia 318) a fost derivata presupunand urmatoarelebull rata de condensare a moleculelor din primul strat este egala cu rata de evaporare a
moleculelor din zonele acoperite cu un singur strat de moleculebull caldura de adsorbtie peste primul strat este constants si egala cu caldura de lichefiere
qqm=b(PPS)(1-PPs)(1-PPS+bPPS) ( 3 1 8 )
In care Ps - presiunea de vaporizare la saturatie la temperatura utilizata in test uzual 1 atm
q - cantitatea de substanta adsorbita la presiunea P
qm - cantitatea de substanta adsorbita numai cand se constata acoperirea totala a suprafetei cu un strat monomolecular
b - constanta determinata experimental
In figura 336 se prezinta o relatie tipica intre marimea porilor si suprafata totala Suprafata cumulativa este data de insumarea suprafetelor tuturor porilor cu un diametru dat sau mai mare Se remarca faptul ca marea majoritate a suprafetei este atribuita porilor de mici dimensiuni
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI60
3133 Teste uzuale de adsorbtie
In practica se utilizeaza o serie intreaga de teste pentru a determina capacitatea de adsorbtie pentru diferite tipuri de carbune activ Printre acestea se mentioneaza
- Indicele Iod reprezinta cantitatea de iod in miligrame pe gram adsorbit de un carbune activ la echilibru cu o solutie I2-KI cu concentratia 002 N indicele iod indica suprafata totala a porilor cu diametru de 10 A sau mai mare valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 800 - 1000 mgg
Indicele Melasa reprezinta un indicator al puterii de decolorare a carbunelui activ granular in contact cu 0 solutie de melasa la fierbere indicele melasa este in stricta legatura cu suprafata totala a porilor cu diametrul mai mare de 28 A valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 200 - 300
- Indicele Albastru de Metilen reprezinta cantitatea de albastru de metilen adsorbita de 1 g de carbune activ la echilibru in contact cu o solutie cu concentratia 1 mg1 de albastru de metilen Albastrul de metilen are greutatea moleculara 320 si indica suprafata totala a porilor cu diametrul de 15 A
- Activitatea tetraclorurii de carbon tetraclorura de carbon CC14 este un compus molecular mic si poate intra in toti porii In acest test un curent de aer este saturat cu CCI4 la 0 degC si este trecut printr-un strat de carbune activ mentinut la 25 degC pana cand nu se mai detecteaza nici o schimbare in greutate Activitatea este greutatea CCI4 adsorbita pe unitatea de greutate de carbune activ exprimata procentual Valorile uzuale ale acestui indicator sunt in gama 60 -80
- Indicele butan este similar activitatii tetraclorurii de carbon valoarea acestuia este exprimata grame de butan adsorbite pe 100 ml carbune activ valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 7 - 8 g 100 ml carbune activ
- Indicele FINAD stabilit de cercetatorul C Gomella si reprezinta un produs al mai multor indici F - fenol I - iod N - indol A - antipirina D - detergent
316 Deferizarea si demanganizarea apei
Fierul (Fe) si manganul (Mn) sunt elemente care se gasesc frecvent in mediul subteran si in apa apar in concentratii pana la 10 mg1 (Fe) si 2 mg1 (Mn) Prezenta fierului si manganului in apele potabile pot genera urmatoarele probleme
bull produce gust metalic dezagreabil
bull coloreaza tesaturile si echipamentele sanitare
bull formeaza precipitate in conducte care favorizeaza dezvoltarea bacteriilor feruginoase (Chrenothrix) acestea modifica regimul hidraulic calitatea apei distribute si favorizeaza fenomenele de coroziune
3161 Echilibrul fierului si manganului in apa
Fierul si manganul sunt prezente dizolvate in solutiile apoase sub forma Fe2+si Mn2+ Concentratia in oxigen a apelor subterane care contin Fe si Mn este nula Din namolurile situate in
2+ ~
zona anaeroba din hipolimnion se elibereaza ioni de Fe2+ si Mnz+ in apele lacurilor In numeroase ape naturale se remarca prezenta Fe3+ asociata cu substantele humice Stabilitatea fierului si manganului in apa depinde de numeroase variabile
bull pH-ul apei
bull concentratia diferitelor elemente chimice
bull potentialul de oxido-reducere (Eh) al solutiei
In figura 341 se prezinta diagrama de stabilitate a formelor fierului in solutie in aceasta diagrama o curba (linie) reprezinta locul geometric pentru care concentratia celor doua substante este aceeasi De exemplu linia 1 reprezinta solutia pentru care O2 si H2O au aceeasi valoare Aria cuprinsa intre curbele 1 si 2 reprezinta aria de stabilitate a compusilor de Fe Chimia manganului este asemanatoare cu cea a Fe Astfel la pH si Eh reduse Fe si Mn sunt stabile in forme bivalente
bull ofera imaginea de ansamblu a sistemului
bull identifica actorii implicati in managementul evenimentelor cu rise asupra sistemului
bull aloca corect responsabilitatile
bull identifies posibile abateri care pot genera evenimente de hazard
bull stabileste prioritatile in modul de rezolvare al evenimentelor
bull stabileste procedurile adecvate in caz de eveniment
bull contribuie la diminuarea si prevenirea riscurilor
Exista 3 astfel de fise
bull Fisa nr 1 - pentru statiile de tratare a apei - poate fi completata de personalul de inspectie sanitara cu pregatire superioara
bull Fisa nr 2 - pentru reteaua de distributie - poate fi completata de personalul de inspectie sanitara cu pregatire superioara
bull Fisa nr 3 - Fantani publice practic continutul acestei Fise nu se refera la fantani ci la rezervoare si poate fi completata de personalul de inspectie sanitara cu pregatire medie
Raportul de evaluare intocmit de DJSP in cadrul procedurii de derogare trebuie sa contina concluziile activitatii de inspectie sanitara potrivit formularelor de evaluare pentru statia de tratare si sistemul de distributie cu identificarea si evaluarea punctelor de rise
Fisa nr 1 de evaluare si inspectie sanitara este structurata dupa cum urmeaza
bull Statia de tratare a apei
o informatii generale
o sursa de apa
o captare
o procesul de tratare aplicat
o decantare
o filtrare
o spalarea in flux invers a filtrelor
o clorare
o rezervoare de apa potabila
o controlul procesului de tratare
bull Evaluare sanitara
o controlul inregistrari documentelor
o intretinere
o personal
o reclamatii
o probleme existente
o diagrama statiei de tratare
o masuri de remediere recomandate
o daca problemele identificate la inspectia precedenta au fost solutionate
Fisele nr 2 si 3 au o structura similara
o informatii generale
o informatii privind evaluarea riscurilor - cu ajutorul unui sistem de punctaj pentru rise
o rezultate si recomandari
Aceste prevederi specifice referitoare la inspectia sanitara a apei potabile trebuie privite in cadrul general al inspectiei sanitare cadru date de Legea nr 1001998 OM nr 8312003 si Legea nr 981994
Astfel actele normative sus-mentionate reglementeaza statutul inspectorilor sanitari de stat atributiile si obligatiile acestora obligatiile operatorilor sau persoanelor fizice scopul si domeniile inspectiei sanitare de stat (ISA) organizarea activitatilor la nivel central si local
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 3
Principiile care stau la baza ISA sunt urmatoarele
bull impartialitatea
bull independenta
bull transparenta
bull confidentialitatea
bull aplicarea unitara
Tipurile de control efectuat sunt tematic sistematic necesar la solicitare si pentru reverificare iar etapele de procedure constau in faza de pregatire faza de teren si etapa de finalizare Etapa de finalizare presupune intocmirea raportului de inspectie la fata locului sau dupa primirea analizelor de laborator si contine rezultatele investigatiilor de teren si de laborator neconformitatile constatate si recomandari de remediere - cu indicarea termenelor si responsabilitatilor
Inspectorii sanitari au puterea conferita de lege de a dispune suspendarea activitatii pana la adoptarea masurilor de remediere atunci cand conditiile de operare constituie un rise iminent pentru sanatatea publica precum si sa ordone incetarea activitatii in caz de opozitie la control sau refuz de a colabora cu organele de control sanitar
In sfarsit se poate lua masura de anulare a autorizatiei sanitare daca
bull nu sunt remediate deficientele constatate care ar putea avea un efect advers asupra sanatatii umane
bull functionarea are loc in conditii diferite de cele de la data obtinerii autorizatiei
bull nu sunt respectate obligatiile asumate prin declaratia pe proprie raspundere
bull in functionarea unei unitati sunt incalcate in mod repetat normele legale de igiena
Anularea sau retragerea avizului sanitar poate fi ceruta in caz de nerespectare a masurilor de conformare stabilite pentru proiectele referitoare la amplasarea constructia transformarea sau extinderea unitatilor economice sau sociale si culturale sau a oricarei unitati cu impact asupra sanatatii umane
Cadrul legal actual in domeniul apei potabile a suferit importante modificari in urma abrogarii obligatiei de a obtine autorizatia sanitara de functionare pentru activitati economice supuse inregistrarii la Registrul Comertului Multe prevederi au devenit astfel inaplicabile (pentru operatorii economici obligati sa se inregistreze in Registrul Comertului) deoarece se bazau pe conceptul de autorizatie sanitara inlocuita acum de obligatiile asumate in bloc prin declaratia pe proprie raspundere In acest context activitatilor de control le revine un rol foarte important in asigurarea conformarii cu cerintele legale iar colaborarea stransa cu compartimentul de supraveghere (monitorizare) are un rol esential in aplicarea legislatiei cat si pentru o buna realizare a obligatiilor profesionale
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 4
21 Circuitul apei in natura si formarea surselor de apa
Apa este o substanta aflata in cantitati relativ mari pe Pamant aparent circa 70 din suprafata Pamantului este acoperita de apa Cantitativ insa numai 1800 din volumul Pamantului o formeaza apa Dupa estimari pe Pamant exista 1384 milioane km3 apa din care
bull 97 apa in mari si oceane (apa puternic salinizata)
bull circa 18 (25 mil km3) gheata calotelor polare (groasa de pana la 2700 m si care daca s-ar topi ar conduce la cresterea nivelului marilor cu cca 80 m)
bull circa 84 mil km3 apa subterana
bull circa 02 mil km3 lacuri rauri
bull circa 600 km3 biosfera
Sub influenta energiei primite de la Soare si atractiei gravitationale apa se afla intr-un circuit permanent - circuitul (ciclul) hidrologic mondial (figura 21)
Energia calorica primita de Pamant serveste in cea mai mare parte pentru evaporarea apei (cca 360 000 km3an) Vaporii de apa condenseaza si cad sub forma de precipitatii (solide lichide) pe suprafata marilor si oceanelor in cea mai mare parte dar impinsi spre uscat ajung si deasupra acestuia
Precipitatiile spala atmosfera si dizolva un procent important de dioxid de carbon (CO2) care spala rocile peste care trece si dizolva substantele solubile Prin scurgere superficiala si subterana apele ce formeaza curenti si cursuri de apa ajung inapoi in mare In acest circuit apa transports si substantele evacuate voit sau nu ca rezultat al activitatii omenesti Apa se evapora din nou (numai apa - substantele dizolvate nu) refacand ciclul Substantele dizolvate ajunse in mare sau lacuri inchise se concentreaza ajungand la valori ridicate (in medie 35 g1)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 5
5
Circuitul dureaza circa 9 zile pentru apa lichida si poate dura mii de ani pentru apa care devine gheata respectiv zeci de mii de ani pentru apa subterana
Omul are nevoie de apa pentru mai multe folosinte
bull apa biologic necesara normal circa 2 1zi aceasta apa se consuma si se elimina prin transpiratie sau prin traectul digestiv apa eliminata prin transpiratie regleaza temperatura corpului
bull apa pentru prepararea hranei
bull apa pentru igiena personala
bull apa pentru igiena locuintei si spatiului de locuit
bull apa pentru combaterea incendiului
bull apa pentru realizarea produselor industriale
bull apa pentru obtinerea unor recolte mari in agricultural deci si dezvoltarea zootehniei etc
Cantitatile de apa necesare pentru asigurarea acestor nevoi sunt foarte mari de la circa 100 (m3an persoana) in tarile in curs de dezvoltare pana la circa (2000 m3an persoana) in tari puternic dezvoltate si cu resurse de apa
Aceste cantitati se obtin prin preluarea lor din ciclul apei in natura Locurile de unde sunt preluate se numesc surse de apa
Se disting doua tipuri de surse de apa
bull apa de suprafata
o apa din mari si oceane
o apa din lacuri naturale
o apa din rauri si lacuri artificiale
bull apa subterana
o apa din izvoare
o apa din straturile freatice puternic influentate de precipitatii (3 - 50 m)
o apa din straturile de adancime pana la 50 - 500 m sub pamant
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
Figura 22 Formarea surselor de apa
6
In particular referitor la acest flux general de apa Romania este o tare relativ saraca in apa
Cantitatea de apa medie anuala ce revine unui locuitor (din precipitatii) este de circa 1700 m3
(fata de o medie europeana de circa 100000 m3locuitoran de tara cea mai saraca - Egipt - 90
m3 locuitoran si fata de o medie mondiala de 6000 - 8000 m3 locuitoran) Stocul intern de
apa (cantitatea totala de apa cazuta intr-un an mediu pe suprafata tarii) este de circa 38 km3
locuitoran la care se mai adauga o cota parte din stocul Dunarii (circa 200 km3locuitoran)
In aceste conditii si la nivelul de dezvoltare industrials si agricola la care Romania a ajuns fara a putea spune ca apa este folosita in modul eel mai rational se utilizeaza deja circa 20 km3locuitoran (inclusiv pentru agriculture) In acest ciclu hidrologic apa mai asigura
bull reglarea temperaturii pe Pamant
bull dezvoltarea vegetatiei avand drept consecinta productia de oxigen prin fotosinteza si productia de masa organica (hrana combustibil)
bull producerea de energie hidraulica (cea mai importanta sursa de energie)
bull transporturile pe apa pe cai maritime sau de uscat (naturale sau artificiale)
bull uniformizarea poluarii pe Pamant
22 Surse subterane
Captarea surselor subterane se poate realiza cu
bull puturi sapate - sisteme de alimentare cu apa cu capacitati relativ reduse
bull fronturi de captare cu puturi forate
bull drenuri
In cele ce urmeaza se va face o descriere a principalelor elemente constitutive ale fiecarui sistem in parte pentru captarea apei subterane
221 Puturi sapate
Sunt constructii din beton slab armat cu sectiune de obicei circulars avand diametral de 1 -3 m executate in cheson Se utilizeaza pentru captari de mai mica importanta si pentru un numar de puturi relativ mic deoarece executia lor este destul de complicata si uneori nesigura Sunt recomandate in straturi acvifere la adancime mica (lt 10 m) cu permeabilitate ridicata
In tronsoanele de cheson care vor sta in apa se lasa goluri de 25 x 31 cm in care se amplaseaza ulterior barbacane prefabricate (elemente de beton cu slituri orizontale de circa 1 - 2
cm latime) Pe timpul lansarii golurile sunt acoperite la interior cu panouri de lemn pentru a evita intrarea nisipului si a reduce cantitatea de apa care intra in put Dupa ajungerea putului la cota si turnarea saltelei de inchidere de circa 50 cm grosime (in unele cazuri poate lipsi - daca stratul este format din argila) barbacanele se pot debloca Deblocarea se face manual dupa un epuisment prealabil si trebuie avut grija sa se faca deblocarea tuturor barbacanelor In caz contrar poate scadea mult suprafata de intrare in put si deci pot apare afuieri ca urmare a cresterii locale a vitezei de intrare a apei in barbacanele libere
Putul se inchide deasupra cu o placa de beton armat cu grosimea de 10 - 12 cm asezata la 50 cm peste nivelul apei in zone inundabile sau 50 cm peste nivelul terenului
Umplutura se incepe cu un strat de argila de circa 30 cm - care are rolul de a devia apa din precipitatii astfel incat infiltratia sa se faca prin stratul natural netulburat - si se termina cu o suprafata taluzata inierbata
Accesul in put se face printr-o deschidere protejata cu capac metalic In put se prevad trepte de acces din otel beton (020) prinse in perete - cu pasul de 030 m
Treptele se termina pe un podest din beton armat amplasat deasupra nivelului maxim al apei din put podest pe care se afia vana de inchidere a conductei pentru captarea apei din put
Putul este ventilat cu ajutorul unui cos din tabla sau teava de otel cu inaltimea de 80 - 180 cm asigurat cu casca de protectie contra precipitatiilor si sita de cupru (ochiuri de 1 mm) contra insectelor mici
Instalatia hidraulica se compune din sorb conducts de sifonare si vana etansa in cazul in care apa din puturi se capteaza cu un sistem central de sifonare pompa submersibila conducta de
INSPECTIA SANITARA SIMONITORIZAREA CALITATII APEI
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
8
8
refulare clapet de retinere vana de reglaj in cazul in care puturile sunt echipate cu pompe individuale speciale de tip submersibil
In unele cazuri putul poate fi echipat si cu pompe cu ax orizontal asezate peste nivelul apei pe o placa de beton armat In acest caz trebuie sa fie luate masuri de siguranta contra deteriorarii pompelor din cauza umezelii pentru amorsarea acestora precum si in vederea evitarii accidentarii personalului care manipuleaza aceste pompe
In instalatia hidraulica a putului se va monta intotdeauna si un debitmetru sau contor de apa (controland periodic debitul se poate vedea cum functioneaza putul) Contorul trebuie montat inainte de vana de reglaj pentru a putea fi scos din circuit prin izolarea putului respectiv fara a afecta functionarea celorlalte puturi ale captarii Totodata sunt necesare amenajari sau dispozitive pentru masurarea nivelului apei in scopul asigurarii functionarii putului cu o denivelare mai mica decat denivelarea maxima calculate sau stabilite la proba finala de receptie a putului
222 Puturi forate
Avand un domeniu de aplicatie mult mai larg (teoretic se pot face puturi forate in orice conditii) si beneficiind de o tehnica de lucru mult mai bine pusa la punct (prin preluarea din tehnica forajului pentru titei) precum si de utilaje astazi foarte perfectionate puturile forate au fost folosite la cele mai multe din captarile de apa subterana executate in tara
Puturile de mica adancime (20 - 30 m) au fost executate cu instalatii manuale procedeul uscat iar cele de adancime mai mare (in general nu s-au depasit 300 m pentru a nu capata o apa prea calda - peste 25degC) prin foraj hidraulic rotativ - procedeul direct Abia in ultimii ani s-a folosit si procedeul cu circulatie inversa folosind ca element de antrenare apa sau aerul (sistemul aer-lift)
Elementele componente ale unui put forat sunt urmatoarele
bull Cabina putului (camin din beton beton armat zidarie) care adaposteste instalatia hidraulica si uneori si instalatia electrica de forte si permite executarea de lucrari de remediere si intretinere a putului Atunci cand se gaseste total sau partial sub nivelul apei subterane se execute cu izolatie hidrofuga (figura 24)
bull Coloana definitivd este o coloana plina (burlan de foraj) de protectie a gaurii de foraj pe zona straturilor uscate sau a caror apa nu se capteaza
bull Coloana filtrantd este elemental eel mai important in functionarea putului Are rolul de a sustine peretele rocii stratului acvifer si de a lasa apa din strat sa intre in put O coloana de filtru buna trebuie deci sa indeplineasca simultan urmatoarele conditii (1) sa permite amplasarea elementului de captare a apei (2) sa aiba rezistenta mecanica suficient de mare pentru a nu se deforma la solicitarea din impingerea stratului subteran (3) sa aiba o suprafata activa libera cat mai mare (procentul de goluri notat cu n cu valori de 5 - 30 este un parametru caracteristic al coloanei) si rezistenta hidraulica mica la trecerea apei prin perete (4) sa reziste la agresivitatea apei sisau solului in care se amplaseaza pentru a nu fi distrusa sau colmatata (5) sa permite o buna deznisipare a putului atat la punerea in functiune cat si in timpul exploatarii (6) sa aiba un cost redus (7) sa se poata executa usor - pe cale industrials Ca material coloana se poate executa din otel (tub sau tabla roluita) protejat contra coroziunii fonta (tub gaurit sau foaie roluita cu slituri) sticla portelan materiale ceramice etc Cea mai utilizate este solutia cu coroana de pietris margaritar Dificultatea consta in modul de executie al acestuia In cazul in care este suficient un singur strat acesta se executa prin turnare de sus Daca materialul are granule cu marimi diferite se produce o sedimentare in aer si apa obtinandu-se un strat neuniform Pietrisul se poate introduce si prin circulatie de noroi - procedeu aplicat la noi cu rezultate bune (in noroiul care spala gaura de detritus se introduce pietrisul care este transportat in amplasament
ramanand intre peretele forajului si coloana de filtru se evita astfel sedimentarea materialului neuniform) In cazul in care sunt necesare mai multe straturi acestea se pot executa folosind numai turnarea de sus cu ajutorul unor coloane auxiliare (au fost executate puturi cu 3 straturi comportarea lor in exploatare fund foarte buna) Alegerea granulatiei se face dupa reguli cunoscute Pentru usurinta se poate aplica regula multiplicarii cu 4 a marimii medii a granulelor straturilor vecine (ca la filtrul invers) ultimul strat langa coloana de filtru avand granule mai mari decat golurile din coloana
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 10
Ventilatie
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
bull piesa de fund decantorul este o prelungire a coloanei de filtru cu o lungime de 2 - 5 m are rolul de a permite nisipului - care este antrenat de apa din strat normal sau accidental in timpul functionarii putului - sa se decanteze Periodic aceasta poate fi scos cu o lingura specials sau prin pompare
bull instalatia hidraulica este alcatuita in mod similar cu cea de la putul sapat Pentru a se asigura o colectare relativ uniforma a apei prin toata coloana de filtru este bine ca elemental de captare a apei din put (capatal liber al conductei de sifonare pompa submeribila) sa fie amplasat in jumatatea de jos a coloanei de filtru intr-o portiune a acesteia fara orificii (de cca 2 m) Uneori poate fi amplasat si la partea de sus a decantorului - atanci cand coloana de filtru a putului are o lungime mica Piesa care face trecerea de la conducta verticals la cea orizontala si care se mai numeste si casca putului este demontabila pentru a putea fi scoasa la deznisipare sau alte operatiuni de intretinere a putului
In cazul in care puturile vor fi echipate cu pompe individuale este obligatoriu ca pe conducta de refulare din put inainte de vanS sa se prevada un clapet de retinere Aceasta are rolul de a nu lasa apa din colector sa intre in put in cazul in care dintr-un motiv oarecare pompa nu mai functioneazS In orice caz dupS orice oprire pompele vor fi repornite (dupa regulile de pornire stabilite ale unei pompe centrifuge) altfel existand riscul innisipSrii si deteriorSrii putului intrucat din cauza coloanei de apa cu inSltime micS pompa tinde sa absoarba brusc un debit mare de apa (deci viteza de intrare in coloana putului poate depasi viteza admisibila)
223 Sistemul de colectare prin pompare
La debite mici si adancimi ale apei peste 20 m se folosesc pompe submersibile (pompa si motorul sunt executate monobloc si introduse in put fiind sustinute de conducta de refulare) iar
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
1
1
pentru debite mari si la adancimi sub 20 m se folosesc pompe cu ax vertical cu motorul in mediu uscat (amplasat in cabina supraterana) si pompa cufundata in apa In ultimul caz transmiterea cuplului motor se face prin intermediul unui arbore amplasat in axul conductei de refulare Linia piezometrica la sistemul de colectare cu pompe este aratata in figura 26 pentru doua situatii cu pomparea direct din put intr-un rezervor de inmagazinare respectiv cu pozarea unei statii de pompare intermediare prevazuta cu pompe cu ax orizontal Cea de-a doua varianta conduce la economii de energie
In cazul echiparii cu pompe este esential ca (1) debitul pompei sa fie eel mult egal cu debitul maxim al putului (2) pompele sa functioneze in regim constant in timp (3) dupa oprirea pompelor reporairea sa se faca manual cu respectarea regulilor generale si deschiderea vanei de refulare sa nu permita preluarea unui debit mai mare decat debitului putului
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 1
224 Captari cu dren
Drenul este un element constructiv permeabil orizontal nevizitabil (dren propriu-zis) sau vizitabil (galerie) care asezat in calea curentului subteran de apa il capteazS si conduce apa captata spre unui din capete la un put colector Prin urmare drenul indeplineste un rolul dublu
bull captarea apei din strat
bull transportul acesteia la putul colector Elementele
principale ale drenului sunt date in figura 27
Figura 27 Elementele captarii cu dren de coasta a - plan b - profil longitudinal prin dren c -
sectiune transversala tip d - detaliu de tub pentru dren
Pe o directie aproximativ perpendiculars pe directia de curgere a curentului de apa subteranS se sapa un sant de lStime convenabilS - sapSturS taluzatS in cazul in care debitul stratului este mai mic iar stratul este format din material grosier (pietris nisip mare) sau sapStura sub protectia a doi pereti de palplanse din lemn metal sau beton armat (mai rar) infipte in prealabil panS la stratul de bazS dacS stratul acvifer este puternic (bogat) iar materialul din strat confine in cantitate mare fractiuni fine SApStura se executS panS la stratul de bazS cand drenul perfect se aseazS chiar pe strat sau nu cand drenul se aseaza deasupra stratului de baza (dren imperfect) el captand numai o parte din apa stratului
Daca drenul este amplasat la baza unui strat acvifer a carei panta piezometrica in regim natural este mai mare de 001 drenul se numeste dren de coasta si se considers ca primeste apa dintr-o singurS parte iar dacS drenul este amplasat in strat acvifer cu panta piezometrica mai mica (ilt00l) drenul se numeste dren in bazin si se considers cS primeste apa din ambele pSrti
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 1
Dupa nivelarea fundului sapampturii (executatS cu panta de minim lo data in proiect) se monteazS tuburile de drenaj de obicei din beton dar pot fi si de argila arsa zidarie de piatrS azbociment bazalt etc
Daca se considers necesar se executa in prealabil un strat de beton de egalizare (de cca 10 - 20 cm) Tuburile se aseaza cap la cap (preferabila folosirea tuburilor cu talpS) fScand sau nu etansarea capetelor La circa 50 m distanta se lasa loc pentru executarea caminelor de vizitare care au radierul cu circa 50 cm mai coborat decat cota radierului tubului pentru a asigura un mic volum de depozitare a nisipului (antrenat eventual de apa) Diametrele tuburilor cresc spre putul colector schimbarea de diametre se face obligatoriu in dreptul unui cSmin intre 2 cSmine traseul drenului trebuie sa fie rectiliniu dar pe ansamblu drenul poate fi format dintr-o serie de aliniamente care se intersecteaza sub diferite unghiuri (mai mari de 90deg) Tubul de drenaj are orificii in jumStatea superioara orificiile sunt conice cu dimensiunea mai mica la exterior pentru a permite materialului granular care a intrat in orificii sa cada in dren Jumatatea de jos a drenului serveste pentru transporrul apei
In jurul tubului-dren se prevede un filtru invers din straturi de minim 10 cm grosime Straturile au marimea granulelor stabilitS ca la un filtru invers Un filtru invers este o succesiune de straturi din material granular asezate astfel incat granulele unui strat sa nu treaca prin golurile stratului urmator in sensul in care circulS apa Pentru a avea indeplinitS aceasta conditie este suficient ca raportul intre diametrele medii a doua straturi adiacente sa fie maxim 4 -5
Peste straturile filtrului invers se face umplutura din material local bine compactat daca este cazul extragand si palplansele o data cu avansarea umpluturii acestea se pot scoate si ulterior folosind insa un utilaj mai puternic si avand grijS sa nu se deterioreze stratul interior de material
La circa 50 cm deasupra nivelului stratului de apa se executa cu una sau doua pante o saltea de argila de circa 30 cm grosime Rolul sau este de a devia apele din precipitatii ce tind sa se infiltreze spre dren direct prin zona de umplutura care este mai prealabila Se continua umplutura peste saltea se compacteazS si se lasa cu bombament pentru ca la o eventualS tasare in timp sa nu ramana un sant superficial in care sa bSlteascS apa Se amenajeaza caminele cu umplutura de 50 cm peste nivelul apei de inundatie la asigurarea de 1 se executa putul colector si se echipeazS cu o stavilS de perete si un deversor triunghiular la debusarea drenului in cazul drenurilor lungi putul colector se aseaza la jumatatea frontului obtinand un dren cu doua ramuri care pot fi sau nu simetrice dupa particularitStile drenului Putul colector poate servi numai ca bazin de aspiratie pentru pompe (inaltimea stratului de apa de circa 10 - 120 peste sorb) cat si ca statie de pompare in care caz partea de deasupra se amenajeaza corespunzator
Daca apa captata contine substante care precipita usor in contact cu aerul (saruri de fier mangan) si se depun pe peretii drenului riscand sa-1 colmateze in timp atunci drenul se executa vizitabil Pentru a permite circulatia personalului de intretinere se executa si o mica pasarela in lungul drenului La drenuri ce capteazS apa potabila vor fi luate masuri de protectie sanitara
226 Tratarea apei din surse subterane
Calitatea apei subterane este influentatS de urmStorii parametri
bull nature mineralogies si geologicS a subsolului terenului in care se formeaza (sau curge)
bull calitatea apelor infiltrate de la suprafata terenului (numai pentru strate freatice)
In functie de influenta pe care apele meteorice o au asupra calitatii apei subterane straturile acvifere se clasifica in
bull strate freatice cantonate la adancimi mici sub suprafata terenului calitatea apei este influentatS direct de infiltratiile de la suprafata terenului sau exfiltratii din sisteme pozate subteran (retele canalizare fose conducte de petrol si gaze)
bull strate captive situate la adancimi de la 50 m la 150 - 200 m in subsolul terenului calitatea apei este putin (deloc) influentatS de apele infiltrate de la suprafatS
Acumularea si circulatia apei intr-un strat determina preluarea caracteristicilor rocilor stratului Se stabileste un echilibra intre caracteristicile apei si compozitia terenului in care este stocatS (sau curge) Rocile compacte cu fisuri sau caverne dau apei continut de gaz carbonic carbonati CO2 Principalele caracteristici ale apelor subterane se pot sintetiza
bull temperature - relativ constants ~ 10 -12degC
bull turbiditatea (MTS) - redusanula
bull culoare - data de materiile in solutie (acizi humici)
bull mineralizare - constants superioara apelor de suprafata
bull Fe Mn (bivalenti) - in general prezenti
bull CO2 agresiv - adesea prezent
bull O2 dizolvat - redusabsent
bull H2S - prezent in special in apele de adancime de carst
bull NH4 - prezent frecvent fara indice poluare
bull NO3 - continut ridicat pentru stratele freatice
bull Micropoluanti - in general absenti poluarile accidentale
bull Elemente vii - frecvent ferobacterii
bull Caracter eutrof-nul
Din punct de vedere al incarcarii s-a propus clasificarea surselor subterane in doua categorii
bull Surse cu incarcare redusa s-a luat in considerate existenta Fe2+ si Mn2+ in apa subterana in cantitati reduse dar care depasesc limitele impuse de Legea 4582002
bull Surse subterane incarcate in acceptiunea incdrcat se intelege depasirea continutului de Fe (pana la 50 ori) Mn (pana la 20 ori) azotati azotiti si H2S
In tabelul 21 se indica principalele caracteristici
Tabelul 21 Caracteristici principale surse subterane Denumire parametru Caracteristici apa
brutaFrecventa de depasire a prevederilor Legii 4582002 ()
Caracteristici necesare apa tratata
Tncarcare redusa
sursa incarcata
Tncarcare redusa
sursa incarcat
a
Directiva 9883EC
Legea 4582002
Fier total (mgl) 02-20 30-100 20 50 02 02Mangan (mgl) 005-05 08-10 20 50 005 005Azotati (mgl) lt50 80-120 - 80 50 50Azotiti (mgl) lt05 20 - 50 - 80 05 05Amoniu (mgl) lt05 10-20 - 50 05 05Hidrogen sulfurat (mgl) lt01 13-20 - 50 - 01
in situatia in care se utilizeaza 0 sursa subterana cu incarcare redusa potabilizarea apei se poate realiza printr-o schema indicata de figura urmatoare
Figura 28 Schema de tratare a apei din sursa subterana cu Tncarcare redusa Notatii Aerare - Bazin de contact pentru oxidare fier si mangan FRN - filtrare rapida pe strat de nisip pentru
retinere fier si mangan oxidat DZF - Dezinfectie cu clor
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
Schemele de potabilizare pentru surse incarcate sunt complexe asa cum rezulta din figura 29 Sunt necesare
bull procese de oxidare in sistemul multi - bariera (pre-oxidare si post-oxidare)
bull procese performante de oxidare sedimentare in stadiul I si II
bull procese de afinare
In astfel de situatii solutiile se stabilesc prin analiza mai multor variante de surse functie de consumatorii afectati o sursa mai departata (zeci de km) poate deveni avantajoasa vis-a-vis de costurile implicate in tratare
1
Figura 29 Schema de tratare apa din sursa subterana foarte
Incarcata INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
1
24 Captari din rauri
241 Captari Tn albie
2411 Captarea cu sorb
Se recomanda pentru captari provizorii mobile sau sezoniere Consta intr-un sorb amplasat convenabil in apa si stabilizat pentru protectie contra plutitorilor mari In figura 210 este schitata o captare fixa cu sorb
Sorbul este o confectie metalicS specials inchisa la un capat legata cu flanse la conducta de aspiratie cu celalalt capat si prevampzutS cu orificii pe suprafata laterals (cu dimensiuni suficient de mici pentru a nu intra plutitorii sau suspensiile mari) Pentru a avea viteze mici de intrare diametral sorbului este de 15 ori mai mare decat diametral conductei de aspiratie Pentru a nu aspira plutitori care sa-1 infunde sau a nu fi blocat in gheatS (hg = 03 - 04 m) si pentru ca gheata care se sparge in bucati la o viiturS de primavarS sa nu blocheze sorbul si sa-1 distrugS acesta trebuie sa fie asezat la minimum 05 m sub nivelul minim al raului la asigurarea normatS Pentru a capta aluviuni cat mai putine si de dimensiuni mai mici sorbul trebuie asezat la minimum 05 m peste fundul albiei Rezulta cS sorbul se poate prevedea in conditii normale in ape a caror adancime depSaeste 120 m (considerand ca sorbul are un diametra de minim 200 mm la un debit relativ mic)
Tot in scopul reducerii cantitatii de aluviuni antrenate sorbul se aseaza cu ajutorul unui cot in sensul de curgere al apei astfel incat apa sa intre in sorb prin intoarcere Sorbul se stabilizeaza in albie cu ajutorul unor piloti din lemn cu diametral de 0 10-12 cm batuti sub adancimea de afuiere in albie
In cazul captarilor mobile (folosite in special la irigatii) conducta de aspiratie se poate lasa aproape vertical in apa neingropata in mai cu asigurarea ca efectul dinamic al apei este atat de mic incat eforturile rezultate pot fi preluate de imbinari si conducte Sprijinirea se face prin amenajarea malului in trepte (trebuie avut grija sa nu fie depasita inaltimea de aspiratie a pompei amplasate pe mai)
2412 Captarea cu crib
Este o captare la care sorbul este protejat cu o constractie fixa stabila numita crib Cribul poate fi executat din elemente detasabile (grinzi din lemn elemente din beton armat de tip grinda) sau turnat pe loc (cu sorbul separat sau sorbul incorporat in constractie) In figura 211 se prezinta o captare cu crib
Grataral cribului se dimensioneaza la o viteza medie de trecere de 01 - 03 ms grataral se executa din bare rezistente la socul cu plutitorii iar amplasarea lor se face pe partea laterala sau aval a cribului (soc din cauza plutitorilor redus acces redus al aluviunilor din cauza intoarcerii curentului de apa aluviunile tree avand inertie mai mare)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 18
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
Apa captata prin crib poate fi aspirata de o pompa sau poate fi sifonata intr-un put colector cu rol de deznisipator si camera de aspiratie pentru pompe Vacuumul maxim pe conducta nu trebuie sa depaseasca 4-6 metri
Pentru sporirea sigurantei constructiei pot fi realizate mai multe criburi asezate in sah la 10-20 m in albie legate separat la pu|ul colector in cazul unor utilizatori importanti pot fi prevazute si criburi de rezerva Este esential ca toate criburile sa fie in stare de functionare altfel din cauza nisipului conductele de legatura si captarea se blocheaza Periodic conducta si cribul pot fi spalate prin aspirarea apei prin (n-1) criburi si refularea acesteia (sau a unei parti) prin cribul n care se spala Pentru aceasta instalatia hidraulica in putul colector trebuie gandita adecvat
Daca malul este inundabil si putul colector nu se poate departa pentru a iesi din zona inundabila vor fi luate masuri de indiguire a zonei sau de ridicare a putului la o cota cu minimum 050 m peste nivelul inundabil si aparare contra efectului dinamic al apei (accesul la put se va asigura pentru orice conditii)
A
In cazul in care nu se poate asigura adancimea pentru navigatie cu acordul beneficiarului zonei de navigatie se poate amplasa cribul mai sus luandu-se masuri corespunzatoare pentru marcarea pozitiei criburilor prin balize
242 Captari Tn mai
Captarea in mai se adopta in cazul unor debite importante cu o mare siguranta in functionare si cand situatia locala nu permite executarea de criburi
Captarea de mai are mai multe variante de constructii in functie de debitul captat si de destinatia apei captate Astfel pentru centre populate sau industrii unde debitul este totusi redus iar apa urmeaza sa suporte o tratare pentru corectarea calitatii pot fi prevazute captari cu cheson de mai Pentru debite mari de apa (mari unitati industriale centre populate mari irigatii CET-uri etc) se prevad captari in mai de tip bazin deschis
1
Figura 211 Captare cu cribLegenda 1 Put colector (cheson) 2 Crib din elemente prefabricate 3
Gratar 4 Saltea de fascine 5 Conducta de sifonare 6 Sistem de amorsare 7 Vacuum 8 Sorb 9 Conducta catre statia de pompare 10 Radier din beton armat
11 Cutitul chesonului 12 Strat depuneri
Captarea cu cheson este o constractie monolita care de obicei cuprinde si statia de pompare - echipata eel mai bine cu pompe cu ax vertical Schematic constructia unei captari de mai este prezentata in figura 212
B - B
c
Figura 212 Captare de mai cu cheson a-sectiune verticala 6-8 fo-detaliu sita c-sectiune orizontala
A - A
Legenda1 - camera de admisie si deznisipare a apei 2 - camera sitelor rotative 3 - camera cu rol de bazin de aspiratiepentru pompe 4 - camera uscata pentru pompe
INSPECTIA SANITARA SIMONITORIZAREA CALITATII APEI
Constructia este formata dintr-un cheson de dimensiuni mari asezat in malul raului astfel incat in fata ferestrelor de priza sa fie asigurat in permanent un nivel suficient de apa
Din cauza dimensiunilor si adancimii mari de fundare de obicei lansarea chesonului se face cu aer comprimat in partea de jos asigurandu-se o camera de lucru betonata ulterior Constructia este compartimentata vertical pe linii tehnologice dintre care una este intotdeauna de rezerva In interior se deosebesc patru camere (compartimente) cu urmatoarele roluri
1 Camera de admisie si deznisipare a apei (cu posibilitati de evacuare a nisipului depus)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
2
20
2 Camera sitelor rotative sitele rotative sunt formate din panouri de sita cu ochiuri relativ mici (1-3 mm) articulate si trecute peste doua tambururi - unui sus (motor) si altul jos (pasiv) apa trece prin panourile de sita sunt retinute pe sita impuritatile mari plutitorii in general si apoi panoul descarcat se ridica permanent ajungand deasupra nivelului apei in fata unui jet de spalare
3 Camera cu rol de bazin de aspiratie pentru pompele din camera 4
4 Camera uscata care adaposteste pompele treapta I (care trimit apa de la sursa la statia de tratare) In cazul in care nu se dispune de pompe cu ax vertical (care au motoarele montate pe platforma superioara) pot fi prevazute fi prevazute si pompe cu ax orizontal cu luarea unor masuri importante de pastrare uscata a camerelor
Cand sunt disponibile pompe cu ax vertical camerele 3 si 4 pot fi unificate In partea superioara a constructiei se prevad camera de comanda camera de manevra a vanelor si pompelor de epuisment camera motoarelor pompelor verticale si sala transformatoarelor (daca este cazul) Nivelul planseului se executa de obicei cu circa 07 m peste nivelul maxim al apelor raului cu asigurarea 1 In fata prizei se executa o pasarela de acces a personalului pentru curatarea gratarelor de la priza si indepartarea plutitorilor si ghetii Gratarele sunt rare cu distante intre bare de 3 - 10 cm
Admisia apei in priza se face prin doua serii de ferestre - o fereastra sub nivelul minim si o fereastra sub nivelul maxim Viteza de trecere a apei este de 02 - 03 ms iar nivelul de apa peste marginea de sus a ferestrei de minimum 050 m
La nivelurile mari in rau se lucreaza cu fereastra de sus pentru a evita antrenarea in priza a aluviunilor mari care sunt tarate de apa la partea de jos a albiei Pentru inchidere fiecare fereastra are in spate o stavila plana manevrabila de la suprafata In fata ferestrelor gratarele sunt rare din bare rotunde (teava) sau profile si se pot curata cu greble mecanice (la prizele mari) sau manual Gratarele trebuie sa fie executate cu atentie si iarna se pot inlocui cu gratare din lemn sau se pot lua masuri speciale pentru a se evita prinderea zaiului de barele metalice (bune conducatoare de caldura)
Zaiul este gheata in cristale fine care pluteste in masa de apa Pentru a evita blocarea cu gheata au fost imaginate mai multe sisteme toate fiind insa perfectabile Astfel la centralele termice sau industriale unde exista abur rezidual sau apa calda se transforms gratarul in radiator prin interiorul tevilor circuland agentul de incalzire sau se toarna apa calda inaintea gratarului astfel incat apa care trece prin gratar sa aiba 01 - 05degC In alte cazuri s-a transformat gratarul in rezistenta electrica legandu-1 la o sursa de tensiune convenabila (putere instalata de cca 10 kWhm2) consumul de energie este relativ mare iar pericolul de accidentare este ridicat S-a recurs si la imbracarea barelor gratarului in cauciuc ebonita sau mase plastice in scopul impiedicarii zaiului sa se prinda de bare In foarte multe cazuri insa se sparge gheata la priza cu unelte manuale atunci cand se constats ca nu mai intra apa suficienta operatiune foarte grea si riscanta In cazul in care apa raului contine in anumite perioade o cantitate mare de suspensii se poate aseza priza nu pe malul raului ci intr-un bazin executat pe malul raului iar apa raului parcurgandu-1 se produce deznisiparea
Foarte importante sunt forma sub care se amenajeaza intrarea apei din rau in bazin (existand riscul aparitiei depunerilor) si modul in care se reuseste sa se faca evacuarea depunerilor din bazin In literature de specialitate se citeaza si alte posibilitati de folosire a acestor bazine Uneori aceste bazine au fost executate sub forma de canale lungi cu priza la caparul eel mai departat Curatirea canalului se poate face prin dragare
Sunt situatii insa in care din motive locale debit mare si curgere gravitationala captarea poate fi mai simpla Captarea poate avea un singur compartiment pentru debite mici sau poate fi organizata pe linii pentru usurinta exploatarii Intrarea apei se face pe sub un timpan care evita socul plutitorilor cu gratarul si dirijarea acestora in aval Pentru punerea la uscat fiecare compartiment se prevede cu batardou demontabil Priza poate avea doua gratare in serie un gratar rar si un gratar des
O mare importanta o are directia de asezare a gratarului fata de directia circuitului de apa asezarea corecta este data de conditiile locale si uneori sunt necesare studii detaliate pe model in laborator Gratarul se poate aseza paralel cu curentul de apa putin oblic astfel incat apa sa atace gratarul sub unghiul eel mai favorabil sau frontal
243 Captari cu regularizarea albiei
Sunt situatii in care pe rau exista debitul de apa necesar pentru captare dar albia este atat de dezvoltata incat inaltimea apei nu permite derivarea debitului necesar In aceasta situatie este nevoie de inaltarea (cresterea) nivelului apei Una din solutii este de a ingusta albia prin lucrari artificiale de regularizare Intrucat asemenea lucrari de regularizare pot fi necesare si in alte cazuri (stabilirea albiei minore de exemplu) vor fi date cateva elemente generale urmand ca in caz de necesitate sa se apeleze la lucrari de specialitate Lucrdrile de regularizare se prevad si se executa cu respectarea urmatoarelor reguli generale
bull la ape mici curgerea sa fie cea dorita (stabila catre priza) iar la ape mari sa nu se produca inundatii in zonele vecine (sa nu se reduca din capacitatea de transport a albiei)
bull lucrarile sa se execute in etape pentru a se putea cunoaste reactiile la noile conditii si pentru a se putea cunoaste reactiile la noile conditii si pentru a se putea face corectari in etapele urmatoare
bull tipurile de lucrari sa se incadreze in peisaj
bull lucrarile sa nu stanjeasca circulatia apei pentru alte folosinte sau sa produca baltirea apei cu efecte de insalubritate
bull sa se prevada lucrari cu materialele din zona
bull sa fie folosita tendinta naturala de curgere a apei puterea si capacitatea colmatata a curentului
In figura 38 sunt schitate tipurile de lucrari mai des utilizate lucrari in albie (diguri de dirijare traverse de colmatare epiuri) si lucrari de aparare si consolidare a malurilor Elementele constructive tip sunt in general executate printr-o combinatie rationala de
bull combinatie de lemn cu piatra (casoaie suluri si saltele de fascine)
bull combinatie de piatra cu metal (gabioane)
bull anrocamente (piatra mare sparta)
bull beton beton armat sub forma de constructii masive sau elemente prefabricate
bull constructii vii formate din inierbare vegetatie mica (se ia in considerare capacitatea de transport a
albiei la ape mari)Apardrile de mai sunt lucrari de consolidare a malului raului impotriva efectului de eroziune al apei
la viteze mari Acestea pot fi lucrari foarte simple cum sunt taluzele inierbate cu unele elemente simple de fixare sau lucrari mai complicate ca taluz pavat cu elemente de beton zidarie de piatra rostuita sau nu
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
Figura 213 Lucrari de regularizare a albiei Tn zona prizeiLegends a - plan cu tipurile de lucrari b - tipuri de aparari de mai 1 - cu
casoaie 2 - cu dale din beton armat 3 - cu elemente mixte (zidarie de piatra secti Tnierbare) c - diguri epiuri executate din 1 - gabioane 2 - anrocamente
22
zidarie de sprijin din zidarie beton sau beton armat La constructive de mai trebuie tinut seama ca in afara de efectul de erodare si de afuiere a patului de sprijin actioneaza si impingerea malului
Digurile longitudinale sunt lucrari executate in albie care au rol de a dirija pe o portiune un spatiu relativ fix apa raului Se realizeaza din anrocamente cu marime suficienta pentru a nu fi antrenate de apa prefabricate de beton gabioane (piatra de rau balast inchis in casete de sarma zincata pentru a obtine o stabilitate generala mare - elemente simple ieftine si stabile atata timp cat sarma de la cos nu cedeaza sub efectul eroziunii si coroziunii) casoaie din lemn blocuri de beton legate elastic etc Capetele acestor diguri trebuie sa fie bine aparate eventual legate cu cate un epiu astfel incat curentul de apa sa nu patrunda in spatele digului Daca digurile sunt deversate vor fi luate masuri constructive contra afuieri sau spalarii patului cu efect imediat asupra stabilitatii constructiei
Epiurile sunt ca si digurile constructii permeabile rezistente la actiunea apei submersibile sau nu care dirijeaza apa raului pe un anumit spatiu si favorizeaza colmatarea treptatS a spatiului dintre ele Ca pozitie pot fi dirijate spre aval normal pe albie sau orientate spre amonte Se executa din aceleasi materiale ca si digurile Daca albia are un pat usor afuiabil inainte de executia digului propriu-zis se amenajeaza un pat elastic din saltele de fascine sau numai rulouri de fascine O atentie deosebitS se da capului epiului (partea terminals dinspre apa) care este elementul eel mai solicitat Totdeauna coada epiului trebuie bine incastrata in mai pentru a nu permite apei sa-1 ocoleasca
Traversele de colmatare sunt diguri scurte executate din umplutura de material local protejata cu anrocamente mari pe albia minora ce trebuie pSrSaitS sau pe bratele auxiliare care trebuie sa fie colmatate L ape mari spatiul dintre traverse se umple cu aluviuni si in timp traseul vechi al albiei minore dispare
Toate constructiile enumerate anterior si altele asemSnStoare imaginate de specialisti trebuie sa fie verificate si la efecte (in perioada de primavara nu trebuie sa se permita formarea de zSpoare -blocuri de gheata spartS aglomerata care favorizeaza inundatiile) Pe zonele de rau regularizate tipurile de constructii pentru captarea apei sunt similare cu cele pentru albia neregularizatS dar cu adancime suficientS a apei De altfel totdeauna cand se executa constructii legate de apa vor fi luate si masuri de stabilizare a albiei in zona afectata
244 Captari cu baraj de derivatie
In cazul in care pe rau nu se poate asigura nivelul minim necesar pentru captarea apei iar regularizarea albie nu este posibila sau rationala se recurge la executarea unei constructii pentru ridicarea artificials a acestuia dacS debitul captat este important iar fenomenele de iarnS nu pun probleme deosebite
Pentru a nu crea prejudicii pentru alti beneficiari constructia numita stdvilar sau baraj de derivatie trebuie sa asigure concomitent urmStoarele conditii
bull sa fie stabilS la actiunea dinamicS a apei
bull sa permita evacuarea debitelor mari fSrS a provoca inundatii sau deteriorarea altor constructii
bull sa permits evacuarea gheturilor de primSvarS
bull sa asigure navigatia plutaritul circulatia pestilor sau alte folosinte etc Forma
captSrii depinde de
bull marimea debitului captat raportul debit captat debit rau
bull variatia debitului raului si aluviunilor transportate
bull posibilitStile de executie
bull amplasamentul efectiv al prizei (natura albiei adancimea stratului impermeabil inSltimea malurilor etc)
In continuare sunt date cateva exemple de constructii caracteristice pentru asemenea prize
Captarea pentru debit mare realizabilS pe un rau mare pentru localitSti industrii irigatii energie etc Are alcStuirea generals din figura 214
Intre douS culei (o culee este o constractie de legSturS intre constructia dintre albie si mai) se executS elementul de barare a albiei adicS de ridicare a nivelului apei la cota minimS necesarS Aceasta poate fi un prag - baraj deversor dacS lungimea disponibilS si cota malului permit
evacuarea debitelor mari de rau sau baraj cu stavile mobile (stavilar) care se pot ridica sau culca (intr-un locas special prevazut) in radier lasand libera sectiunea pentru evacuarea apelor mari Sunt si cazuri in care din cauza deschiderii mari a albiei s-a adoptat o solutie mixta partial cu stavile partial cu baraj deversor sau uneori si cu baraj nedeversant
Pe malul opus captarii se executa daca este cazul ecluza pentru navigatie sau plutarit cu dimensiunile cerate de beneficiar si aproape totdeauna o scara de pesti pentru a asigura circulatia libera a pestilor intre cele doua biefuri (un bief este zona de rau aflata amonte sau aval de constructia considerate) Pe acelasi mai cu priza se gasesc doua deschideri de spalare prevazute cu vane plane care stau totdeauna partial deschise astfel incat debitul de apa care nu se capteaza sa nu deverseze peste baraj ci sa treaca pe sub aceste stavile
Se reaminteste ca in nici un caz nu este permisa captarea integrals a debitului raului in sectiunea respectiva o parte a debitului raului trebuie sa treaca in aval pentru mentinerea intr-o stare salubra a zonei (altfel devine depozit de gunoaie pe timp de ape scazute) asigurarea apei pentru vietuitoare si vegetatie Debitul ramas in albie este numit debit de servitute (Qs) Spalarea este necesara intracat prin ridicarea locala a nivelului apei s-a realizat in amonte o reducere locala a pantei energetice a curentului de apa Aceasta reducere conduce la micsorarea capacitatii de transport deci micul lac ce se creeaza in spatele barajului se umple repede cu aluviuni Umplerea se face si in dreptul gratarului fiind periclitata adancimea de intrare minima altfel spus se realizeaza ridicarea locala a fundului albiei Lasand libera circulatia apei langa gratar se produce continuu o spalare a depunerilor din cauza vitezei mari realizate sub stavilele de spalare
in unele cazuri prima pila a barajului a fost prelungita cu un pinten formand un fel de canal in fata prizei Apa circuland cu o viteza comparabila cu cea existenta in rau inainte de barare evita producerea de depuneri in fata prizei
Atat in dreptul stavilelor de spalare cat si al barajului deversor in aval se executa un disipator de energie al carui rol este de a reduce viteza apei la o limita care sa nu produca eroziuni spalari in aval de constractie spalari care ar putea periclita stabilitatea acesteia
Priza este o deschidere in culee protejata cu un gratar contra plutitorilor Pentru a evita antrenarea aluviunilor mari in priza aceasta se prevede cu un rag (grataral se aseaza deasupra fundului albiei la 05 - 10 m) Pentru a nu favoriza blocarea gratarului cu plutitori viteza de trecere este redusa 01 - 05 ms din care cauza priza are o forma de palnie Intrarea poate fi inchisa cu stavile Daca deschiderea totala este mare ea se poate reduce cu ajutorul unor pile intermediare Lungimea unei stavile nu va depasi 250 m altfel dispozitivele de ridicare a stavilelor devin greoaie In pile inaintea nisei stavilei se lasa profile U inglobate in beton cu deschiderea spre apa pentru a se putea lansa batardoul (umplutura din elemente grinzi de lemn sau metal) in scopul punerii la uscat a incintei pentru eventuale reparatii Deoarece dupa gratar viteza apei scade mult se produc depuneri care pot afecta circulatia pe canalul de legatura Spalarea lor se poate face cu o golire secundara - de spalare (vezi figura 214) Daca se inchide plecarea spre beneficiar (stavila V2) si se deschide stavila V3 se poate asigura o circulatie fortata cu 0 viteza cu 0 viteza mare (diferenta de nivel amonte-aval este mare) Daca debitul pe rau este suficient iar gratarele au o suprafata mai mare decat cea strict necesara se poate merge cu vana V3 partial deschisa - spalarea facandu-se continuu Pentru evitarea antrenarii plutitorilor mari si a ghetii in sloiuri la gratar se amenajeaza un perete de lemn scufundat partial (05 m) sau o linie de busteni legati articulat (care plutesc) Fenomenele de iarna sunt cele mai dificile la aceste prize
Captarea tiroleza este 0 captare cu gratar pe creasta (figura 215a) care se adopta in cazul in care debitul raului la ape mici este redus si nu poate asigura spalarea zonei din fata prizei iar debitul captat fiind mic captarea in mai se face greu (la aceasta constractie de captare se executa si o priza de iarna in cazul in care grataral ingheata) Captarea se aplica in zone de munte la rauri cu caracter torential pentru debite nu prea mari (sub lm3s) In unele situatii masivul de beton nu se vede din albie fiind alcatuit dintr-un prag de fund - cu gratar la nivelul fundului apei (grataral este inclinat aval pentru a evita blocarea cu aluviuni mari)
Captarea sub albie se adopta in situatia unor localitati de munte pentru care singura sansa de apa o constituie raul sau paraul care izvoraste de la cote inalte al carui debit scade foarte mult in perioadele de iarna si vara si in cazul care fenomenele de inghet dureaza timp indelungat In aceasta situatie 0 captare in albia raului va fi serios stanjenita iar exploatarea va pune probleme deosebite Pentru evitarea unora din aceste probleme au fost imaginate si executate captari sub fundul albiei intr-o zona in care albia este bine dezvoltata si are un pat de 2-3 m de aluviuni Constructia transversals dreneaza apa la unui din capetele sale unde pe malul raului dintr-un put este prelevata si transportata Aceasta captare se deosebeste insa de captarea subterana a apei infiltrate prin mai sau sub fundul albiei (cu drenuri radicale) deoarece apa captata are tot caracteristicile unei ape de suprafata dramul parcurs prin patul aluvionar fiind foarte scurt o asemenea apa are o turbiditate mai mica decat apa captata direct din rau
Schema unei captari sub albie numita uneori si caucaziana este data in figura 215b iar schema unei captari proiectata pentru extinderea provizorie a alimentarii cu apa a unei localitati din tara - la un debit de 10 dm3s in figura 215C
Din figura se observa ca in patul aluvionar al raului se executa o constractie permeabila care dreneaza apa ce se scurge prin subteran sau care se infiltreaza direct asupra constractiei In fata acestei constructii si deasupra ei se executa un blocaj din anrocamente care sa permita accesul mai bun al apei si totodata sa stabilizeze constructia contra efectului dinamic la ape mari (captarea lucreaza ca un prag de fund stabilizator)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 25
Captarea este relativ simpla usor de executat si cu rezultate bune in exploatare Trebuie insa data o atentie deosebita posibilei colmatari a zonei de acces la elementul drenant din cauza apei ce confine fibre de dimensiuni mici (celuloza si hartie) material ce se colmateaza etc
26 Captari din lacuri
Tara noastra nu dispune de lacuri naturale de volume importante care sa poata folosi drept sursa de apa Din aceasta cauza captarile vor fi analizate din punct de vedere al prelevarii apei din lacurile artificiale
In etapa actuala in tara noastra executarea de captari cu debite importante din majoritatea raurilor interioare nu se pot face fara o regularizare a debitului deoarece desi regimul precipitatiilor este relativ uniform (200-2000 mman) distributia in timp este foarte neuniforma Aceasta face ca in perioadele de primavara si toamna debitele sa fie foarte mari iar in perioada de vara si mai ales iarna debitele sa scada la valori extrem de mici cu totul insuficiente pentru alimentarea folosintelor Regularizarea debitelor se face prin lacuri de acumulare special create (bazine uriase cu volume de zeci de milioane-miliarde de metri cubi) care acumuleaza apa din rau in perioadele de viitura si permit folosirea acesteia la debitele dorite
Este insa evident ca un asemenea lac nu se poate crea decat printr-o constructie specials de blocare a albiei numita baraj constructie care prin amploare si efort de investitie pune probleme deosebite Din aceasta cauza executarea unor asemenea lucrari se face prin cooperare cu alti beneficiari lacul urmand sa aiba o folosinta complexa dupa cum urmeaza
bull va reduce viiturile si va permite protej area localitatilor si scoaterea unor suprafete de sub efectul inundatilor redandu-le circuitului agricol
bull volumul de apa acumulat confine o cantitate mare de energie hidraulica energie care poate fi transformata in cadrul centralelor hidroelectrice in energie electrica si data in circuitul energetic al tarii
bull o parte din volumul de apa acumulat poate fi preluat pentru irigarea unor importante suprafete de teren
bull parte din lac poate fi amenajat ca zona de agrement dezvoltand zona din punct de vedere turistic
bull se poate imbunatati regimul de curgere in aval cu efect si asupra calitatii apei
Din punct de vedere al alimentarii cu apa lacul are eel putin in prima perioada un efect favorabil apa prelevata fiind in general mai limpede si mai constants sub raport calitativ Aceasta presupune insa preluarea apei direct din lac (varianta I din figura 216) lucru care poate dezavantaja pe alti beneficiari (cei care se ocupa de producerea energiei de exemplu)
Pe de alta parte apa stationand mult timp in lac isi modifica calitatea iar prin descompunerea depunerilor si dezvoltarea unor microorganisme specifice apa poate sa capete gust neplacut (gustul este diferit de eel al apei de rau care este apa curgatoare) De aceea uneori apa este acumulata dar nu este captata din lac ci uzinata si lasata sa curga pe vechea albie pentru a se aera (varianta Il-a din figura 216) Solutia este
Figura 215 Captari speciale a - captare tiroleza b - captare cu galerie transversala pe fundul albiei c -
dren sub fundul albiei
favorabila in cazul in care utilizatorul de apa se afla la distanta mare Daca centrala functioneaza continuu atunci captarea se poate face in curent liber daca insa centrala (UHE) functioneaza in regim de varf (cum de obicei functioneaza asemenea centrale cateva ore in cursul zilei) atunci avalul inainte de priza trebuie prevazut un lac de compensare zilnica a debitelor lac care sa retina apa uzinata in regim neuniform si sa permita captarea unui debit relativ constant Cele doua variante aratate schematic in figura 216 trebuie comparate ca avantaje si dezavantaje
Priza de apa poate fi realizata in corpul barajului in aval de baraj sau in lac Elementele care conduc la stabilirea solutiei sunt
bull pozitia utilizatorului de apa fata de lac captare din lac daca acesta este amplasat amonte si departe de baraj in baraj sau aval pentru un consumator aval sau din alt bazin hidrografic
bull marimea lacului variatia nivelului apei in lac
bull existenta unei salbe de lacuri pe raul respectiv
bull utilizarea rationala complexa a apei acumulate (de regula la stabilirea amplasamentului lacului se statueaza si modul de folosire al apei)
bull tipul de baraj si simultaneitatea executiei barajului cu priza pentru folosinte de apa in general dupa executarea barajului priza poate fi numai in aval sau in lac
bull conditiile reale de teren trebuie tinut seama ca baraj ele cu lacuri mari de acumulare sunt situate in zona de deal - munte
bull conditiile rationale de tratare a apei obtinute din lac
261 Priza tn aval de baraj
Se poate executa oricand inainte si dupa executia barajului in forme si la debite adecvate Sunt posibile urmatoarele tipuri de captari
bull captari in curent liber de forma celor descrise anterior pe raul pe care debitul regularizat prin lac are valori mult mai mari
bull captari in baraj sau in lac in cazul in care lacul are ca principals folosinta alimentarea cu apa sau cand barajul este realizat pentru un lac de compensare a debitelor rezultate de la functionarea unor centrale hidroelectrice din amonte
bull captari in lac in cazul in care lacul compenseaza folosinta energetica iar beneficiarul este departe de baraj in amonte
262 Prize Tn corpul barajului
Sunt gandite si executate odata cu barajul astfel incat sa nu pericliteze siguranta in functionare a acestuia dar sa poata preleva apa de calitatea cea mai buna existenta la un moment dat in lac
In cele ce urmeaza sunt date exemple de captari de apa executate in baraj Daca barajul este din beton priza este de regula comuna cu barajul (figura 217)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 27
apa curgatoare Barajul care realizeaza lacul de compensare este din materiale locale cu un sistem de stavile pentru spalarea depunerilor de viitura (figura 219)
In figura 220 este schitata captarea dintr-un lac al carui baraj este executat din materiale locale cu miez de etansare din argila Captarea se executa total izolat de baraj (in malul natural sau in lac figura 221 - pentru a nu-i produce dificultati barajului prin exfiltrarea apei pe langa sistemul de transport al apei) si pentru ca priza sa nu aiba dificultati la tasari neuniforme ale barajului Apa captata din priza turn de la cote diferite functie de calitatea acesteia este evacuata prin conducte sau galerii amplasate in malul natural
Acest tip de captare poate fi aplicata si in alta pozitie in cuprinsul lacului pentru beneficiari riverani - amonte de baraj
Cand principala folosinta a lacului este de combatere a undei de viitura captarea poate avea o forma speciala (figura 222) Captarea este amplasata la o cota deasupra rezervei destinata acumularii depunerilor din lac si trebuie sa evite blocarea cu corpuri mari ce pot cadea prin apa intrucat nu este accesibila decat la ape mici - lac gol sau lac golit
263 Captari in lac
Se utilizeaza atunci cand in amplasament nivelul apei este asigurat intotdeauna deasupra unor valori limita Se pot practica o captare de tip turn (figura 221) cand debitul captat este important iar nivelul lacului relativ constant o captare plutitoare cand alimentarea cu apa este sezoniera sau conditiile de iarna nu sunt severe o captare de fund cand lacul este de adancime mare si cu un volum de apa important (figura 223a)
Captarea de fund este formata dintr-un sorb (pot fi prevazute mai multe asemenea constructii separate) asezat pe o confectie metalica stabila de tip tetrapod Se amplaseaza deasupra nivelului (apreciat) de colmatare si sub nivelul minim al apei din lac (acoperire mai mare pentru a o feri de plutitori) Zona captarii va fi balizata pentru a fi ferita de accesul plutitorilor si a putea fi usor reperata pentru control se marcheaza si zona de protectie daca este cazul Conducta de legatura (suficient de elastica daca are lungime mare) se lanseaza prin plutire si poate permite ridicarea prizei in caz de nevoie Captarea va fi amplasata la o asemenea adancime incat sa nu fie deplasata de valuri si totodata nu intr-o zona in care valurile pot pune in miscare depunerile de pe fund si deteriora calitatea apei Captarea este tipica pentru prelevarea apei din lacurile naturale (figura 223b)
Existenta lacurilor de acumulare ridicS probleme importante sub trei aspecte generale aspecte care pot influenta calitatea apei captate siguranta in functionare a prizei sau si a zonelor vecine
bull pentru lacurile mici problema cea mai importanta este legata de colmatarea cu aluviuni lipsa masurilor de protejare amenajare si stabilizare a solului in bazinul hidrografic conduce la antrenarea unei mari cantitati de sol (mai ales fertil) care blocheaza in scurt timp volumul lacului
bull pentru lacurile cu volum mediu (milioane de m3) problema cea mai importanta este eutrofizarea apei lacului
bull pentru lacurile mari (sute de milioane m3) problema importanta este imbdtrdnirea lacului (o eutrofizare lenta avand ca punct final obtinerea unei ape de calitate total deosebitS de aceea a raului din care pro vine)
Eutrofizarea lacurilor este o problema acuta a multor lacuri din zone de ses si colinare Cauza principals este aportul de substante fertilizante (fosfor carbon azot) Fosforul (adus in apa in special din apele uzate orSaenesti - neepurate adecvat) in cantitSti mici favorizeaza randamentul de functionare a fitoplanctonului care la randul lui favorizeazS fixarea azotului cu ajutorul bacteriilor Dezvoltarea fitoplanctonului favorizeazS dezvoltarea zooplanctonului si deci a populatiei de pesti
DacS fluxul energetic si aportul de substante este moderat atunci ciclul se incheie devine stabil si lacul isi pSatreaza calitatea de lac oligotrof (figura 224a) In cazul in care cantitatea de fosfor creste creste volumul de fitoplancton deoarece nu exista suficient azot si lantul se rupe Zooplanctonul si pesti mor substantia organicS creste bacteriile consumS oxigenul si lacul devine eutrof acoperindu-se cu vegetatie (care are rSdacinile in malul situat pe fundul lacului si frunzele la suprafata realizand fotosinteza figura 224b) Consumarea oxigenului de cStre substantele in descompunere si capacitatea redusa de aerare fac ca apa lacului sa aibS de regulS un continut mai redus de oxigen
Daca se reduce cantitatea de nutrient (in special fosforul) dupa un timp calitatea apei se imbunatateste neajungand insa la calitatea initials (se considers ca un continut Tn fosfor de 10-20 mgl este acceptabil)
Imbdtrdnirea lacurilor este fenomenul de modificare continuS a calitatii apei lacului ca urmare a noului echilibru ce se realizeazS intre aportul de substante si circulatia apei Apa care ajunge in lac este o apa cu continut ridicat de substante minerale si organice Acestea se depun se descompun intra in reactie formand substante noi cu continut de Fe N S C (H2S CH4) substante care modifies chimismul apei Pe baza aportului de substante si sub influenta luminii creste productia de masa organica (schema lacului oligotrof) Apare un fenomen nou de circulatie a apei in lac vara apa de la suprafata este calda deci mai usoarS toamna insa apa se rSceste devine mai rece decat apa de la fundul lacului (are cca 4degC sub 15 - 20 m temperature ramane relativ constants) deci devine mai grea (densitatea creste la scaderea temperaturii) si coboarS inlocuind apa mai calda de adancime apa care se ridicS (depunerile mai pot fi agitate si de valurile de la suprafata)
Pozitia captarii in lacurile adanci trebuie sa fie totdeauna in zona medie cu temperature relativ constants (6 - 12degC) si unde nu se simte direct influenta descompunerilor ce se produc la fundul lacului (sau tulbureala datS de depunerile rSacolite)
28 Procese de pre-tratare aplicarea de algicide
Algele sau cianobacteriile (algele verzi-albastre) din lacurile si acumularile de stocare pot crea probleme de gust si miros precum si aparitia unor substante ce provoaca imbolnaviri (toxine) Pentru controlul dezvoltarii algelor sau cianobacteriilor se pot folosi compusi care distrug algele (algicidele) Daca are loc un eveniment legat de utilizarea algicidelor (calitatea apei este afectata de utilizarea unui algicid) pot avea loc urmatoarele
bull daca se utilizeaza algicide in exces substanta chimica poate provoca imbolnaviri
bull daca volumul de alge sau cianobacterii este prea mare si nu poate fi controlat de algicid toxinele din alge cianobacterii pot provoca imbolnaviri
bull daca se utilizeaza ca algicid paiele de orz substantele din paie pot reactiona cu dezinfectantele si forma subproduse ce provoaca imbolnaviri
Aplicarea de algicide in sursa de apa poate prezenta riscuri pentru sanatatea si siguranta muncii operatorilor Acestea sunt recunoscute dar nu vor fi discutate deoarece astfel de riscuri fac obiectul legislatiei muncii si protectiei muncii Algele sau cianobacteriile din sursa de apa pot interfera cu functionarea statiei de tratare Un bun control al cresterii lor face sa se diminueze necesitatea pre-oxidarii Se reduce de asemenea cantitatea de dezinfectant ce se pierde in reactia cu algele sau cu substantele pe care acestea le elimina in apa
31 Alcatuirea statiilor de tratare a apei
Rolul statiei de tratare este de a corecta calitatea apei brute pana la atingerea cerintelor utilizatorului Exista o multitudine de procese de tratare care se utilizeaza in practica insa schema generala a unei statii de tratare (figura 31) cuprinde
bull trepte multiple de oxidare (pre-oxidare post-oxidare) cu scopul de a oxida compusi chimici dar si de a realiza bariere succesive in calea micro-organismelor
bull procese de limpezire a apei care constau in
o coagulare-floculare cu reactivi chimici in camere de reactie special amenajate
o decantarea apei pentru retinerea suspensiilor coagulate
o filtrarea pe strat de nisip pentru finalizarea procesului de limpezire
bull afinarea apei constituita din oxidare cu ozon urmata de adsorbtie pe carbune activ granular cu scopul indepartarii anumitor compusi chimici toxici
bull dezinfectia apei pentru indepartarea totala a virusurilor bacteriilor si altor micro-organisme din apa treapta obligatorie in Romania conform Legii privind Calitatea Apei Potabile nr 4582002
3
Pentru eliminarea duritatii se pot adopta scheme cu schimbatori de ioni sau cu reactivi chimici (var si soda) in functie de tipul duritatii (temporara sau permanenta)
Orice statie de tratare este deservita de anumite facilitati pentru intretinerea proprie Printre acestea se mentioneaza
bull statia de reactivi chimici cu rolul de a stoca prepara si doza reactivii necesari procesului de tratare (coagulanti floculanti agenti dezinfectanti corectie pH etc)
bull sisteme de spalare filtre rapide constituite din statii de pompe si de suflante
bull laborator pentru a determina corectitudinea procesului de tratare dar si calitatea apei produse
bull alte facilitati printre care se mentioneaza sisteme de recuperare a apei de la spalare filtre si a namolului din decantoare
311 Exemple de statii de tratare
O schema de tratare cu filtrare directa este prezentata in figura 32 Uzina de apa a orasului Los Angeles - SUA (Los Angeles Aqueduct Filtration Plant) are o capacitate instalata de 185 m3s filiera tratare fiind prezentata in cele ce urmeaza
bull pre-oxidare cu ozon 4 generatoare care produc 3780 kg CVzi (doza medie ozon 15 mgdm3) 4 bazine de contact (timp de contact minim 49 min)
bull coagulare (amestec rapid) 8 camere de reactie echipate cu agitatoare dinamice timp minim de amestec 086 s pentru doua camere inseriate Reactivi utilizati clorura ferica sulfat de aluminiu polimeri anionici si neionici soda caustica clor
bull floculare 36 camere de reactie lenta timp minim de reactie lenta 8 min pentru 3 bazine inseriate
bull filtrare 24 unitati (aria unei unitati A=160 m2) strat de antracit cu inaltimea de 24 m viteza de filtrare 175 mh care asigura un timp de contact de 10 minute
bull dezinfectie finala cu clor (doza maxima clor 56 mgdm3)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 3
Un alt exemplu de schema de tratare care nu cuprinde treapta de decantare este uzina de apa Ivry (Franta) modernizata in 1987 (debit instalat Q = 300000 m3zi) Dupa modernizare uzina cuprinde urmatoarele procese (figura 33)
bull pre-oxidare cu ozon doza uzuala 10 mg CVdm3
bull coagulare (amestec rapid) cu clorura ferica (5 - 10 mgdm3) si polimer anionic (0025 -005 mgdm3)
bull pre-filtrare faza I - (coagulare pe masa de contact) 18 unitati de 815 m2 strat biolit 10 m viteza de filtrare maxima 10 mh
bull floculare cu clorura ferica (2-6 mg Fe3+dm3) si polimer (005 - 10 mgdm3)
bull pre-filtrare faza II - nisip 22 unitati de 81 m viteza de filtrare 9 mh
bull filtrare lenta 30 cuve (23000 m2) viteza maxima de filtrare 13 mzi inaltime strat 07 m
bull post-ozonare timp de contact 4 minute doza uzuala 04 - 06 mg CVdm3
bull filtrare pe CAG inaltime strat 10 m viteza de filtrare 10 mh
bull dezinfectare finala cu hipoclorit de sodiu
In figura 34 este prezentata o schema tehnologica a unei uzine de apa aplicata in cateva mari uzine de tratare (Qgt2000 m3h) ce preiau apa bruta direct din fluviul Ruhr Schema asigura o eliminare optima a microorganismelor Concentratia de Cryptosporidium in apa raului Ruhr variaza de la 0 la 5 unit(100 dm3) iar concentratia chisturilor Giardia de la 8 la 250 unitdm3 Nu au fost detectate aceste organisme in treptele premergatoare dezinfectarii Se remarca prezenta treptelor de filtrare incepand cu filtrarea mecanica pe microsite in capatul amonte al filierei de tratare si continuand cu un pachet de trei trepte de filtrare (dublu strat carbune activ granular si filtre lente) care asigura o eficienta foarte mare din punct de vedere microbiologic
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 3
Figura 34 Filiera tehnologica uzina de apa Mulheim an der Ruhr
(Germania)
Un exemplu de schema tehnologica combinata (Q=32 m3s) este prezentata in figura 35 Apa bruta (fluviul Elba) este puternic incarcata in poluanti Filtrarea primara (bazine de infiltratie) reduce de cateva ori incarcarea microbiologica iar in cazul folosirii treptelor de floculare sedimentare si filtrare reducerea incarcarii microbiologice este de circa 9999
Prin curgerea in stratul subteran se obtine o apa ce se incadreaza in normele privind calitatea apei potabile Dezinfectia finala este aplicata pentru a preveni cresterea masei bacteriene in sistemele de distributie Uzina este prevazuta a fi modernizata cu treapta de oxidare cu ozon si filtre multistrat
In Elvetia sunt intalnite in principal scheme complexe de tratare avand la baza procese biologice (figura 36) Treptele de tratare clasice (pre-oxidare cu ozon coagulare-floculare filtrare rapida) sunt urmate de corectia pH-ului si postozonare in fmalul filierei de tratare se prevad reactoare biologice inseriate (filtre CAG activate biologic urmate de filtre lente) Se urmareste in principal reducerea indicatorilor biologici si bacteriologici prin reducerea concentratiilor de carbon organic asimilabil (AOC lt 10 ug Cdm ) Se remarca absenta dezinfectarii finale Se obtine o apa biostabila introducerea acesteia intr-o retea de distributie nu necesita prezenta unui dezinfectant rezidual Se asigura in acest mod o siguranta ridicata la consumator in ceea ce priveste potentialul de formare al trihalometanilor
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 3
33 Procese de oxidare
Procesele de oxidare pot fi intalnite in toate statiile de tratare in doua sectiuni caracteristice ale schemei
bull pre-oxidare in capatul amonte al filierei pentru oxidarea substantei organice plancton inactivare microorganisme obiectul principal este asigurarea functionarii optime a proceselor de tratare si evitarea contaminarii acesteia
bull post-oxidarea amplasat dupa procesele de tratare conventionale (decantare si filtrare rapida pe strat de nisip) urmareste oxidarea totala a micro poluantilor reducerea materiilor organice naturale si inactivarea totala in ape limpezi a compusilor biologici si bacteriologici
331 Pre-oxidare
In mod obisnuit se utilizeaza urmatorii agenti oxidanti clor ozon dioxid de clor 3311 Clorul(Ch)
Clorul se utilizeaza in mod uzual cu doze cuprinse in domeniul 1 - 3 mgl cu timp de contact minim Tc=30 minute in anumite situatii (inflorire algala sau poluare accidentala) dozele pot fi mai mari dar se urmareste evitarea formarii sub-produsilor organo-clorurati (de exemplu trihalometani THM) prin efectuarea de incercari pe apa sursei pentru a se stabili potentialul de formare
Clorul este adoptat frecvent datorita costurilor reduse implicate Reactia clorului trebuie urmarita cu atentie luand in consideratie agentii reducatori (H2S Mn2+ Fe3+) si materiile organice naturale in diagrama din figura 37 se poate urmari procesul de reactie al clorului in apa (clorare la breakpoint) Punctul critic se atinge daca raportul masic intre clor si amoniac variaza intre 81 -101 (teoretic 761)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 40
3312 Ozonul(03)
Ozonul este un gaz violet instabil care degaja un miros iritant caracteristic
Se produce prin descarcari electrice la diferente de potential ridicate intre doi electrozi intre care curge aer sau oxigen pur Eficienta productiei depinde de diferenta de potential frecventa caracteristicile materialului dielectric si spatiul care separa dielectricele Progresele tehnologice din ultimii 20-30 ani au condus la reducerea consumului de energie la 10 - 12 kWh 1 kg O3
Dozele uzuale de ozon sunt in gama 1 - 3 mgCVdm3 iar timpul de contact uzual este Tc=10 minute Se tinde spre adoptarea solutiei cu doua reactoare in serie ca in figura 38 Adancimea apei in reactoare poate atinge 6-75 m
Conceptual reactoarele de ozon functioneaza pe baza interceptarii curentului de apa descendent de catre voalul de bule mici de ozon in miscare ascendents
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
0
4
3313 Dioxidul de clor (CIO2)
Se poate obtine din clorit de sodiu si clor conform reactiei
2NaC102 + Cl2rarr2C102 + 2NaCl (31)
Stoechiometric 1 g dioxid de clor se obtine din 134 g clorita de sodiu si 05 g de clor
Este instabil si exploziv la temperaturi T gt (-40degC) Se produce imediat inainte de injectia in apa La 20degC si presiune partiala de 53 kPa solubilitatea este 4 gdm3
Avantajele utilizarii CIO2 sunt
bull nu formeaza sub-produsi de tip trihalometani (THM)
bull are putere oxidanta mai buna oxideaza fenoli si este foarte eficace la pH peste 85
Dozele utilizate frecvent 01 - 05 mgl timpul de contact fiind Tc = 10 min Se mentioneaza ca pentru doze mai mare de 05 mgl exista riscul formarii de sub-produsi de tip clorati
Reactoarele de pre-oxidare utilizeaza agitatoare mecanice (rezistente la coroziune) care asigura amestecul mecanic cu randamente ridicate intre apa de tratat si solutia de CIO2
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 4
332 Post-oxidare
In filierele de tratare se dezvolta din ce in ce mai mult conceptul de post-oxidare cu ozon pe apa limpezita dupa filtrele rapide de nisip pentru ca eficienta transferului creste se reduc dozele de ozon si oxidarea micro-poluantilor devine mai eficienta
incadrarea procesului de post-oxidare in schema statiei de tratare se realizeaza totdeauna ca infigura 310 n
Dozele de 03 in post-oxidare nu depasesc 2 mgl Principiile reactoarelor de ozon sunt identice cu cele utilizate in pre-oxidare
Post-oxidarea cu ozon combinata cu adsorbtia pe CAG este procesul (denumit afinare) capabil sa asigure
- eliminare totala compusi biologici microbiologici si micropoluanti
- reducere materiilor organice naturale astfel incat TOC lt 25 g Cl
- eliminare pesticide
333 Alegerea oxidantului
Alegerea oxidantului se bazeaza pe analiza calitatii apei caracterizarea marimii poluarii care poate apare (continut materii organice naturale carbon organic total numar de microorganisme perioade duraf deg ce aparitie)
Alegerea agentului oxidant are la baza costuri si implicatii in filiera tehnologica
Tabelul 35 Caracteristici principale Tn alegerea oxidantilor Nr crt
Oxidant Avantaje Dezavantaje
1 Clor-Cl2 - costuri reduse- cunoastere operare- este remanent (rezidual) in reteaua de
distributie
formeaza THM - necesita timpi de contact mari
2 Dioxid de clor - C102 - capacitate de oxidare mai ridicata in raport cu Cl2
- nu formeaza THM- este remanent (rezidual) in reteaua de
distributie
- necesita preparare si dozare instantanee- la doze prea mari poate forma cloraticosturi mai mari in raport cu Cl2
3 Ozon - 03 - cea mai mare capacitate de oxidare- nu formeaza THM
- necesita preparare si dozare instantaneeconsumuri energetice mari- poate forma subprodusi de tip bromaji sau
aldehide- nu este remanent (rezidual) in reteaua de
distributie
4
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 4
Figura 311 Fortele
ce actioneaza asupra
particulelor aflate Tn
apa
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
3511 Deznisipatoare
Sunt destinate sa retina particulele de tip nisip pentru protectia utilajelor din schema statiei de tratare Schema unui deznisipator orizontal este data in figura 313
Figura 313 Deznisipator orizontal longitudinal
1 Gratar 2 Bare de linistire 3 Nisa pentru reparatii Tn caz de avarie 4 Stavilar de intrare 5 Vane de golire 6 Stavilarde iesire 7 Galerie de golire
In zona de intrare a apei in deznisipator se monteaza un gratar rar pentru impiedicarea accesului corpurilor mari in interiorul bazinului Pentru linistirea curentului se monteaza bare verticale de linistire Peretii laterali ai deznisipatorului se executa cu evazare catre exterior pentru a permite preluarea impingerilor survenite din podul de gheata care se formeaza pe timp de iarna la suprafata bazinului Panta radierului bazinului trebuie sa permita evacuarea depunerilor in zona din aval a bazinului Evacuarea depunerilor se poate realiza cu mai multe sisteme
bull prin hidro-mecanizare cu scoaterea din functiune a unui compartiment
bull prin golirea totala a compartimentului (numai pentru debite foarte reduse)
bull cu electro-pompe speciale purtate de o grinda rulanta
3512 Decantoare statice
Sunt destinate surselor cu variatii mari de turbiditate la care 50 - 60 din suspensii sunt de natura minerala (gravimetrice) in figura 314 se prezinta schema unui decantor orizontal longitudinal Elementele principale ale bazinului sunt
bull zona de intrare in care se gaseste un perete de linistire a curentului in partea superioara respectiv canalul de evacuare a depunerilor in partea inferioara
bull decantorul propriu-zis cu radier cu panta catre basa de evacuare a namolului amplasata in zona incipienta a bazinului
bull zona de evacuare a apei decantate care este bordata de un gratar cu rolul impiedicarii accesului plutitorilor
Curatirea decantoarelor orizontale se realizeaza
bull Intermitent prin golire si evacuare depuneri hidraulic sau mecanic
bull Continuu cu ajutorul podurilor racloare care strang depunerile in base special amenajate
Dificultatile in operarea decantoarelor statice se pot sintetiza
bull sunt influentate de factori atmosferici vant gheata insorire
bull miscarea este turbulenta ca structura si particule fine pot fi repuse in stare de suspensie
bull echilibrarea fluxului hidraulic se realizeaza cu dificultate
bull eficienta retinerii nu depaseste 10-15 NTU la apa decantata
37 Filtrarea apei - generalitati
Filtrarea este procesul de limpezire finala a apei (stadiul II) la curgerea printr-un mediu poros de obicei format din nisip cuartos Procesul simuleaza infiltratia apelor superficiale in mediile poroase din subsolul pamantului Procesul este cunoscut si aplicat de mult timp (primul brevet s-a emis in 1830)
Schema generala (figura 323) indica filtrul ca fiind format dintr-un bazin (cuva) in care apa curge in sens descendent traverseaza mediul poros sustinut de un drenaj si ajunge intr-un rezervor de apa filtrata amplasat sub drenaj Sistemul este dotat cu toate instalatiile de introducere -prelevare apa preaplin si golire
Parametrii fundamentali ai procesului de filtrare sunt
bull viteza de filtrare definita (ca viteza aparenta) cu relatia urmatoare
vF = Q A [ m h ] [mzi] (313)
In care
Q - debitul de apa filtrata
A - suprafata orizontala a stratului filtrant in
functie de viteza de filtrare se pot clasifica in
o filtre lente (biologice) - VF = 01 - 025 [mh]
o filtre rapide - vF = 4 - 10 [mh|
o filtre ultra-rapide
bull mediul filtrant - in general nisip cuartos care sa realizeze prin uniformitatea granulelor un volum de goluri in care sa se acumuleze suspensia retinuta din apa caracteristicile sunt diferite pe tipuri de filtre
bull pierderea de sarcina (hr) exprimata ca diferenta intre nivelul apei in cuva filtrului si nivelul apei in rezervorul de apa filtrata este data de colmatarea stratului si este variabila in timp
49
38 Filtre lente
Se bazeaza pe formarea unei membrane biologice constituita din colonii de bacterii aerobe -amplasata la suprafata stratului de nisip (pe primii 2-3 cm) Elementul fundamental este dezvoltarea membranei (in 1 - 3 zile) functie de caracteristicile apei Dupa o perioada (30 - 50 zile) membrana se colmateaza si incepe sa se rupa degradand calitatea apei Aceasta se razuieste (se curata) manual sau mecanic si procesul este reluat In figura 52 se indica schema unui filtru lent
Dispoizitiv de curatat_____________________________membrana biologtca
Figura 325 indica tipurile de organisme care pot fi intalnite pe o adancime de 30 cm in nisipul filtrului lent
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
Nisipul din filtrul lent trebuie sa aiba urmatorii parametri
bull granulozitatea in domeniul dg = 035 - 050 mm
bull coeficientul de neuniformitate ult 15
(314)
In care d6o - diametral ochiurilor sitei prin care trece 60 din materialul cernut
d1o - diametral ochiurilor sitei prin care trece 10 din materialul cernut
01
50
bull inaltimea stratului de nisip H=90-100 cm cand grosimea stratului de nisip ajunge dupa curatiri succesive la 70 - 80 cm este necesara completarea la inaltimea initiala
Solutia filtrelor lente se prevede la debite relativ mici (max 10000 m zi) si surse de apa in general curate (lipsite de alge culoare poluanti toxici) Se pot obtine rezultate performante la ape necoagulate Operarea sistemelor de filtre lente este simpla Procesul de filtrare lenta este asimilat cu procese fizice si biologice Acestea din urma necesita o atentie si urmarire continua in etapele de operare a filtrelor in special referitor la starea coloniilor de bacterii aerobe din membrana biologica
310Filtre rapide
In figura 326 se prezinta schema unui filtru rapid Acesta este constituit din urmatoarele elemente componente
bull sistem admisie apa in cuva - are rolul echirepartitiei debitului catre cuvele de filtre
bull stratul filtrant peste care exista un strat de apa
bull drenaj cu rolul de a sustine stratul filtrant si de a transforma bulele mari in bule fine in procesul de spalare inversa
bull sistem de mentinere a nivelului apei in filtru (pentru filtrele cu functionare in sistem nivel constant si debit variabil)
bull statie de pompare apa de la spalare filtre si statie de suflante
bull instalatii hidraulice grupate in galeria tehnologica cu rolul de a asigura toate utilitatile necesare functionarii corecte a procesului (conducte si vane apa filtrata apa spalare aer spalare preaplin golire etc)
bull rezervor de apa filtrata amplasat de obicei sub toata statia sau in anumite cazuri numai sub galeria tehnologica
Procesul consta in doua etape
bull filtrarea apei parcurgand in sens descendent stratul de nisip si drenajul
bull spalarea filtrului in sens ascendent in doua faze distincte
o faza 1 (durata Ti=5-10 min)
o faza 2 - limpezire (durata Ti=10-15 min)
51
in ultimii 30-40 de ani in lume a existat o preocupare constants pentru perfectionarea procesului in sensul obtinerii performantei in calitatea apei filtrate (turbiditatea sa se incadreze in domeniulOl - 10 NTU)
Mecanismele de retinere in filtrele rapide se pot sintetiza ca in schema urmatoare
3101 Mediul filtrant
Calitatile materialului filtrant sunt urmatoarele
bull domeniul de granulozitate dg = 085 - 2 mm
bull coeficientul de neuniformitate u=d6odio lt 15
bull fractiunile inferioare diametrului 085 mm si superioare dmax 2 mm inferioare procentual la 10 in greutate
bull diametrul efectiv def = dio = 09-1 mm
bull sa realizeze un numar de goluri (porozitate) mare (pgt40)
bull forma granulelor apropiata de sfera pentru obtinerea unui grad de acoperire ridicat
bull continut de roci cuartoase recomandabil peste 95
bull sa aiba duritate (gt 7 in scara Mohs) pentru a nu se sfarama la spalare
Calitatea materialului filtrant influenteaza viteza de filtrare O serie de studii au indicat domeniul optim de granulozitate al nisipului de filtru conform figurii 328
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 52
3102 Calitatea influentului fn corelatie cu materialul filtrant
Pentru realizarea unei retineri eficiente a suspensiilor se impune ca in influentul filtrelor acestea sa fie floculate Aceasta se caracterizeaza prin coeficientul de coeziune al suspensiilor floculate (namol retinut) aceasta caracterizeaza capacitatea de rezistenta la forfecare si depinde de doza de floculant si natura (minerala sau organica a suspensiilor)
Procesul de optimizare a filtrarii rapide a apei ia in considerate principiul un filtru va functiona optim cand va produce cea mai mare cantitate de apa intre doua spalari succesive aceasta se va realiza cand timpul in care se atinge pierderea de sarcina limita este egal cu timpul in care se calitatea apei filtrate se inrautateste la limita maxim acceptabila (Ti = T2) sau penetrarea impuritatilor in interiorul masei filtrante se va efectua cu aceeasi viteza cu care creste pierderea de sarcina Expresiile celor doua perioade au fost determinate de cercetatorii Richard si Croce-Spinelli
Tx = a bull σ - 0 9 5 bull k-075bull def-045bull h0
n95bull v -185 (316)
T l = b bull σ-075 k - 0 7 5 bull dlef
1 5 Δhr05 bull vF
-065 (317)
In care Ti - perioada in care turbiditatea apei filtrate atinge valoarea limita (1 NTU)
T2 - perioada in care se atinge pierderea de sarcina limita (15 - 18 m)
a b - coeficienti empirici (experimentali)
hn - grosime strat nisip
Δhr- viteza de crestere a pierderii de sarcina
INSPECTIA SANITARA SI MOMTORIZAREA CALITATII APEI
VF - viteza de filtrare
k - coeficient de coeziune al namolului
a - depozitul specific (volumul de suspensii raportat la volumul de material filtrant)
Se constata ca fiecare filtru poate conduce la un ciclu optim functie de calitatea nisipului grosimea stratului calitatea flocularii suspensiilor din apa influenta si viteza de filtrare
3103 Variatia pierderii de sarcina
Urmarirea pierderii de sarcina este importanta pentru ca poate pune in evidenta functionarea filtrului Operarea optima a unui filtru se realizeaza prin urmarirea in timp a variatiei pierderii de sarcina si turbiditatii Masurile pentru realizarea acestui optim sunt
53
bull reducerea vitezei - cele mai performante filtre lucreaza cu viteze de filtrare variabile astfel incat colmatarea stratului sa se realizeze fara socuri
bull adaugarea unui polimer (doze 01 - 02 mgl) in influent pentru a mari rezistenta particulelor floculate
bull imbunatatirea calitatii nisipului
Presiune (m col H20)
Figura 329 Estimarea pierderii de sarcina Tn
stratul filtrant
3104 Spalarea filtrelor
Se realizeaza in contra curent de apa si aer comprimat Elementele tehnice care intervin esential in obtinerea performantelor spalarii sunt
bull calitate drenaj - din punct de vedere al uniformitatii debitelor de apa si aer
bull colectarea uniforma a apei de la spalare
bull metoda de spalare care sa asigure eliminarea totala a suspensiilor retinute in strat cu resurse minime
bull drenaj de mare rezistenta hidraulica (cu placi cu crepine)
Se bazeaza pe principiul introducerii unei rezistente hidraulice de 15 - 20 cm coloana de apa (reducerea brusca de sectiune la intrarea apei in tija crepinei) care asigura uniformizarea intensitatilor de spalare pe suprafata cuvei (abateri de plusmn 3-5) In figura 330 se prezinta schema drenajului cu placi cu crepine
Se pun conditii severe din punct de vedere constructiv pentru realizarea drenajului
bull asigurarea etansarii perfecte
bull asigurarea cotei exacte si unice pentru pozitia orificiilor de aer
bull rezistenta cosurilor crepinelor
bull asigurarea formarii unui nivel de separatie apa - aer uniform si constant pe toata suprafata cuvei
Cele mai performante filtre din punct de vedere al spalarii sunt filtrele cu baleiaj la spalare (figura 331)
INSPECTIA SANITARA SI MOMTORIZAREA CALITATII APEI
55
55
in perioada de spalare a filtrului nivelul in cuva se afla la cota NS jgheaburile J nu mai deverseaza si prin orificiile de la baza jgheaburilor se creeaza un curent de baleiaj (1-2 dm3sm2) cu apa decantata care impinge suspensiile spre jgheabul de colectare Se reduc astfel timpii de spalare (cu 50) si intensitatile si volumele de apa de spalare
Prin curgerea ascendenta a aerului masa de nisip vibreaza si peliculele de namol se desprind de granule Curentul ascendent de apa le antreneaza Spalarea numai cu aer induce vibrarea masei de nisip si depunerea namolului in zona inferioara a stratului De aceea este contraindicata spalarea numai cu aer in faza 1
In general echipamentele pentru asigurarea debitelor apa de spalare se adopta un utilaj (pompa) in faza 1 si inca o pompa de acelasi tip pentru faza a Il-a
3105 Asigurarea repartitiei uniforme a influentului
Pentru asigurarea repartitiei uniforme a apei decantate se utilizeaza diverse sisteme Cel mai performant este sistemul cu deversori neinecati conform cu schema din figura 332
3106 Sistemele hidraulice
Sistemele hidraulice asigura deservirea statiei de filtre atat in procesul de filtrare cat si in procesul de spalare Acestea se vor dimensiona conform vitezelor economice prezentate in tabelul urmator
3107 Reglajului debitului si nivelului de apa in cuva
Pentru filtrele care functioneaza cu nivel constant si debit variabil este foarte important ca nivelul apei in filtru se fie mentinut pseudo-constant Aceasta se asigura cu diverse sisteme de plutitori (regulator de nivel amonte) care comanda vana de pe conducta de apa filtrata sau cu sisteme electronice si hidraulice conform figurii 333
Figura 333 Sistem de reglare electronic al nivelului apei Tn filtru
Legends 1 Strat filtrant 2 Vana apa filtrata 3 Parghie comanda vana 4 Electrovana de comanda 5 Regulator electronic 6 Senzor de presiune pentru nivel filtru 7 Senzor de presiune sub planseu 8 Potentiometru 9 Indicator de
colmatare 10 Alimentare cu fluid de comanda
313 Afin area apei
Procesul de afmare a apei este constituit din combinatia intre procesul de post-oxidare cu ozon a apei filtrate urmat de adsorbtie pe carbune activ granular
3131 Post-oxidarea cu ozon
Ozonul (O3) se obtine din aer sau oxigen supus la descarcari electrice printr-un dielectric In figura 334 se prezinta un element dintr-un ozonor
figura 334 Element tubular de ozonor
1 - Intrare gaz vector (aeroxigen) 2 3 - Electrozi 4 - Dielectric 5 - Spatiu de descarcare electrica 6 - Gaz vector +
ozon 7 - Apa racire
Diferentele de potential la care se lucreaza sunt cuprinse intre 6000 - 18000 V functie de natura si grosimea dielectricului marimea spatiului de descarcare si presiunea absoluta de functionare
Concentratiile de ozon in gazul vector obisnuite sunt
bull 10-40gm - in cazul utilizarii aerului
bull 10-140 gm3 - in cazul utilizarii oxigenului
Pentru a realiza concentratii optime si stabilitatea procesului se cere punct de roua -60degC -80degC
Energia specifics pentru productia de ozon
bull 13-18 kWhkg O3 - produs din aer
bull 8-10 kWhkg O3 - produs din oxigen
Actiunea O3 asupra apelor de consum se poate sintetiza
bull imbunatatirea calitatilor organoleptice (gust miros culoare)
bull activitate bactericide si virulicida
bull oxidarea materiilor organice
bull oxidare micro-poluanti
bull imbunatatirea biodegradabilitatii in amonte de CAG
3132 Adsorbtie pe carbune activ granular (CAG)
Carbunele activ se poate obtine din carbuni minieri sau din coaja de nuca de cocos Majoritatea carbunilor minieri pot fi convertiti in carbune activ insa proprietatile carbunelui activ depind esential de calitatea initiala a carbunilor in special in ceea ce priveste duritatea acestora in acest sens se utilizeaza adesea coaja nucilor de cocos pentru fabricarea carbunelui activ
Exista o multitudine de procese de fabricare a carbunelui activ insa eel mai dezvoltat este piroliza urmata de activarea cu gaze de oxidare Piroliza (carbonizarea) presupune incalzirea materialului la temperaturi intre 600 si 900 degC in absenta aerului Pentru obtinerea unei porozitati ridicate se pot utiliza adaosuri de cloruri metalice (de exemplu ZnCl) Piroliza poate reprezenta unicul pas de activare in cazul in care se doreste obtinerea unui material cu 0 porozitate ridicata
A doua etapa este cea de oxidare care se realizeaza de obicei cu abur sau uneori cu aer Temperaturile sunt uzuale in gama de 600 - 900 degC Pe parcursul acestei etape se realizeaza 0 erodare a suprafetei interne a carbunelui si dezvoltarea unei retele extensive de micropori care cresc capacitatea de adsorbtie
58
Printre proprietatile principale ale carbunelui activ se enumera continutul de cenusa umiditatea densitatea marimea particulelor duritatea volumul si distributia dupa marime a porilor suprafata interna
31321 Continutul in cenusa
Continutul in cenusa este reprezentat de reziduul obtinut prin calcinarea la temperatura de 954 degC timp de 3 ore in aer Uzual continutul de cenusa variaza intre 3 si 10 Pentru reducerea cantitatii de cenusa se poate utiliza spalarea cu acid
31322 Umiditatea
Umiditatea se determina prin uscarea in cuptor timp de 3 ore a unei cantitati de 5 sau 10 g de carbune activ la temperatura 150 degC Se determina greutatea inainte si dupa uscare si racire in exicator Umiditatea in vrac a carbunelui activ este recomandabil sa fie limitata la maxim 5
31323 Densitatea
Sunt mai multe tipuri de densitati printre care se mentioneaza densitatea in vrac densitatea aparenta densitatea particulei si densitatea reala Densitatea in vrac sau densitatea aparenta reprezinta greutatea carbunelui activ uscat raportata la volumul pe care acesta il ocupa Aceasta se determina prin umplerea unui cilindru cu volumul de 100 ml cu carbune prin cadere libera dintr-o masina vibratoare si cantarirea volumului respectiv Valorile uzuale sunt in gama 05 - 06 gml pentru carbune activ fabricat din carbune minier respectiv 024 - 030 mg1 pentru carbune activ fabricat din lemn
Densitatea particulei reprezinta densitatea unei particule singulare Volumul pe care se bazeaza include volumul porilor precum si volumul materialului Densitatea particulei se determina in mod uzual cu mercur la presiunea atmosferica (mercurul umple spatiile goale din particula de carbune activ dar nu umple porii) Valorile uzuale sunt in gama 074 - 080 gml
Densitatea reala sau densitatea scheletului este cea determinate numai pe materialul (carbunele) propriu-zis Pentru determinarea acesteia se utilizeaza uzual o metoda de inlocuire cu heliu (heliul intra practic in toti porii materialului) Valorile uzuale sunt in gama 21 - 22 gml
31324 Marimea particulelor
Aceasta se determina prin cernerea a 100 sau 200 g de carbune printr-un sistem de site mecanice timp de 10 minute dupa care se cantaresc retinerile pe fiecare sita in parte Carbunele activ pudra se incadreaza de obicei in domeniul 005 mm - 15 mm
31325 Friabilitatea
Capacitatea carbunelui activ de a rezista la abraziune este unul dintre parametrii cei mai importanti Procedura de determinare a friabilitatii carbunelui activ presupune determinarea granulozitatii acestora inainte si dupa testul propriu-zis care consta in concasarea succesiva a carbunelui intr-un recipient alaturi de bile de otel inoxidabil Valorile uzuale ale indicelui de friabilitate sunt 65 - 80 (practic 70 - 75) ceea ce atesta faptul ca materialul este foarte usor friabil si este necesar atentie la procedura de spalare
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATIIAPEI 59
31326 Volumul si distributia dupa marime a porilor
Volumul porilor reprezinta volumul total al porilor din particula de carbune activ granular raportat la greutate Valorile uzuale sunt de ordinul 08 - 12 mlg pentru carbune activ fabricat din carbuni minieri respectiv 22-25 mlg pentru carbune activ fabricat din lemn Volumul total al porilor poate fi determinat printr-un test de adsorbtie cu azot desfasurate astfel incat azotul condensat sa intre in totalitate in porii carbunelui
Carbunele activ confine o structura complexa de pori de forme si marimi diferite Porii au de obicei o geometrie neregulata si sunt interconectati Dimensiunile porilor sunt uzual intre 10 A si 100000 A (001 cm) Distributia dupa marime a porilor depinde de tipul de material utilizat si de metoda si de durata procesului de activare
31327 Suprafata internaSuprafata interna a materialelor poroase in general se determinS cu ecuatia BET stabilita de
Brunauer Emmett si Teller Ecuatia descrie formarea de strate multiple de gaz condensat care apar atunci cand un gaz adsorbabil (de exemplu azotul) este in contact cu materialul poros Intr-un astfel de test se utilizeaza azot la temperatura de fierbere si presiunea atmosferica (-196 degC sau 77 K)
Ecuatia BET (expresia 318) a fost derivata presupunand urmatoarelebull rata de condensare a moleculelor din primul strat este egala cu rata de evaporare a
moleculelor din zonele acoperite cu un singur strat de moleculebull caldura de adsorbtie peste primul strat este constants si egala cu caldura de lichefiere
qqm=b(PPS)(1-PPs)(1-PPS+bPPS) ( 3 1 8 )
In care Ps - presiunea de vaporizare la saturatie la temperatura utilizata in test uzual 1 atm
q - cantitatea de substanta adsorbita la presiunea P
qm - cantitatea de substanta adsorbita numai cand se constata acoperirea totala a suprafetei cu un strat monomolecular
b - constanta determinata experimental
In figura 336 se prezinta o relatie tipica intre marimea porilor si suprafata totala Suprafata cumulativa este data de insumarea suprafetelor tuturor porilor cu un diametru dat sau mai mare Se remarca faptul ca marea majoritate a suprafetei este atribuita porilor de mici dimensiuni
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI60
3133 Teste uzuale de adsorbtie
In practica se utilizeaza o serie intreaga de teste pentru a determina capacitatea de adsorbtie pentru diferite tipuri de carbune activ Printre acestea se mentioneaza
- Indicele Iod reprezinta cantitatea de iod in miligrame pe gram adsorbit de un carbune activ la echilibru cu o solutie I2-KI cu concentratia 002 N indicele iod indica suprafata totala a porilor cu diametru de 10 A sau mai mare valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 800 - 1000 mgg
Indicele Melasa reprezinta un indicator al puterii de decolorare a carbunelui activ granular in contact cu 0 solutie de melasa la fierbere indicele melasa este in stricta legatura cu suprafata totala a porilor cu diametrul mai mare de 28 A valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 200 - 300
- Indicele Albastru de Metilen reprezinta cantitatea de albastru de metilen adsorbita de 1 g de carbune activ la echilibru in contact cu o solutie cu concentratia 1 mg1 de albastru de metilen Albastrul de metilen are greutatea moleculara 320 si indica suprafata totala a porilor cu diametrul de 15 A
- Activitatea tetraclorurii de carbon tetraclorura de carbon CC14 este un compus molecular mic si poate intra in toti porii In acest test un curent de aer este saturat cu CCI4 la 0 degC si este trecut printr-un strat de carbune activ mentinut la 25 degC pana cand nu se mai detecteaza nici o schimbare in greutate Activitatea este greutatea CCI4 adsorbita pe unitatea de greutate de carbune activ exprimata procentual Valorile uzuale ale acestui indicator sunt in gama 60 -80
- Indicele butan este similar activitatii tetraclorurii de carbon valoarea acestuia este exprimata grame de butan adsorbite pe 100 ml carbune activ valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 7 - 8 g 100 ml carbune activ
- Indicele FINAD stabilit de cercetatorul C Gomella si reprezinta un produs al mai multor indici F - fenol I - iod N - indol A - antipirina D - detergent
316 Deferizarea si demanganizarea apei
Fierul (Fe) si manganul (Mn) sunt elemente care se gasesc frecvent in mediul subteran si in apa apar in concentratii pana la 10 mg1 (Fe) si 2 mg1 (Mn) Prezenta fierului si manganului in apele potabile pot genera urmatoarele probleme
bull produce gust metalic dezagreabil
bull coloreaza tesaturile si echipamentele sanitare
bull formeaza precipitate in conducte care favorizeaza dezvoltarea bacteriilor feruginoase (Chrenothrix) acestea modifica regimul hidraulic calitatea apei distribute si favorizeaza fenomenele de coroziune
3161 Echilibrul fierului si manganului in apa
Fierul si manganul sunt prezente dizolvate in solutiile apoase sub forma Fe2+si Mn2+ Concentratia in oxigen a apelor subterane care contin Fe si Mn este nula Din namolurile situate in
2+ ~
zona anaeroba din hipolimnion se elibereaza ioni de Fe2+ si Mnz+ in apele lacurilor In numeroase ape naturale se remarca prezenta Fe3+ asociata cu substantele humice Stabilitatea fierului si manganului in apa depinde de numeroase variabile
bull pH-ul apei
bull concentratia diferitelor elemente chimice
bull potentialul de oxido-reducere (Eh) al solutiei
In figura 341 se prezinta diagrama de stabilitate a formelor fierului in solutie in aceasta diagrama o curba (linie) reprezinta locul geometric pentru care concentratia celor doua substante este aceeasi De exemplu linia 1 reprezinta solutia pentru care O2 si H2O au aceeasi valoare Aria cuprinsa intre curbele 1 si 2 reprezinta aria de stabilitate a compusilor de Fe Chimia manganului este asemanatoare cu cea a Fe Astfel la pH si Eh reduse Fe si Mn sunt stabile in forme bivalente
Principiile care stau la baza ISA sunt urmatoarele
bull impartialitatea
bull independenta
bull transparenta
bull confidentialitatea
bull aplicarea unitara
Tipurile de control efectuat sunt tematic sistematic necesar la solicitare si pentru reverificare iar etapele de procedure constau in faza de pregatire faza de teren si etapa de finalizare Etapa de finalizare presupune intocmirea raportului de inspectie la fata locului sau dupa primirea analizelor de laborator si contine rezultatele investigatiilor de teren si de laborator neconformitatile constatate si recomandari de remediere - cu indicarea termenelor si responsabilitatilor
Inspectorii sanitari au puterea conferita de lege de a dispune suspendarea activitatii pana la adoptarea masurilor de remediere atunci cand conditiile de operare constituie un rise iminent pentru sanatatea publica precum si sa ordone incetarea activitatii in caz de opozitie la control sau refuz de a colabora cu organele de control sanitar
In sfarsit se poate lua masura de anulare a autorizatiei sanitare daca
bull nu sunt remediate deficientele constatate care ar putea avea un efect advers asupra sanatatii umane
bull functionarea are loc in conditii diferite de cele de la data obtinerii autorizatiei
bull nu sunt respectate obligatiile asumate prin declaratia pe proprie raspundere
bull in functionarea unei unitati sunt incalcate in mod repetat normele legale de igiena
Anularea sau retragerea avizului sanitar poate fi ceruta in caz de nerespectare a masurilor de conformare stabilite pentru proiectele referitoare la amplasarea constructia transformarea sau extinderea unitatilor economice sau sociale si culturale sau a oricarei unitati cu impact asupra sanatatii umane
Cadrul legal actual in domeniul apei potabile a suferit importante modificari in urma abrogarii obligatiei de a obtine autorizatia sanitara de functionare pentru activitati economice supuse inregistrarii la Registrul Comertului Multe prevederi au devenit astfel inaplicabile (pentru operatorii economici obligati sa se inregistreze in Registrul Comertului) deoarece se bazau pe conceptul de autorizatie sanitara inlocuita acum de obligatiile asumate in bloc prin declaratia pe proprie raspundere In acest context activitatilor de control le revine un rol foarte important in asigurarea conformarii cu cerintele legale iar colaborarea stransa cu compartimentul de supraveghere (monitorizare) are un rol esential in aplicarea legislatiei cat si pentru o buna realizare a obligatiilor profesionale
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 4
21 Circuitul apei in natura si formarea surselor de apa
Apa este o substanta aflata in cantitati relativ mari pe Pamant aparent circa 70 din suprafata Pamantului este acoperita de apa Cantitativ insa numai 1800 din volumul Pamantului o formeaza apa Dupa estimari pe Pamant exista 1384 milioane km3 apa din care
bull 97 apa in mari si oceane (apa puternic salinizata)
bull circa 18 (25 mil km3) gheata calotelor polare (groasa de pana la 2700 m si care daca s-ar topi ar conduce la cresterea nivelului marilor cu cca 80 m)
bull circa 84 mil km3 apa subterana
bull circa 02 mil km3 lacuri rauri
bull circa 600 km3 biosfera
Sub influenta energiei primite de la Soare si atractiei gravitationale apa se afla intr-un circuit permanent - circuitul (ciclul) hidrologic mondial (figura 21)
Energia calorica primita de Pamant serveste in cea mai mare parte pentru evaporarea apei (cca 360 000 km3an) Vaporii de apa condenseaza si cad sub forma de precipitatii (solide lichide) pe suprafata marilor si oceanelor in cea mai mare parte dar impinsi spre uscat ajung si deasupra acestuia
Precipitatiile spala atmosfera si dizolva un procent important de dioxid de carbon (CO2) care spala rocile peste care trece si dizolva substantele solubile Prin scurgere superficiala si subterana apele ce formeaza curenti si cursuri de apa ajung inapoi in mare In acest circuit apa transports si substantele evacuate voit sau nu ca rezultat al activitatii omenesti Apa se evapora din nou (numai apa - substantele dizolvate nu) refacand ciclul Substantele dizolvate ajunse in mare sau lacuri inchise se concentreaza ajungand la valori ridicate (in medie 35 g1)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 5
5
Circuitul dureaza circa 9 zile pentru apa lichida si poate dura mii de ani pentru apa care devine gheata respectiv zeci de mii de ani pentru apa subterana
Omul are nevoie de apa pentru mai multe folosinte
bull apa biologic necesara normal circa 2 1zi aceasta apa se consuma si se elimina prin transpiratie sau prin traectul digestiv apa eliminata prin transpiratie regleaza temperatura corpului
bull apa pentru prepararea hranei
bull apa pentru igiena personala
bull apa pentru igiena locuintei si spatiului de locuit
bull apa pentru combaterea incendiului
bull apa pentru realizarea produselor industriale
bull apa pentru obtinerea unor recolte mari in agricultural deci si dezvoltarea zootehniei etc
Cantitatile de apa necesare pentru asigurarea acestor nevoi sunt foarte mari de la circa 100 (m3an persoana) in tarile in curs de dezvoltare pana la circa (2000 m3an persoana) in tari puternic dezvoltate si cu resurse de apa
Aceste cantitati se obtin prin preluarea lor din ciclul apei in natura Locurile de unde sunt preluate se numesc surse de apa
Se disting doua tipuri de surse de apa
bull apa de suprafata
o apa din mari si oceane
o apa din lacuri naturale
o apa din rauri si lacuri artificiale
bull apa subterana
o apa din izvoare
o apa din straturile freatice puternic influentate de precipitatii (3 - 50 m)
o apa din straturile de adancime pana la 50 - 500 m sub pamant
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
Figura 22 Formarea surselor de apa
6
In particular referitor la acest flux general de apa Romania este o tare relativ saraca in apa
Cantitatea de apa medie anuala ce revine unui locuitor (din precipitatii) este de circa 1700 m3
(fata de o medie europeana de circa 100000 m3locuitoran de tara cea mai saraca - Egipt - 90
m3 locuitoran si fata de o medie mondiala de 6000 - 8000 m3 locuitoran) Stocul intern de
apa (cantitatea totala de apa cazuta intr-un an mediu pe suprafata tarii) este de circa 38 km3
locuitoran la care se mai adauga o cota parte din stocul Dunarii (circa 200 km3locuitoran)
In aceste conditii si la nivelul de dezvoltare industrials si agricola la care Romania a ajuns fara a putea spune ca apa este folosita in modul eel mai rational se utilizeaza deja circa 20 km3locuitoran (inclusiv pentru agriculture) In acest ciclu hidrologic apa mai asigura
bull reglarea temperaturii pe Pamant
bull dezvoltarea vegetatiei avand drept consecinta productia de oxigen prin fotosinteza si productia de masa organica (hrana combustibil)
bull producerea de energie hidraulica (cea mai importanta sursa de energie)
bull transporturile pe apa pe cai maritime sau de uscat (naturale sau artificiale)
bull uniformizarea poluarii pe Pamant
22 Surse subterane
Captarea surselor subterane se poate realiza cu
bull puturi sapate - sisteme de alimentare cu apa cu capacitati relativ reduse
bull fronturi de captare cu puturi forate
bull drenuri
In cele ce urmeaza se va face o descriere a principalelor elemente constitutive ale fiecarui sistem in parte pentru captarea apei subterane
221 Puturi sapate
Sunt constructii din beton slab armat cu sectiune de obicei circulars avand diametral de 1 -3 m executate in cheson Se utilizeaza pentru captari de mai mica importanta si pentru un numar de puturi relativ mic deoarece executia lor este destul de complicata si uneori nesigura Sunt recomandate in straturi acvifere la adancime mica (lt 10 m) cu permeabilitate ridicata
In tronsoanele de cheson care vor sta in apa se lasa goluri de 25 x 31 cm in care se amplaseaza ulterior barbacane prefabricate (elemente de beton cu slituri orizontale de circa 1 - 2
cm latime) Pe timpul lansarii golurile sunt acoperite la interior cu panouri de lemn pentru a evita intrarea nisipului si a reduce cantitatea de apa care intra in put Dupa ajungerea putului la cota si turnarea saltelei de inchidere de circa 50 cm grosime (in unele cazuri poate lipsi - daca stratul este format din argila) barbacanele se pot debloca Deblocarea se face manual dupa un epuisment prealabil si trebuie avut grija sa se faca deblocarea tuturor barbacanelor In caz contrar poate scadea mult suprafata de intrare in put si deci pot apare afuieri ca urmare a cresterii locale a vitezei de intrare a apei in barbacanele libere
Putul se inchide deasupra cu o placa de beton armat cu grosimea de 10 - 12 cm asezata la 50 cm peste nivelul apei in zone inundabile sau 50 cm peste nivelul terenului
Umplutura se incepe cu un strat de argila de circa 30 cm - care are rolul de a devia apa din precipitatii astfel incat infiltratia sa se faca prin stratul natural netulburat - si se termina cu o suprafata taluzata inierbata
Accesul in put se face printr-o deschidere protejata cu capac metalic In put se prevad trepte de acces din otel beton (020) prinse in perete - cu pasul de 030 m
Treptele se termina pe un podest din beton armat amplasat deasupra nivelului maxim al apei din put podest pe care se afia vana de inchidere a conductei pentru captarea apei din put
Putul este ventilat cu ajutorul unui cos din tabla sau teava de otel cu inaltimea de 80 - 180 cm asigurat cu casca de protectie contra precipitatiilor si sita de cupru (ochiuri de 1 mm) contra insectelor mici
Instalatia hidraulica se compune din sorb conducts de sifonare si vana etansa in cazul in care apa din puturi se capteaza cu un sistem central de sifonare pompa submersibila conducta de
INSPECTIA SANITARA SIMONITORIZAREA CALITATII APEI
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
8
8
refulare clapet de retinere vana de reglaj in cazul in care puturile sunt echipate cu pompe individuale speciale de tip submersibil
In unele cazuri putul poate fi echipat si cu pompe cu ax orizontal asezate peste nivelul apei pe o placa de beton armat In acest caz trebuie sa fie luate masuri de siguranta contra deteriorarii pompelor din cauza umezelii pentru amorsarea acestora precum si in vederea evitarii accidentarii personalului care manipuleaza aceste pompe
In instalatia hidraulica a putului se va monta intotdeauna si un debitmetru sau contor de apa (controland periodic debitul se poate vedea cum functioneaza putul) Contorul trebuie montat inainte de vana de reglaj pentru a putea fi scos din circuit prin izolarea putului respectiv fara a afecta functionarea celorlalte puturi ale captarii Totodata sunt necesare amenajari sau dispozitive pentru masurarea nivelului apei in scopul asigurarii functionarii putului cu o denivelare mai mica decat denivelarea maxima calculate sau stabilite la proba finala de receptie a putului
222 Puturi forate
Avand un domeniu de aplicatie mult mai larg (teoretic se pot face puturi forate in orice conditii) si beneficiind de o tehnica de lucru mult mai bine pusa la punct (prin preluarea din tehnica forajului pentru titei) precum si de utilaje astazi foarte perfectionate puturile forate au fost folosite la cele mai multe din captarile de apa subterana executate in tara
Puturile de mica adancime (20 - 30 m) au fost executate cu instalatii manuale procedeul uscat iar cele de adancime mai mare (in general nu s-au depasit 300 m pentru a nu capata o apa prea calda - peste 25degC) prin foraj hidraulic rotativ - procedeul direct Abia in ultimii ani s-a folosit si procedeul cu circulatie inversa folosind ca element de antrenare apa sau aerul (sistemul aer-lift)
Elementele componente ale unui put forat sunt urmatoarele
bull Cabina putului (camin din beton beton armat zidarie) care adaposteste instalatia hidraulica si uneori si instalatia electrica de forte si permite executarea de lucrari de remediere si intretinere a putului Atunci cand se gaseste total sau partial sub nivelul apei subterane se execute cu izolatie hidrofuga (figura 24)
bull Coloana definitivd este o coloana plina (burlan de foraj) de protectie a gaurii de foraj pe zona straturilor uscate sau a caror apa nu se capteaza
bull Coloana filtrantd este elemental eel mai important in functionarea putului Are rolul de a sustine peretele rocii stratului acvifer si de a lasa apa din strat sa intre in put O coloana de filtru buna trebuie deci sa indeplineasca simultan urmatoarele conditii (1) sa permite amplasarea elementului de captare a apei (2) sa aiba rezistenta mecanica suficient de mare pentru a nu se deforma la solicitarea din impingerea stratului subteran (3) sa aiba o suprafata activa libera cat mai mare (procentul de goluri notat cu n cu valori de 5 - 30 este un parametru caracteristic al coloanei) si rezistenta hidraulica mica la trecerea apei prin perete (4) sa reziste la agresivitatea apei sisau solului in care se amplaseaza pentru a nu fi distrusa sau colmatata (5) sa permite o buna deznisipare a putului atat la punerea in functiune cat si in timpul exploatarii (6) sa aiba un cost redus (7) sa se poata executa usor - pe cale industrials Ca material coloana se poate executa din otel (tub sau tabla roluita) protejat contra coroziunii fonta (tub gaurit sau foaie roluita cu slituri) sticla portelan materiale ceramice etc Cea mai utilizate este solutia cu coroana de pietris margaritar Dificultatea consta in modul de executie al acestuia In cazul in care este suficient un singur strat acesta se executa prin turnare de sus Daca materialul are granule cu marimi diferite se produce o sedimentare in aer si apa obtinandu-se un strat neuniform Pietrisul se poate introduce si prin circulatie de noroi - procedeu aplicat la noi cu rezultate bune (in noroiul care spala gaura de detritus se introduce pietrisul care este transportat in amplasament
ramanand intre peretele forajului si coloana de filtru se evita astfel sedimentarea materialului neuniform) In cazul in care sunt necesare mai multe straturi acestea se pot executa folosind numai turnarea de sus cu ajutorul unor coloane auxiliare (au fost executate puturi cu 3 straturi comportarea lor in exploatare fund foarte buna) Alegerea granulatiei se face dupa reguli cunoscute Pentru usurinta se poate aplica regula multiplicarii cu 4 a marimii medii a granulelor straturilor vecine (ca la filtrul invers) ultimul strat langa coloana de filtru avand granule mai mari decat golurile din coloana
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 10
Ventilatie
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
bull piesa de fund decantorul este o prelungire a coloanei de filtru cu o lungime de 2 - 5 m are rolul de a permite nisipului - care este antrenat de apa din strat normal sau accidental in timpul functionarii putului - sa se decanteze Periodic aceasta poate fi scos cu o lingura specials sau prin pompare
bull instalatia hidraulica este alcatuita in mod similar cu cea de la putul sapat Pentru a se asigura o colectare relativ uniforma a apei prin toata coloana de filtru este bine ca elemental de captare a apei din put (capatal liber al conductei de sifonare pompa submeribila) sa fie amplasat in jumatatea de jos a coloanei de filtru intr-o portiune a acesteia fara orificii (de cca 2 m) Uneori poate fi amplasat si la partea de sus a decantorului - atanci cand coloana de filtru a putului are o lungime mica Piesa care face trecerea de la conducta verticals la cea orizontala si care se mai numeste si casca putului este demontabila pentru a putea fi scoasa la deznisipare sau alte operatiuni de intretinere a putului
In cazul in care puturile vor fi echipate cu pompe individuale este obligatoriu ca pe conducta de refulare din put inainte de vanS sa se prevada un clapet de retinere Aceasta are rolul de a nu lasa apa din colector sa intre in put in cazul in care dintr-un motiv oarecare pompa nu mai functioneazS In orice caz dupS orice oprire pompele vor fi repornite (dupa regulile de pornire stabilite ale unei pompe centrifuge) altfel existand riscul innisipSrii si deteriorSrii putului intrucat din cauza coloanei de apa cu inSltime micS pompa tinde sa absoarba brusc un debit mare de apa (deci viteza de intrare in coloana putului poate depasi viteza admisibila)
223 Sistemul de colectare prin pompare
La debite mici si adancimi ale apei peste 20 m se folosesc pompe submersibile (pompa si motorul sunt executate monobloc si introduse in put fiind sustinute de conducta de refulare) iar
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
1
1
pentru debite mari si la adancimi sub 20 m se folosesc pompe cu ax vertical cu motorul in mediu uscat (amplasat in cabina supraterana) si pompa cufundata in apa In ultimul caz transmiterea cuplului motor se face prin intermediul unui arbore amplasat in axul conductei de refulare Linia piezometrica la sistemul de colectare cu pompe este aratata in figura 26 pentru doua situatii cu pomparea direct din put intr-un rezervor de inmagazinare respectiv cu pozarea unei statii de pompare intermediare prevazuta cu pompe cu ax orizontal Cea de-a doua varianta conduce la economii de energie
In cazul echiparii cu pompe este esential ca (1) debitul pompei sa fie eel mult egal cu debitul maxim al putului (2) pompele sa functioneze in regim constant in timp (3) dupa oprirea pompelor reporairea sa se faca manual cu respectarea regulilor generale si deschiderea vanei de refulare sa nu permita preluarea unui debit mai mare decat debitului putului
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 1
224 Captari cu dren
Drenul este un element constructiv permeabil orizontal nevizitabil (dren propriu-zis) sau vizitabil (galerie) care asezat in calea curentului subteran de apa il capteazS si conduce apa captata spre unui din capete la un put colector Prin urmare drenul indeplineste un rolul dublu
bull captarea apei din strat
bull transportul acesteia la putul colector Elementele
principale ale drenului sunt date in figura 27
Figura 27 Elementele captarii cu dren de coasta a - plan b - profil longitudinal prin dren c -
sectiune transversala tip d - detaliu de tub pentru dren
Pe o directie aproximativ perpendiculars pe directia de curgere a curentului de apa subteranS se sapa un sant de lStime convenabilS - sapSturS taluzatS in cazul in care debitul stratului este mai mic iar stratul este format din material grosier (pietris nisip mare) sau sapStura sub protectia a doi pereti de palplanse din lemn metal sau beton armat (mai rar) infipte in prealabil panS la stratul de bazS dacS stratul acvifer este puternic (bogat) iar materialul din strat confine in cantitate mare fractiuni fine SApStura se executS panS la stratul de bazS cand drenul perfect se aseazS chiar pe strat sau nu cand drenul se aseaza deasupra stratului de baza (dren imperfect) el captand numai o parte din apa stratului
Daca drenul este amplasat la baza unui strat acvifer a carei panta piezometrica in regim natural este mai mare de 001 drenul se numeste dren de coasta si se considers ca primeste apa dintr-o singurS parte iar dacS drenul este amplasat in strat acvifer cu panta piezometrica mai mica (ilt00l) drenul se numeste dren in bazin si se considers cS primeste apa din ambele pSrti
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 1
Dupa nivelarea fundului sapampturii (executatS cu panta de minim lo data in proiect) se monteazS tuburile de drenaj de obicei din beton dar pot fi si de argila arsa zidarie de piatrS azbociment bazalt etc
Daca se considers necesar se executa in prealabil un strat de beton de egalizare (de cca 10 - 20 cm) Tuburile se aseaza cap la cap (preferabila folosirea tuburilor cu talpS) fScand sau nu etansarea capetelor La circa 50 m distanta se lasa loc pentru executarea caminelor de vizitare care au radierul cu circa 50 cm mai coborat decat cota radierului tubului pentru a asigura un mic volum de depozitare a nisipului (antrenat eventual de apa) Diametrele tuburilor cresc spre putul colector schimbarea de diametre se face obligatoriu in dreptul unui cSmin intre 2 cSmine traseul drenului trebuie sa fie rectiliniu dar pe ansamblu drenul poate fi format dintr-o serie de aliniamente care se intersecteaza sub diferite unghiuri (mai mari de 90deg) Tubul de drenaj are orificii in jumStatea superioara orificiile sunt conice cu dimensiunea mai mica la exterior pentru a permite materialului granular care a intrat in orificii sa cada in dren Jumatatea de jos a drenului serveste pentru transporrul apei
In jurul tubului-dren se prevede un filtru invers din straturi de minim 10 cm grosime Straturile au marimea granulelor stabilitS ca la un filtru invers Un filtru invers este o succesiune de straturi din material granular asezate astfel incat granulele unui strat sa nu treaca prin golurile stratului urmator in sensul in care circulS apa Pentru a avea indeplinitS aceasta conditie este suficient ca raportul intre diametrele medii a doua straturi adiacente sa fie maxim 4 -5
Peste straturile filtrului invers se face umplutura din material local bine compactat daca este cazul extragand si palplansele o data cu avansarea umpluturii acestea se pot scoate si ulterior folosind insa un utilaj mai puternic si avand grijS sa nu se deterioreze stratul interior de material
La circa 50 cm deasupra nivelului stratului de apa se executa cu una sau doua pante o saltea de argila de circa 30 cm grosime Rolul sau este de a devia apele din precipitatii ce tind sa se infiltreze spre dren direct prin zona de umplutura care este mai prealabila Se continua umplutura peste saltea se compacteazS si se lasa cu bombament pentru ca la o eventualS tasare in timp sa nu ramana un sant superficial in care sa bSlteascS apa Se amenajeaza caminele cu umplutura de 50 cm peste nivelul apei de inundatie la asigurarea de 1 se executa putul colector si se echipeazS cu o stavilS de perete si un deversor triunghiular la debusarea drenului in cazul drenurilor lungi putul colector se aseaza la jumatatea frontului obtinand un dren cu doua ramuri care pot fi sau nu simetrice dupa particularitStile drenului Putul colector poate servi numai ca bazin de aspiratie pentru pompe (inaltimea stratului de apa de circa 10 - 120 peste sorb) cat si ca statie de pompare in care caz partea de deasupra se amenajeaza corespunzator
Daca apa captata contine substante care precipita usor in contact cu aerul (saruri de fier mangan) si se depun pe peretii drenului riscand sa-1 colmateze in timp atunci drenul se executa vizitabil Pentru a permite circulatia personalului de intretinere se executa si o mica pasarela in lungul drenului La drenuri ce capteazS apa potabila vor fi luate masuri de protectie sanitara
226 Tratarea apei din surse subterane
Calitatea apei subterane este influentatS de urmStorii parametri
bull nature mineralogies si geologicS a subsolului terenului in care se formeaza (sau curge)
bull calitatea apelor infiltrate de la suprafata terenului (numai pentru strate freatice)
In functie de influenta pe care apele meteorice o au asupra calitatii apei subterane straturile acvifere se clasifica in
bull strate freatice cantonate la adancimi mici sub suprafata terenului calitatea apei este influentatS direct de infiltratiile de la suprafata terenului sau exfiltratii din sisteme pozate subteran (retele canalizare fose conducte de petrol si gaze)
bull strate captive situate la adancimi de la 50 m la 150 - 200 m in subsolul terenului calitatea apei este putin (deloc) influentatS de apele infiltrate de la suprafatS
Acumularea si circulatia apei intr-un strat determina preluarea caracteristicilor rocilor stratului Se stabileste un echilibra intre caracteristicile apei si compozitia terenului in care este stocatS (sau curge) Rocile compacte cu fisuri sau caverne dau apei continut de gaz carbonic carbonati CO2 Principalele caracteristici ale apelor subterane se pot sintetiza
bull temperature - relativ constants ~ 10 -12degC
bull turbiditatea (MTS) - redusanula
bull culoare - data de materiile in solutie (acizi humici)
bull mineralizare - constants superioara apelor de suprafata
bull Fe Mn (bivalenti) - in general prezenti
bull CO2 agresiv - adesea prezent
bull O2 dizolvat - redusabsent
bull H2S - prezent in special in apele de adancime de carst
bull NH4 - prezent frecvent fara indice poluare
bull NO3 - continut ridicat pentru stratele freatice
bull Micropoluanti - in general absenti poluarile accidentale
bull Elemente vii - frecvent ferobacterii
bull Caracter eutrof-nul
Din punct de vedere al incarcarii s-a propus clasificarea surselor subterane in doua categorii
bull Surse cu incarcare redusa s-a luat in considerate existenta Fe2+ si Mn2+ in apa subterana in cantitati reduse dar care depasesc limitele impuse de Legea 4582002
bull Surse subterane incarcate in acceptiunea incdrcat se intelege depasirea continutului de Fe (pana la 50 ori) Mn (pana la 20 ori) azotati azotiti si H2S
In tabelul 21 se indica principalele caracteristici
Tabelul 21 Caracteristici principale surse subterane Denumire parametru Caracteristici apa
brutaFrecventa de depasire a prevederilor Legii 4582002 ()
Caracteristici necesare apa tratata
Tncarcare redusa
sursa incarcata
Tncarcare redusa
sursa incarcat
a
Directiva 9883EC
Legea 4582002
Fier total (mgl) 02-20 30-100 20 50 02 02Mangan (mgl) 005-05 08-10 20 50 005 005Azotati (mgl) lt50 80-120 - 80 50 50Azotiti (mgl) lt05 20 - 50 - 80 05 05Amoniu (mgl) lt05 10-20 - 50 05 05Hidrogen sulfurat (mgl) lt01 13-20 - 50 - 01
in situatia in care se utilizeaza 0 sursa subterana cu incarcare redusa potabilizarea apei se poate realiza printr-o schema indicata de figura urmatoare
Figura 28 Schema de tratare a apei din sursa subterana cu Tncarcare redusa Notatii Aerare - Bazin de contact pentru oxidare fier si mangan FRN - filtrare rapida pe strat de nisip pentru
retinere fier si mangan oxidat DZF - Dezinfectie cu clor
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
Schemele de potabilizare pentru surse incarcate sunt complexe asa cum rezulta din figura 29 Sunt necesare
bull procese de oxidare in sistemul multi - bariera (pre-oxidare si post-oxidare)
bull procese performante de oxidare sedimentare in stadiul I si II
bull procese de afinare
In astfel de situatii solutiile se stabilesc prin analiza mai multor variante de surse functie de consumatorii afectati o sursa mai departata (zeci de km) poate deveni avantajoasa vis-a-vis de costurile implicate in tratare
1
Figura 29 Schema de tratare apa din sursa subterana foarte
Incarcata INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
1
24 Captari din rauri
241 Captari Tn albie
2411 Captarea cu sorb
Se recomanda pentru captari provizorii mobile sau sezoniere Consta intr-un sorb amplasat convenabil in apa si stabilizat pentru protectie contra plutitorilor mari In figura 210 este schitata o captare fixa cu sorb
Sorbul este o confectie metalicS specials inchisa la un capat legata cu flanse la conducta de aspiratie cu celalalt capat si prevampzutS cu orificii pe suprafata laterals (cu dimensiuni suficient de mici pentru a nu intra plutitorii sau suspensiile mari) Pentru a avea viteze mici de intrare diametral sorbului este de 15 ori mai mare decat diametral conductei de aspiratie Pentru a nu aspira plutitori care sa-1 infunde sau a nu fi blocat in gheatS (hg = 03 - 04 m) si pentru ca gheata care se sparge in bucati la o viiturS de primavarS sa nu blocheze sorbul si sa-1 distrugS acesta trebuie sa fie asezat la minimum 05 m sub nivelul minim al raului la asigurarea normatS Pentru a capta aluviuni cat mai putine si de dimensiuni mai mici sorbul trebuie asezat la minimum 05 m peste fundul albiei Rezulta cS sorbul se poate prevedea in conditii normale in ape a caror adancime depSaeste 120 m (considerand ca sorbul are un diametra de minim 200 mm la un debit relativ mic)
Tot in scopul reducerii cantitatii de aluviuni antrenate sorbul se aseaza cu ajutorul unui cot in sensul de curgere al apei astfel incat apa sa intre in sorb prin intoarcere Sorbul se stabilizeaza in albie cu ajutorul unor piloti din lemn cu diametral de 0 10-12 cm batuti sub adancimea de afuiere in albie
In cazul captarilor mobile (folosite in special la irigatii) conducta de aspiratie se poate lasa aproape vertical in apa neingropata in mai cu asigurarea ca efectul dinamic al apei este atat de mic incat eforturile rezultate pot fi preluate de imbinari si conducte Sprijinirea se face prin amenajarea malului in trepte (trebuie avut grija sa nu fie depasita inaltimea de aspiratie a pompei amplasate pe mai)
2412 Captarea cu crib
Este o captare la care sorbul este protejat cu o constractie fixa stabila numita crib Cribul poate fi executat din elemente detasabile (grinzi din lemn elemente din beton armat de tip grinda) sau turnat pe loc (cu sorbul separat sau sorbul incorporat in constractie) In figura 211 se prezinta o captare cu crib
Grataral cribului se dimensioneaza la o viteza medie de trecere de 01 - 03 ms grataral se executa din bare rezistente la socul cu plutitorii iar amplasarea lor se face pe partea laterala sau aval a cribului (soc din cauza plutitorilor redus acces redus al aluviunilor din cauza intoarcerii curentului de apa aluviunile tree avand inertie mai mare)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 18
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
Apa captata prin crib poate fi aspirata de o pompa sau poate fi sifonata intr-un put colector cu rol de deznisipator si camera de aspiratie pentru pompe Vacuumul maxim pe conducta nu trebuie sa depaseasca 4-6 metri
Pentru sporirea sigurantei constructiei pot fi realizate mai multe criburi asezate in sah la 10-20 m in albie legate separat la pu|ul colector in cazul unor utilizatori importanti pot fi prevazute si criburi de rezerva Este esential ca toate criburile sa fie in stare de functionare altfel din cauza nisipului conductele de legatura si captarea se blocheaza Periodic conducta si cribul pot fi spalate prin aspirarea apei prin (n-1) criburi si refularea acesteia (sau a unei parti) prin cribul n care se spala Pentru aceasta instalatia hidraulica in putul colector trebuie gandita adecvat
Daca malul este inundabil si putul colector nu se poate departa pentru a iesi din zona inundabila vor fi luate masuri de indiguire a zonei sau de ridicare a putului la o cota cu minimum 050 m peste nivelul inundabil si aparare contra efectului dinamic al apei (accesul la put se va asigura pentru orice conditii)
A
In cazul in care nu se poate asigura adancimea pentru navigatie cu acordul beneficiarului zonei de navigatie se poate amplasa cribul mai sus luandu-se masuri corespunzatoare pentru marcarea pozitiei criburilor prin balize
242 Captari Tn mai
Captarea in mai se adopta in cazul unor debite importante cu o mare siguranta in functionare si cand situatia locala nu permite executarea de criburi
Captarea de mai are mai multe variante de constructii in functie de debitul captat si de destinatia apei captate Astfel pentru centre populate sau industrii unde debitul este totusi redus iar apa urmeaza sa suporte o tratare pentru corectarea calitatii pot fi prevazute captari cu cheson de mai Pentru debite mari de apa (mari unitati industriale centre populate mari irigatii CET-uri etc) se prevad captari in mai de tip bazin deschis
1
Figura 211 Captare cu cribLegenda 1 Put colector (cheson) 2 Crib din elemente prefabricate 3
Gratar 4 Saltea de fascine 5 Conducta de sifonare 6 Sistem de amorsare 7 Vacuum 8 Sorb 9 Conducta catre statia de pompare 10 Radier din beton armat
11 Cutitul chesonului 12 Strat depuneri
Captarea cu cheson este o constractie monolita care de obicei cuprinde si statia de pompare - echipata eel mai bine cu pompe cu ax vertical Schematic constructia unei captari de mai este prezentata in figura 212
B - B
c
Figura 212 Captare de mai cu cheson a-sectiune verticala 6-8 fo-detaliu sita c-sectiune orizontala
A - A
Legenda1 - camera de admisie si deznisipare a apei 2 - camera sitelor rotative 3 - camera cu rol de bazin de aspiratiepentru pompe 4 - camera uscata pentru pompe
INSPECTIA SANITARA SIMONITORIZAREA CALITATII APEI
Constructia este formata dintr-un cheson de dimensiuni mari asezat in malul raului astfel incat in fata ferestrelor de priza sa fie asigurat in permanent un nivel suficient de apa
Din cauza dimensiunilor si adancimii mari de fundare de obicei lansarea chesonului se face cu aer comprimat in partea de jos asigurandu-se o camera de lucru betonata ulterior Constructia este compartimentata vertical pe linii tehnologice dintre care una este intotdeauna de rezerva In interior se deosebesc patru camere (compartimente) cu urmatoarele roluri
1 Camera de admisie si deznisipare a apei (cu posibilitati de evacuare a nisipului depus)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
2
20
2 Camera sitelor rotative sitele rotative sunt formate din panouri de sita cu ochiuri relativ mici (1-3 mm) articulate si trecute peste doua tambururi - unui sus (motor) si altul jos (pasiv) apa trece prin panourile de sita sunt retinute pe sita impuritatile mari plutitorii in general si apoi panoul descarcat se ridica permanent ajungand deasupra nivelului apei in fata unui jet de spalare
3 Camera cu rol de bazin de aspiratie pentru pompele din camera 4
4 Camera uscata care adaposteste pompele treapta I (care trimit apa de la sursa la statia de tratare) In cazul in care nu se dispune de pompe cu ax vertical (care au motoarele montate pe platforma superioara) pot fi prevazute fi prevazute si pompe cu ax orizontal cu luarea unor masuri importante de pastrare uscata a camerelor
Cand sunt disponibile pompe cu ax vertical camerele 3 si 4 pot fi unificate In partea superioara a constructiei se prevad camera de comanda camera de manevra a vanelor si pompelor de epuisment camera motoarelor pompelor verticale si sala transformatoarelor (daca este cazul) Nivelul planseului se executa de obicei cu circa 07 m peste nivelul maxim al apelor raului cu asigurarea 1 In fata prizei se executa o pasarela de acces a personalului pentru curatarea gratarelor de la priza si indepartarea plutitorilor si ghetii Gratarele sunt rare cu distante intre bare de 3 - 10 cm
Admisia apei in priza se face prin doua serii de ferestre - o fereastra sub nivelul minim si o fereastra sub nivelul maxim Viteza de trecere a apei este de 02 - 03 ms iar nivelul de apa peste marginea de sus a ferestrei de minimum 050 m
La nivelurile mari in rau se lucreaza cu fereastra de sus pentru a evita antrenarea in priza a aluviunilor mari care sunt tarate de apa la partea de jos a albiei Pentru inchidere fiecare fereastra are in spate o stavila plana manevrabila de la suprafata In fata ferestrelor gratarele sunt rare din bare rotunde (teava) sau profile si se pot curata cu greble mecanice (la prizele mari) sau manual Gratarele trebuie sa fie executate cu atentie si iarna se pot inlocui cu gratare din lemn sau se pot lua masuri speciale pentru a se evita prinderea zaiului de barele metalice (bune conducatoare de caldura)
Zaiul este gheata in cristale fine care pluteste in masa de apa Pentru a evita blocarea cu gheata au fost imaginate mai multe sisteme toate fiind insa perfectabile Astfel la centralele termice sau industriale unde exista abur rezidual sau apa calda se transforms gratarul in radiator prin interiorul tevilor circuland agentul de incalzire sau se toarna apa calda inaintea gratarului astfel incat apa care trece prin gratar sa aiba 01 - 05degC In alte cazuri s-a transformat gratarul in rezistenta electrica legandu-1 la o sursa de tensiune convenabila (putere instalata de cca 10 kWhm2) consumul de energie este relativ mare iar pericolul de accidentare este ridicat S-a recurs si la imbracarea barelor gratarului in cauciuc ebonita sau mase plastice in scopul impiedicarii zaiului sa se prinda de bare In foarte multe cazuri insa se sparge gheata la priza cu unelte manuale atunci cand se constats ca nu mai intra apa suficienta operatiune foarte grea si riscanta In cazul in care apa raului contine in anumite perioade o cantitate mare de suspensii se poate aseza priza nu pe malul raului ci intr-un bazin executat pe malul raului iar apa raului parcurgandu-1 se produce deznisiparea
Foarte importante sunt forma sub care se amenajeaza intrarea apei din rau in bazin (existand riscul aparitiei depunerilor) si modul in care se reuseste sa se faca evacuarea depunerilor din bazin In literature de specialitate se citeaza si alte posibilitati de folosire a acestor bazine Uneori aceste bazine au fost executate sub forma de canale lungi cu priza la caparul eel mai departat Curatirea canalului se poate face prin dragare
Sunt situatii insa in care din motive locale debit mare si curgere gravitationala captarea poate fi mai simpla Captarea poate avea un singur compartiment pentru debite mici sau poate fi organizata pe linii pentru usurinta exploatarii Intrarea apei se face pe sub un timpan care evita socul plutitorilor cu gratarul si dirijarea acestora in aval Pentru punerea la uscat fiecare compartiment se prevede cu batardou demontabil Priza poate avea doua gratare in serie un gratar rar si un gratar des
O mare importanta o are directia de asezare a gratarului fata de directia circuitului de apa asezarea corecta este data de conditiile locale si uneori sunt necesare studii detaliate pe model in laborator Gratarul se poate aseza paralel cu curentul de apa putin oblic astfel incat apa sa atace gratarul sub unghiul eel mai favorabil sau frontal
243 Captari cu regularizarea albiei
Sunt situatii in care pe rau exista debitul de apa necesar pentru captare dar albia este atat de dezvoltata incat inaltimea apei nu permite derivarea debitului necesar In aceasta situatie este nevoie de inaltarea (cresterea) nivelului apei Una din solutii este de a ingusta albia prin lucrari artificiale de regularizare Intrucat asemenea lucrari de regularizare pot fi necesare si in alte cazuri (stabilirea albiei minore de exemplu) vor fi date cateva elemente generale urmand ca in caz de necesitate sa se apeleze la lucrari de specialitate Lucrdrile de regularizare se prevad si se executa cu respectarea urmatoarelor reguli generale
bull la ape mici curgerea sa fie cea dorita (stabila catre priza) iar la ape mari sa nu se produca inundatii in zonele vecine (sa nu se reduca din capacitatea de transport a albiei)
bull lucrarile sa se execute in etape pentru a se putea cunoaste reactiile la noile conditii si pentru a se putea cunoaste reactiile la noile conditii si pentru a se putea face corectari in etapele urmatoare
bull tipurile de lucrari sa se incadreze in peisaj
bull lucrarile sa nu stanjeasca circulatia apei pentru alte folosinte sau sa produca baltirea apei cu efecte de insalubritate
bull sa se prevada lucrari cu materialele din zona
bull sa fie folosita tendinta naturala de curgere a apei puterea si capacitatea colmatata a curentului
In figura 38 sunt schitate tipurile de lucrari mai des utilizate lucrari in albie (diguri de dirijare traverse de colmatare epiuri) si lucrari de aparare si consolidare a malurilor Elementele constructive tip sunt in general executate printr-o combinatie rationala de
bull combinatie de lemn cu piatra (casoaie suluri si saltele de fascine)
bull combinatie de piatra cu metal (gabioane)
bull anrocamente (piatra mare sparta)
bull beton beton armat sub forma de constructii masive sau elemente prefabricate
bull constructii vii formate din inierbare vegetatie mica (se ia in considerare capacitatea de transport a
albiei la ape mari)Apardrile de mai sunt lucrari de consolidare a malului raului impotriva efectului de eroziune al apei
la viteze mari Acestea pot fi lucrari foarte simple cum sunt taluzele inierbate cu unele elemente simple de fixare sau lucrari mai complicate ca taluz pavat cu elemente de beton zidarie de piatra rostuita sau nu
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
Figura 213 Lucrari de regularizare a albiei Tn zona prizeiLegends a - plan cu tipurile de lucrari b - tipuri de aparari de mai 1 - cu
casoaie 2 - cu dale din beton armat 3 - cu elemente mixte (zidarie de piatra secti Tnierbare) c - diguri epiuri executate din 1 - gabioane 2 - anrocamente
22
zidarie de sprijin din zidarie beton sau beton armat La constructive de mai trebuie tinut seama ca in afara de efectul de erodare si de afuiere a patului de sprijin actioneaza si impingerea malului
Digurile longitudinale sunt lucrari executate in albie care au rol de a dirija pe o portiune un spatiu relativ fix apa raului Se realizeaza din anrocamente cu marime suficienta pentru a nu fi antrenate de apa prefabricate de beton gabioane (piatra de rau balast inchis in casete de sarma zincata pentru a obtine o stabilitate generala mare - elemente simple ieftine si stabile atata timp cat sarma de la cos nu cedeaza sub efectul eroziunii si coroziunii) casoaie din lemn blocuri de beton legate elastic etc Capetele acestor diguri trebuie sa fie bine aparate eventual legate cu cate un epiu astfel incat curentul de apa sa nu patrunda in spatele digului Daca digurile sunt deversate vor fi luate masuri constructive contra afuieri sau spalarii patului cu efect imediat asupra stabilitatii constructiei
Epiurile sunt ca si digurile constructii permeabile rezistente la actiunea apei submersibile sau nu care dirijeaza apa raului pe un anumit spatiu si favorizeaza colmatarea treptatS a spatiului dintre ele Ca pozitie pot fi dirijate spre aval normal pe albie sau orientate spre amonte Se executa din aceleasi materiale ca si digurile Daca albia are un pat usor afuiabil inainte de executia digului propriu-zis se amenajeaza un pat elastic din saltele de fascine sau numai rulouri de fascine O atentie deosebitS se da capului epiului (partea terminals dinspre apa) care este elementul eel mai solicitat Totdeauna coada epiului trebuie bine incastrata in mai pentru a nu permite apei sa-1 ocoleasca
Traversele de colmatare sunt diguri scurte executate din umplutura de material local protejata cu anrocamente mari pe albia minora ce trebuie pSrSaitS sau pe bratele auxiliare care trebuie sa fie colmatate L ape mari spatiul dintre traverse se umple cu aluviuni si in timp traseul vechi al albiei minore dispare
Toate constructiile enumerate anterior si altele asemSnStoare imaginate de specialisti trebuie sa fie verificate si la efecte (in perioada de primavara nu trebuie sa se permita formarea de zSpoare -blocuri de gheata spartS aglomerata care favorizeaza inundatiile) Pe zonele de rau regularizate tipurile de constructii pentru captarea apei sunt similare cu cele pentru albia neregularizatS dar cu adancime suficientS a apei De altfel totdeauna cand se executa constructii legate de apa vor fi luate si masuri de stabilizare a albiei in zona afectata
244 Captari cu baraj de derivatie
In cazul in care pe rau nu se poate asigura nivelul minim necesar pentru captarea apei iar regularizarea albie nu este posibila sau rationala se recurge la executarea unei constructii pentru ridicarea artificials a acestuia dacS debitul captat este important iar fenomenele de iarnS nu pun probleme deosebite
Pentru a nu crea prejudicii pentru alti beneficiari constructia numita stdvilar sau baraj de derivatie trebuie sa asigure concomitent urmStoarele conditii
bull sa fie stabilS la actiunea dinamicS a apei
bull sa permita evacuarea debitelor mari fSrS a provoca inundatii sau deteriorarea altor constructii
bull sa permits evacuarea gheturilor de primSvarS
bull sa asigure navigatia plutaritul circulatia pestilor sau alte folosinte etc Forma
captSrii depinde de
bull marimea debitului captat raportul debit captat debit rau
bull variatia debitului raului si aluviunilor transportate
bull posibilitStile de executie
bull amplasamentul efectiv al prizei (natura albiei adancimea stratului impermeabil inSltimea malurilor etc)
In continuare sunt date cateva exemple de constructii caracteristice pentru asemenea prize
Captarea pentru debit mare realizabilS pe un rau mare pentru localitSti industrii irigatii energie etc Are alcStuirea generals din figura 214
Intre douS culei (o culee este o constractie de legSturS intre constructia dintre albie si mai) se executS elementul de barare a albiei adicS de ridicare a nivelului apei la cota minimS necesarS Aceasta poate fi un prag - baraj deversor dacS lungimea disponibilS si cota malului permit
evacuarea debitelor mari de rau sau baraj cu stavile mobile (stavilar) care se pot ridica sau culca (intr-un locas special prevazut) in radier lasand libera sectiunea pentru evacuarea apelor mari Sunt si cazuri in care din cauza deschiderii mari a albiei s-a adoptat o solutie mixta partial cu stavile partial cu baraj deversor sau uneori si cu baraj nedeversant
Pe malul opus captarii se executa daca este cazul ecluza pentru navigatie sau plutarit cu dimensiunile cerate de beneficiar si aproape totdeauna o scara de pesti pentru a asigura circulatia libera a pestilor intre cele doua biefuri (un bief este zona de rau aflata amonte sau aval de constructia considerate) Pe acelasi mai cu priza se gasesc doua deschideri de spalare prevazute cu vane plane care stau totdeauna partial deschise astfel incat debitul de apa care nu se capteaza sa nu deverseze peste baraj ci sa treaca pe sub aceste stavile
Se reaminteste ca in nici un caz nu este permisa captarea integrals a debitului raului in sectiunea respectiva o parte a debitului raului trebuie sa treaca in aval pentru mentinerea intr-o stare salubra a zonei (altfel devine depozit de gunoaie pe timp de ape scazute) asigurarea apei pentru vietuitoare si vegetatie Debitul ramas in albie este numit debit de servitute (Qs) Spalarea este necesara intracat prin ridicarea locala a nivelului apei s-a realizat in amonte o reducere locala a pantei energetice a curentului de apa Aceasta reducere conduce la micsorarea capacitatii de transport deci micul lac ce se creeaza in spatele barajului se umple repede cu aluviuni Umplerea se face si in dreptul gratarului fiind periclitata adancimea de intrare minima altfel spus se realizeaza ridicarea locala a fundului albiei Lasand libera circulatia apei langa gratar se produce continuu o spalare a depunerilor din cauza vitezei mari realizate sub stavilele de spalare
in unele cazuri prima pila a barajului a fost prelungita cu un pinten formand un fel de canal in fata prizei Apa circuland cu o viteza comparabila cu cea existenta in rau inainte de barare evita producerea de depuneri in fata prizei
Atat in dreptul stavilelor de spalare cat si al barajului deversor in aval se executa un disipator de energie al carui rol este de a reduce viteza apei la o limita care sa nu produca eroziuni spalari in aval de constractie spalari care ar putea periclita stabilitatea acesteia
Priza este o deschidere in culee protejata cu un gratar contra plutitorilor Pentru a evita antrenarea aluviunilor mari in priza aceasta se prevede cu un rag (grataral se aseaza deasupra fundului albiei la 05 - 10 m) Pentru a nu favoriza blocarea gratarului cu plutitori viteza de trecere este redusa 01 - 05 ms din care cauza priza are o forma de palnie Intrarea poate fi inchisa cu stavile Daca deschiderea totala este mare ea se poate reduce cu ajutorul unor pile intermediare Lungimea unei stavile nu va depasi 250 m altfel dispozitivele de ridicare a stavilelor devin greoaie In pile inaintea nisei stavilei se lasa profile U inglobate in beton cu deschiderea spre apa pentru a se putea lansa batardoul (umplutura din elemente grinzi de lemn sau metal) in scopul punerii la uscat a incintei pentru eventuale reparatii Deoarece dupa gratar viteza apei scade mult se produc depuneri care pot afecta circulatia pe canalul de legatura Spalarea lor se poate face cu o golire secundara - de spalare (vezi figura 214) Daca se inchide plecarea spre beneficiar (stavila V2) si se deschide stavila V3 se poate asigura o circulatie fortata cu 0 viteza cu 0 viteza mare (diferenta de nivel amonte-aval este mare) Daca debitul pe rau este suficient iar gratarele au o suprafata mai mare decat cea strict necesara se poate merge cu vana V3 partial deschisa - spalarea facandu-se continuu Pentru evitarea antrenarii plutitorilor mari si a ghetii in sloiuri la gratar se amenajeaza un perete de lemn scufundat partial (05 m) sau o linie de busteni legati articulat (care plutesc) Fenomenele de iarna sunt cele mai dificile la aceste prize
Captarea tiroleza este 0 captare cu gratar pe creasta (figura 215a) care se adopta in cazul in care debitul raului la ape mici este redus si nu poate asigura spalarea zonei din fata prizei iar debitul captat fiind mic captarea in mai se face greu (la aceasta constractie de captare se executa si o priza de iarna in cazul in care grataral ingheata) Captarea se aplica in zone de munte la rauri cu caracter torential pentru debite nu prea mari (sub lm3s) In unele situatii masivul de beton nu se vede din albie fiind alcatuit dintr-un prag de fund - cu gratar la nivelul fundului apei (grataral este inclinat aval pentru a evita blocarea cu aluviuni mari)
Captarea sub albie se adopta in situatia unor localitati de munte pentru care singura sansa de apa o constituie raul sau paraul care izvoraste de la cote inalte al carui debit scade foarte mult in perioadele de iarna si vara si in cazul care fenomenele de inghet dureaza timp indelungat In aceasta situatie 0 captare in albia raului va fi serios stanjenita iar exploatarea va pune probleme deosebite Pentru evitarea unora din aceste probleme au fost imaginate si executate captari sub fundul albiei intr-o zona in care albia este bine dezvoltata si are un pat de 2-3 m de aluviuni Constructia transversals dreneaza apa la unui din capetele sale unde pe malul raului dintr-un put este prelevata si transportata Aceasta captare se deosebeste insa de captarea subterana a apei infiltrate prin mai sau sub fundul albiei (cu drenuri radicale) deoarece apa captata are tot caracteristicile unei ape de suprafata dramul parcurs prin patul aluvionar fiind foarte scurt o asemenea apa are o turbiditate mai mica decat apa captata direct din rau
Schema unei captari sub albie numita uneori si caucaziana este data in figura 215b iar schema unei captari proiectata pentru extinderea provizorie a alimentarii cu apa a unei localitati din tara - la un debit de 10 dm3s in figura 215C
Din figura se observa ca in patul aluvionar al raului se executa o constractie permeabila care dreneaza apa ce se scurge prin subteran sau care se infiltreaza direct asupra constractiei In fata acestei constructii si deasupra ei se executa un blocaj din anrocamente care sa permita accesul mai bun al apei si totodata sa stabilizeze constructia contra efectului dinamic la ape mari (captarea lucreaza ca un prag de fund stabilizator)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 25
Captarea este relativ simpla usor de executat si cu rezultate bune in exploatare Trebuie insa data o atentie deosebita posibilei colmatari a zonei de acces la elementul drenant din cauza apei ce confine fibre de dimensiuni mici (celuloza si hartie) material ce se colmateaza etc
26 Captari din lacuri
Tara noastra nu dispune de lacuri naturale de volume importante care sa poata folosi drept sursa de apa Din aceasta cauza captarile vor fi analizate din punct de vedere al prelevarii apei din lacurile artificiale
In etapa actuala in tara noastra executarea de captari cu debite importante din majoritatea raurilor interioare nu se pot face fara o regularizare a debitului deoarece desi regimul precipitatiilor este relativ uniform (200-2000 mman) distributia in timp este foarte neuniforma Aceasta face ca in perioadele de primavara si toamna debitele sa fie foarte mari iar in perioada de vara si mai ales iarna debitele sa scada la valori extrem de mici cu totul insuficiente pentru alimentarea folosintelor Regularizarea debitelor se face prin lacuri de acumulare special create (bazine uriase cu volume de zeci de milioane-miliarde de metri cubi) care acumuleaza apa din rau in perioadele de viitura si permit folosirea acesteia la debitele dorite
Este insa evident ca un asemenea lac nu se poate crea decat printr-o constructie specials de blocare a albiei numita baraj constructie care prin amploare si efort de investitie pune probleme deosebite Din aceasta cauza executarea unor asemenea lucrari se face prin cooperare cu alti beneficiari lacul urmand sa aiba o folosinta complexa dupa cum urmeaza
bull va reduce viiturile si va permite protej area localitatilor si scoaterea unor suprafete de sub efectul inundatilor redandu-le circuitului agricol
bull volumul de apa acumulat confine o cantitate mare de energie hidraulica energie care poate fi transformata in cadrul centralelor hidroelectrice in energie electrica si data in circuitul energetic al tarii
bull o parte din volumul de apa acumulat poate fi preluat pentru irigarea unor importante suprafete de teren
bull parte din lac poate fi amenajat ca zona de agrement dezvoltand zona din punct de vedere turistic
bull se poate imbunatati regimul de curgere in aval cu efect si asupra calitatii apei
Din punct de vedere al alimentarii cu apa lacul are eel putin in prima perioada un efect favorabil apa prelevata fiind in general mai limpede si mai constants sub raport calitativ Aceasta presupune insa preluarea apei direct din lac (varianta I din figura 216) lucru care poate dezavantaja pe alti beneficiari (cei care se ocupa de producerea energiei de exemplu)
Pe de alta parte apa stationand mult timp in lac isi modifica calitatea iar prin descompunerea depunerilor si dezvoltarea unor microorganisme specifice apa poate sa capete gust neplacut (gustul este diferit de eel al apei de rau care este apa curgatoare) De aceea uneori apa este acumulata dar nu este captata din lac ci uzinata si lasata sa curga pe vechea albie pentru a se aera (varianta Il-a din figura 216) Solutia este
Figura 215 Captari speciale a - captare tiroleza b - captare cu galerie transversala pe fundul albiei c -
dren sub fundul albiei
favorabila in cazul in care utilizatorul de apa se afla la distanta mare Daca centrala functioneaza continuu atunci captarea se poate face in curent liber daca insa centrala (UHE) functioneaza in regim de varf (cum de obicei functioneaza asemenea centrale cateva ore in cursul zilei) atunci avalul inainte de priza trebuie prevazut un lac de compensare zilnica a debitelor lac care sa retina apa uzinata in regim neuniform si sa permita captarea unui debit relativ constant Cele doua variante aratate schematic in figura 216 trebuie comparate ca avantaje si dezavantaje
Priza de apa poate fi realizata in corpul barajului in aval de baraj sau in lac Elementele care conduc la stabilirea solutiei sunt
bull pozitia utilizatorului de apa fata de lac captare din lac daca acesta este amplasat amonte si departe de baraj in baraj sau aval pentru un consumator aval sau din alt bazin hidrografic
bull marimea lacului variatia nivelului apei in lac
bull existenta unei salbe de lacuri pe raul respectiv
bull utilizarea rationala complexa a apei acumulate (de regula la stabilirea amplasamentului lacului se statueaza si modul de folosire al apei)
bull tipul de baraj si simultaneitatea executiei barajului cu priza pentru folosinte de apa in general dupa executarea barajului priza poate fi numai in aval sau in lac
bull conditiile reale de teren trebuie tinut seama ca baraj ele cu lacuri mari de acumulare sunt situate in zona de deal - munte
bull conditiile rationale de tratare a apei obtinute din lac
261 Priza tn aval de baraj
Se poate executa oricand inainte si dupa executia barajului in forme si la debite adecvate Sunt posibile urmatoarele tipuri de captari
bull captari in curent liber de forma celor descrise anterior pe raul pe care debitul regularizat prin lac are valori mult mai mari
bull captari in baraj sau in lac in cazul in care lacul are ca principals folosinta alimentarea cu apa sau cand barajul este realizat pentru un lac de compensare a debitelor rezultate de la functionarea unor centrale hidroelectrice din amonte
bull captari in lac in cazul in care lacul compenseaza folosinta energetica iar beneficiarul este departe de baraj in amonte
262 Prize Tn corpul barajului
Sunt gandite si executate odata cu barajul astfel incat sa nu pericliteze siguranta in functionare a acestuia dar sa poata preleva apa de calitatea cea mai buna existenta la un moment dat in lac
In cele ce urmeaza sunt date exemple de captari de apa executate in baraj Daca barajul este din beton priza este de regula comuna cu barajul (figura 217)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 27
apa curgatoare Barajul care realizeaza lacul de compensare este din materiale locale cu un sistem de stavile pentru spalarea depunerilor de viitura (figura 219)
In figura 220 este schitata captarea dintr-un lac al carui baraj este executat din materiale locale cu miez de etansare din argila Captarea se executa total izolat de baraj (in malul natural sau in lac figura 221 - pentru a nu-i produce dificultati barajului prin exfiltrarea apei pe langa sistemul de transport al apei) si pentru ca priza sa nu aiba dificultati la tasari neuniforme ale barajului Apa captata din priza turn de la cote diferite functie de calitatea acesteia este evacuata prin conducte sau galerii amplasate in malul natural
Acest tip de captare poate fi aplicata si in alta pozitie in cuprinsul lacului pentru beneficiari riverani - amonte de baraj
Cand principala folosinta a lacului este de combatere a undei de viitura captarea poate avea o forma speciala (figura 222) Captarea este amplasata la o cota deasupra rezervei destinata acumularii depunerilor din lac si trebuie sa evite blocarea cu corpuri mari ce pot cadea prin apa intrucat nu este accesibila decat la ape mici - lac gol sau lac golit
263 Captari in lac
Se utilizeaza atunci cand in amplasament nivelul apei este asigurat intotdeauna deasupra unor valori limita Se pot practica o captare de tip turn (figura 221) cand debitul captat este important iar nivelul lacului relativ constant o captare plutitoare cand alimentarea cu apa este sezoniera sau conditiile de iarna nu sunt severe o captare de fund cand lacul este de adancime mare si cu un volum de apa important (figura 223a)
Captarea de fund este formata dintr-un sorb (pot fi prevazute mai multe asemenea constructii separate) asezat pe o confectie metalica stabila de tip tetrapod Se amplaseaza deasupra nivelului (apreciat) de colmatare si sub nivelul minim al apei din lac (acoperire mai mare pentru a o feri de plutitori) Zona captarii va fi balizata pentru a fi ferita de accesul plutitorilor si a putea fi usor reperata pentru control se marcheaza si zona de protectie daca este cazul Conducta de legatura (suficient de elastica daca are lungime mare) se lanseaza prin plutire si poate permite ridicarea prizei in caz de nevoie Captarea va fi amplasata la o asemenea adancime incat sa nu fie deplasata de valuri si totodata nu intr-o zona in care valurile pot pune in miscare depunerile de pe fund si deteriora calitatea apei Captarea este tipica pentru prelevarea apei din lacurile naturale (figura 223b)
Existenta lacurilor de acumulare ridicS probleme importante sub trei aspecte generale aspecte care pot influenta calitatea apei captate siguranta in functionare a prizei sau si a zonelor vecine
bull pentru lacurile mici problema cea mai importanta este legata de colmatarea cu aluviuni lipsa masurilor de protejare amenajare si stabilizare a solului in bazinul hidrografic conduce la antrenarea unei mari cantitati de sol (mai ales fertil) care blocheaza in scurt timp volumul lacului
bull pentru lacurile cu volum mediu (milioane de m3) problema cea mai importanta este eutrofizarea apei lacului
bull pentru lacurile mari (sute de milioane m3) problema importanta este imbdtrdnirea lacului (o eutrofizare lenta avand ca punct final obtinerea unei ape de calitate total deosebitS de aceea a raului din care pro vine)
Eutrofizarea lacurilor este o problema acuta a multor lacuri din zone de ses si colinare Cauza principals este aportul de substante fertilizante (fosfor carbon azot) Fosforul (adus in apa in special din apele uzate orSaenesti - neepurate adecvat) in cantitSti mici favorizeaza randamentul de functionare a fitoplanctonului care la randul lui favorizeazS fixarea azotului cu ajutorul bacteriilor Dezvoltarea fitoplanctonului favorizeazS dezvoltarea zooplanctonului si deci a populatiei de pesti
DacS fluxul energetic si aportul de substante este moderat atunci ciclul se incheie devine stabil si lacul isi pSatreaza calitatea de lac oligotrof (figura 224a) In cazul in care cantitatea de fosfor creste creste volumul de fitoplancton deoarece nu exista suficient azot si lantul se rupe Zooplanctonul si pesti mor substantia organicS creste bacteriile consumS oxigenul si lacul devine eutrof acoperindu-se cu vegetatie (care are rSdacinile in malul situat pe fundul lacului si frunzele la suprafata realizand fotosinteza figura 224b) Consumarea oxigenului de cStre substantele in descompunere si capacitatea redusa de aerare fac ca apa lacului sa aibS de regulS un continut mai redus de oxigen
Daca se reduce cantitatea de nutrient (in special fosforul) dupa un timp calitatea apei se imbunatateste neajungand insa la calitatea initials (se considers ca un continut Tn fosfor de 10-20 mgl este acceptabil)
Imbdtrdnirea lacurilor este fenomenul de modificare continuS a calitatii apei lacului ca urmare a noului echilibru ce se realizeazS intre aportul de substante si circulatia apei Apa care ajunge in lac este o apa cu continut ridicat de substante minerale si organice Acestea se depun se descompun intra in reactie formand substante noi cu continut de Fe N S C (H2S CH4) substante care modifies chimismul apei Pe baza aportului de substante si sub influenta luminii creste productia de masa organica (schema lacului oligotrof) Apare un fenomen nou de circulatie a apei in lac vara apa de la suprafata este calda deci mai usoarS toamna insa apa se rSceste devine mai rece decat apa de la fundul lacului (are cca 4degC sub 15 - 20 m temperature ramane relativ constants) deci devine mai grea (densitatea creste la scaderea temperaturii) si coboarS inlocuind apa mai calda de adancime apa care se ridicS (depunerile mai pot fi agitate si de valurile de la suprafata)
Pozitia captarii in lacurile adanci trebuie sa fie totdeauna in zona medie cu temperature relativ constants (6 - 12degC) si unde nu se simte direct influenta descompunerilor ce se produc la fundul lacului (sau tulbureala datS de depunerile rSacolite)
28 Procese de pre-tratare aplicarea de algicide
Algele sau cianobacteriile (algele verzi-albastre) din lacurile si acumularile de stocare pot crea probleme de gust si miros precum si aparitia unor substante ce provoaca imbolnaviri (toxine) Pentru controlul dezvoltarii algelor sau cianobacteriilor se pot folosi compusi care distrug algele (algicidele) Daca are loc un eveniment legat de utilizarea algicidelor (calitatea apei este afectata de utilizarea unui algicid) pot avea loc urmatoarele
bull daca se utilizeaza algicide in exces substanta chimica poate provoca imbolnaviri
bull daca volumul de alge sau cianobacterii este prea mare si nu poate fi controlat de algicid toxinele din alge cianobacterii pot provoca imbolnaviri
bull daca se utilizeaza ca algicid paiele de orz substantele din paie pot reactiona cu dezinfectantele si forma subproduse ce provoaca imbolnaviri
Aplicarea de algicide in sursa de apa poate prezenta riscuri pentru sanatatea si siguranta muncii operatorilor Acestea sunt recunoscute dar nu vor fi discutate deoarece astfel de riscuri fac obiectul legislatiei muncii si protectiei muncii Algele sau cianobacteriile din sursa de apa pot interfera cu functionarea statiei de tratare Un bun control al cresterii lor face sa se diminueze necesitatea pre-oxidarii Se reduce de asemenea cantitatea de dezinfectant ce se pierde in reactia cu algele sau cu substantele pe care acestea le elimina in apa
31 Alcatuirea statiilor de tratare a apei
Rolul statiei de tratare este de a corecta calitatea apei brute pana la atingerea cerintelor utilizatorului Exista o multitudine de procese de tratare care se utilizeaza in practica insa schema generala a unei statii de tratare (figura 31) cuprinde
bull trepte multiple de oxidare (pre-oxidare post-oxidare) cu scopul de a oxida compusi chimici dar si de a realiza bariere succesive in calea micro-organismelor
bull procese de limpezire a apei care constau in
o coagulare-floculare cu reactivi chimici in camere de reactie special amenajate
o decantarea apei pentru retinerea suspensiilor coagulate
o filtrarea pe strat de nisip pentru finalizarea procesului de limpezire
bull afinarea apei constituita din oxidare cu ozon urmata de adsorbtie pe carbune activ granular cu scopul indepartarii anumitor compusi chimici toxici
bull dezinfectia apei pentru indepartarea totala a virusurilor bacteriilor si altor micro-organisme din apa treapta obligatorie in Romania conform Legii privind Calitatea Apei Potabile nr 4582002
3
Pentru eliminarea duritatii se pot adopta scheme cu schimbatori de ioni sau cu reactivi chimici (var si soda) in functie de tipul duritatii (temporara sau permanenta)
Orice statie de tratare este deservita de anumite facilitati pentru intretinerea proprie Printre acestea se mentioneaza
bull statia de reactivi chimici cu rolul de a stoca prepara si doza reactivii necesari procesului de tratare (coagulanti floculanti agenti dezinfectanti corectie pH etc)
bull sisteme de spalare filtre rapide constituite din statii de pompe si de suflante
bull laborator pentru a determina corectitudinea procesului de tratare dar si calitatea apei produse
bull alte facilitati printre care se mentioneaza sisteme de recuperare a apei de la spalare filtre si a namolului din decantoare
311 Exemple de statii de tratare
O schema de tratare cu filtrare directa este prezentata in figura 32 Uzina de apa a orasului Los Angeles - SUA (Los Angeles Aqueduct Filtration Plant) are o capacitate instalata de 185 m3s filiera tratare fiind prezentata in cele ce urmeaza
bull pre-oxidare cu ozon 4 generatoare care produc 3780 kg CVzi (doza medie ozon 15 mgdm3) 4 bazine de contact (timp de contact minim 49 min)
bull coagulare (amestec rapid) 8 camere de reactie echipate cu agitatoare dinamice timp minim de amestec 086 s pentru doua camere inseriate Reactivi utilizati clorura ferica sulfat de aluminiu polimeri anionici si neionici soda caustica clor
bull floculare 36 camere de reactie lenta timp minim de reactie lenta 8 min pentru 3 bazine inseriate
bull filtrare 24 unitati (aria unei unitati A=160 m2) strat de antracit cu inaltimea de 24 m viteza de filtrare 175 mh care asigura un timp de contact de 10 minute
bull dezinfectie finala cu clor (doza maxima clor 56 mgdm3)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 3
Un alt exemplu de schema de tratare care nu cuprinde treapta de decantare este uzina de apa Ivry (Franta) modernizata in 1987 (debit instalat Q = 300000 m3zi) Dupa modernizare uzina cuprinde urmatoarele procese (figura 33)
bull pre-oxidare cu ozon doza uzuala 10 mg CVdm3
bull coagulare (amestec rapid) cu clorura ferica (5 - 10 mgdm3) si polimer anionic (0025 -005 mgdm3)
bull pre-filtrare faza I - (coagulare pe masa de contact) 18 unitati de 815 m2 strat biolit 10 m viteza de filtrare maxima 10 mh
bull floculare cu clorura ferica (2-6 mg Fe3+dm3) si polimer (005 - 10 mgdm3)
bull pre-filtrare faza II - nisip 22 unitati de 81 m viteza de filtrare 9 mh
bull filtrare lenta 30 cuve (23000 m2) viteza maxima de filtrare 13 mzi inaltime strat 07 m
bull post-ozonare timp de contact 4 minute doza uzuala 04 - 06 mg CVdm3
bull filtrare pe CAG inaltime strat 10 m viteza de filtrare 10 mh
bull dezinfectare finala cu hipoclorit de sodiu
In figura 34 este prezentata o schema tehnologica a unei uzine de apa aplicata in cateva mari uzine de tratare (Qgt2000 m3h) ce preiau apa bruta direct din fluviul Ruhr Schema asigura o eliminare optima a microorganismelor Concentratia de Cryptosporidium in apa raului Ruhr variaza de la 0 la 5 unit(100 dm3) iar concentratia chisturilor Giardia de la 8 la 250 unitdm3 Nu au fost detectate aceste organisme in treptele premergatoare dezinfectarii Se remarca prezenta treptelor de filtrare incepand cu filtrarea mecanica pe microsite in capatul amonte al filierei de tratare si continuand cu un pachet de trei trepte de filtrare (dublu strat carbune activ granular si filtre lente) care asigura o eficienta foarte mare din punct de vedere microbiologic
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 3
Figura 34 Filiera tehnologica uzina de apa Mulheim an der Ruhr
(Germania)
Un exemplu de schema tehnologica combinata (Q=32 m3s) este prezentata in figura 35 Apa bruta (fluviul Elba) este puternic incarcata in poluanti Filtrarea primara (bazine de infiltratie) reduce de cateva ori incarcarea microbiologica iar in cazul folosirii treptelor de floculare sedimentare si filtrare reducerea incarcarii microbiologice este de circa 9999
Prin curgerea in stratul subteran se obtine o apa ce se incadreaza in normele privind calitatea apei potabile Dezinfectia finala este aplicata pentru a preveni cresterea masei bacteriene in sistemele de distributie Uzina este prevazuta a fi modernizata cu treapta de oxidare cu ozon si filtre multistrat
In Elvetia sunt intalnite in principal scheme complexe de tratare avand la baza procese biologice (figura 36) Treptele de tratare clasice (pre-oxidare cu ozon coagulare-floculare filtrare rapida) sunt urmate de corectia pH-ului si postozonare in fmalul filierei de tratare se prevad reactoare biologice inseriate (filtre CAG activate biologic urmate de filtre lente) Se urmareste in principal reducerea indicatorilor biologici si bacteriologici prin reducerea concentratiilor de carbon organic asimilabil (AOC lt 10 ug Cdm ) Se remarca absenta dezinfectarii finale Se obtine o apa biostabila introducerea acesteia intr-o retea de distributie nu necesita prezenta unui dezinfectant rezidual Se asigura in acest mod o siguranta ridicata la consumator in ceea ce priveste potentialul de formare al trihalometanilor
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 3
33 Procese de oxidare
Procesele de oxidare pot fi intalnite in toate statiile de tratare in doua sectiuni caracteristice ale schemei
bull pre-oxidare in capatul amonte al filierei pentru oxidarea substantei organice plancton inactivare microorganisme obiectul principal este asigurarea functionarii optime a proceselor de tratare si evitarea contaminarii acesteia
bull post-oxidarea amplasat dupa procesele de tratare conventionale (decantare si filtrare rapida pe strat de nisip) urmareste oxidarea totala a micro poluantilor reducerea materiilor organice naturale si inactivarea totala in ape limpezi a compusilor biologici si bacteriologici
331 Pre-oxidare
In mod obisnuit se utilizeaza urmatorii agenti oxidanti clor ozon dioxid de clor 3311 Clorul(Ch)
Clorul se utilizeaza in mod uzual cu doze cuprinse in domeniul 1 - 3 mgl cu timp de contact minim Tc=30 minute in anumite situatii (inflorire algala sau poluare accidentala) dozele pot fi mai mari dar se urmareste evitarea formarii sub-produsilor organo-clorurati (de exemplu trihalometani THM) prin efectuarea de incercari pe apa sursei pentru a se stabili potentialul de formare
Clorul este adoptat frecvent datorita costurilor reduse implicate Reactia clorului trebuie urmarita cu atentie luand in consideratie agentii reducatori (H2S Mn2+ Fe3+) si materiile organice naturale in diagrama din figura 37 se poate urmari procesul de reactie al clorului in apa (clorare la breakpoint) Punctul critic se atinge daca raportul masic intre clor si amoniac variaza intre 81 -101 (teoretic 761)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 40
3312 Ozonul(03)
Ozonul este un gaz violet instabil care degaja un miros iritant caracteristic
Se produce prin descarcari electrice la diferente de potential ridicate intre doi electrozi intre care curge aer sau oxigen pur Eficienta productiei depinde de diferenta de potential frecventa caracteristicile materialului dielectric si spatiul care separa dielectricele Progresele tehnologice din ultimii 20-30 ani au condus la reducerea consumului de energie la 10 - 12 kWh 1 kg O3
Dozele uzuale de ozon sunt in gama 1 - 3 mgCVdm3 iar timpul de contact uzual este Tc=10 minute Se tinde spre adoptarea solutiei cu doua reactoare in serie ca in figura 38 Adancimea apei in reactoare poate atinge 6-75 m
Conceptual reactoarele de ozon functioneaza pe baza interceptarii curentului de apa descendent de catre voalul de bule mici de ozon in miscare ascendents
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
0
4
3313 Dioxidul de clor (CIO2)
Se poate obtine din clorit de sodiu si clor conform reactiei
2NaC102 + Cl2rarr2C102 + 2NaCl (31)
Stoechiometric 1 g dioxid de clor se obtine din 134 g clorita de sodiu si 05 g de clor
Este instabil si exploziv la temperaturi T gt (-40degC) Se produce imediat inainte de injectia in apa La 20degC si presiune partiala de 53 kPa solubilitatea este 4 gdm3
Avantajele utilizarii CIO2 sunt
bull nu formeaza sub-produsi de tip trihalometani (THM)
bull are putere oxidanta mai buna oxideaza fenoli si este foarte eficace la pH peste 85
Dozele utilizate frecvent 01 - 05 mgl timpul de contact fiind Tc = 10 min Se mentioneaza ca pentru doze mai mare de 05 mgl exista riscul formarii de sub-produsi de tip clorati
Reactoarele de pre-oxidare utilizeaza agitatoare mecanice (rezistente la coroziune) care asigura amestecul mecanic cu randamente ridicate intre apa de tratat si solutia de CIO2
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 4
332 Post-oxidare
In filierele de tratare se dezvolta din ce in ce mai mult conceptul de post-oxidare cu ozon pe apa limpezita dupa filtrele rapide de nisip pentru ca eficienta transferului creste se reduc dozele de ozon si oxidarea micro-poluantilor devine mai eficienta
incadrarea procesului de post-oxidare in schema statiei de tratare se realizeaza totdeauna ca infigura 310 n
Dozele de 03 in post-oxidare nu depasesc 2 mgl Principiile reactoarelor de ozon sunt identice cu cele utilizate in pre-oxidare
Post-oxidarea cu ozon combinata cu adsorbtia pe CAG este procesul (denumit afinare) capabil sa asigure
- eliminare totala compusi biologici microbiologici si micropoluanti
- reducere materiilor organice naturale astfel incat TOC lt 25 g Cl
- eliminare pesticide
333 Alegerea oxidantului
Alegerea oxidantului se bazeaza pe analiza calitatii apei caracterizarea marimii poluarii care poate apare (continut materii organice naturale carbon organic total numar de microorganisme perioade duraf deg ce aparitie)
Alegerea agentului oxidant are la baza costuri si implicatii in filiera tehnologica
Tabelul 35 Caracteristici principale Tn alegerea oxidantilor Nr crt
Oxidant Avantaje Dezavantaje
1 Clor-Cl2 - costuri reduse- cunoastere operare- este remanent (rezidual) in reteaua de
distributie
formeaza THM - necesita timpi de contact mari
2 Dioxid de clor - C102 - capacitate de oxidare mai ridicata in raport cu Cl2
- nu formeaza THM- este remanent (rezidual) in reteaua de
distributie
- necesita preparare si dozare instantanee- la doze prea mari poate forma cloraticosturi mai mari in raport cu Cl2
3 Ozon - 03 - cea mai mare capacitate de oxidare- nu formeaza THM
- necesita preparare si dozare instantaneeconsumuri energetice mari- poate forma subprodusi de tip bromaji sau
aldehide- nu este remanent (rezidual) in reteaua de
distributie
4
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 4
Figura 311 Fortele
ce actioneaza asupra
particulelor aflate Tn
apa
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
3511 Deznisipatoare
Sunt destinate sa retina particulele de tip nisip pentru protectia utilajelor din schema statiei de tratare Schema unui deznisipator orizontal este data in figura 313
Figura 313 Deznisipator orizontal longitudinal
1 Gratar 2 Bare de linistire 3 Nisa pentru reparatii Tn caz de avarie 4 Stavilar de intrare 5 Vane de golire 6 Stavilarde iesire 7 Galerie de golire
In zona de intrare a apei in deznisipator se monteaza un gratar rar pentru impiedicarea accesului corpurilor mari in interiorul bazinului Pentru linistirea curentului se monteaza bare verticale de linistire Peretii laterali ai deznisipatorului se executa cu evazare catre exterior pentru a permite preluarea impingerilor survenite din podul de gheata care se formeaza pe timp de iarna la suprafata bazinului Panta radierului bazinului trebuie sa permita evacuarea depunerilor in zona din aval a bazinului Evacuarea depunerilor se poate realiza cu mai multe sisteme
bull prin hidro-mecanizare cu scoaterea din functiune a unui compartiment
bull prin golirea totala a compartimentului (numai pentru debite foarte reduse)
bull cu electro-pompe speciale purtate de o grinda rulanta
3512 Decantoare statice
Sunt destinate surselor cu variatii mari de turbiditate la care 50 - 60 din suspensii sunt de natura minerala (gravimetrice) in figura 314 se prezinta schema unui decantor orizontal longitudinal Elementele principale ale bazinului sunt
bull zona de intrare in care se gaseste un perete de linistire a curentului in partea superioara respectiv canalul de evacuare a depunerilor in partea inferioara
bull decantorul propriu-zis cu radier cu panta catre basa de evacuare a namolului amplasata in zona incipienta a bazinului
bull zona de evacuare a apei decantate care este bordata de un gratar cu rolul impiedicarii accesului plutitorilor
Curatirea decantoarelor orizontale se realizeaza
bull Intermitent prin golire si evacuare depuneri hidraulic sau mecanic
bull Continuu cu ajutorul podurilor racloare care strang depunerile in base special amenajate
Dificultatile in operarea decantoarelor statice se pot sintetiza
bull sunt influentate de factori atmosferici vant gheata insorire
bull miscarea este turbulenta ca structura si particule fine pot fi repuse in stare de suspensie
bull echilibrarea fluxului hidraulic se realizeaza cu dificultate
bull eficienta retinerii nu depaseste 10-15 NTU la apa decantata
37 Filtrarea apei - generalitati
Filtrarea este procesul de limpezire finala a apei (stadiul II) la curgerea printr-un mediu poros de obicei format din nisip cuartos Procesul simuleaza infiltratia apelor superficiale in mediile poroase din subsolul pamantului Procesul este cunoscut si aplicat de mult timp (primul brevet s-a emis in 1830)
Schema generala (figura 323) indica filtrul ca fiind format dintr-un bazin (cuva) in care apa curge in sens descendent traverseaza mediul poros sustinut de un drenaj si ajunge intr-un rezervor de apa filtrata amplasat sub drenaj Sistemul este dotat cu toate instalatiile de introducere -prelevare apa preaplin si golire
Parametrii fundamentali ai procesului de filtrare sunt
bull viteza de filtrare definita (ca viteza aparenta) cu relatia urmatoare
vF = Q A [ m h ] [mzi] (313)
In care
Q - debitul de apa filtrata
A - suprafata orizontala a stratului filtrant in
functie de viteza de filtrare se pot clasifica in
o filtre lente (biologice) - VF = 01 - 025 [mh]
o filtre rapide - vF = 4 - 10 [mh|
o filtre ultra-rapide
bull mediul filtrant - in general nisip cuartos care sa realizeze prin uniformitatea granulelor un volum de goluri in care sa se acumuleze suspensia retinuta din apa caracteristicile sunt diferite pe tipuri de filtre
bull pierderea de sarcina (hr) exprimata ca diferenta intre nivelul apei in cuva filtrului si nivelul apei in rezervorul de apa filtrata este data de colmatarea stratului si este variabila in timp
49
38 Filtre lente
Se bazeaza pe formarea unei membrane biologice constituita din colonii de bacterii aerobe -amplasata la suprafata stratului de nisip (pe primii 2-3 cm) Elementul fundamental este dezvoltarea membranei (in 1 - 3 zile) functie de caracteristicile apei Dupa o perioada (30 - 50 zile) membrana se colmateaza si incepe sa se rupa degradand calitatea apei Aceasta se razuieste (se curata) manual sau mecanic si procesul este reluat In figura 52 se indica schema unui filtru lent
Dispoizitiv de curatat_____________________________membrana biologtca
Figura 325 indica tipurile de organisme care pot fi intalnite pe o adancime de 30 cm in nisipul filtrului lent
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
Nisipul din filtrul lent trebuie sa aiba urmatorii parametri
bull granulozitatea in domeniul dg = 035 - 050 mm
bull coeficientul de neuniformitate ult 15
(314)
In care d6o - diametral ochiurilor sitei prin care trece 60 din materialul cernut
d1o - diametral ochiurilor sitei prin care trece 10 din materialul cernut
01
50
bull inaltimea stratului de nisip H=90-100 cm cand grosimea stratului de nisip ajunge dupa curatiri succesive la 70 - 80 cm este necesara completarea la inaltimea initiala
Solutia filtrelor lente se prevede la debite relativ mici (max 10000 m zi) si surse de apa in general curate (lipsite de alge culoare poluanti toxici) Se pot obtine rezultate performante la ape necoagulate Operarea sistemelor de filtre lente este simpla Procesul de filtrare lenta este asimilat cu procese fizice si biologice Acestea din urma necesita o atentie si urmarire continua in etapele de operare a filtrelor in special referitor la starea coloniilor de bacterii aerobe din membrana biologica
310Filtre rapide
In figura 326 se prezinta schema unui filtru rapid Acesta este constituit din urmatoarele elemente componente
bull sistem admisie apa in cuva - are rolul echirepartitiei debitului catre cuvele de filtre
bull stratul filtrant peste care exista un strat de apa
bull drenaj cu rolul de a sustine stratul filtrant si de a transforma bulele mari in bule fine in procesul de spalare inversa
bull sistem de mentinere a nivelului apei in filtru (pentru filtrele cu functionare in sistem nivel constant si debit variabil)
bull statie de pompare apa de la spalare filtre si statie de suflante
bull instalatii hidraulice grupate in galeria tehnologica cu rolul de a asigura toate utilitatile necesare functionarii corecte a procesului (conducte si vane apa filtrata apa spalare aer spalare preaplin golire etc)
bull rezervor de apa filtrata amplasat de obicei sub toata statia sau in anumite cazuri numai sub galeria tehnologica
Procesul consta in doua etape
bull filtrarea apei parcurgand in sens descendent stratul de nisip si drenajul
bull spalarea filtrului in sens ascendent in doua faze distincte
o faza 1 (durata Ti=5-10 min)
o faza 2 - limpezire (durata Ti=10-15 min)
51
in ultimii 30-40 de ani in lume a existat o preocupare constants pentru perfectionarea procesului in sensul obtinerii performantei in calitatea apei filtrate (turbiditatea sa se incadreze in domeniulOl - 10 NTU)
Mecanismele de retinere in filtrele rapide se pot sintetiza ca in schema urmatoare
3101 Mediul filtrant
Calitatile materialului filtrant sunt urmatoarele
bull domeniul de granulozitate dg = 085 - 2 mm
bull coeficientul de neuniformitate u=d6odio lt 15
bull fractiunile inferioare diametrului 085 mm si superioare dmax 2 mm inferioare procentual la 10 in greutate
bull diametrul efectiv def = dio = 09-1 mm
bull sa realizeze un numar de goluri (porozitate) mare (pgt40)
bull forma granulelor apropiata de sfera pentru obtinerea unui grad de acoperire ridicat
bull continut de roci cuartoase recomandabil peste 95
bull sa aiba duritate (gt 7 in scara Mohs) pentru a nu se sfarama la spalare
Calitatea materialului filtrant influenteaza viteza de filtrare O serie de studii au indicat domeniul optim de granulozitate al nisipului de filtru conform figurii 328
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 52
3102 Calitatea influentului fn corelatie cu materialul filtrant
Pentru realizarea unei retineri eficiente a suspensiilor se impune ca in influentul filtrelor acestea sa fie floculate Aceasta se caracterizeaza prin coeficientul de coeziune al suspensiilor floculate (namol retinut) aceasta caracterizeaza capacitatea de rezistenta la forfecare si depinde de doza de floculant si natura (minerala sau organica a suspensiilor)
Procesul de optimizare a filtrarii rapide a apei ia in considerate principiul un filtru va functiona optim cand va produce cea mai mare cantitate de apa intre doua spalari succesive aceasta se va realiza cand timpul in care se atinge pierderea de sarcina limita este egal cu timpul in care se calitatea apei filtrate se inrautateste la limita maxim acceptabila (Ti = T2) sau penetrarea impuritatilor in interiorul masei filtrante se va efectua cu aceeasi viteza cu care creste pierderea de sarcina Expresiile celor doua perioade au fost determinate de cercetatorii Richard si Croce-Spinelli
Tx = a bull σ - 0 9 5 bull k-075bull def-045bull h0
n95bull v -185 (316)
T l = b bull σ-075 k - 0 7 5 bull dlef
1 5 Δhr05 bull vF
-065 (317)
In care Ti - perioada in care turbiditatea apei filtrate atinge valoarea limita (1 NTU)
T2 - perioada in care se atinge pierderea de sarcina limita (15 - 18 m)
a b - coeficienti empirici (experimentali)
hn - grosime strat nisip
Δhr- viteza de crestere a pierderii de sarcina
INSPECTIA SANITARA SI MOMTORIZAREA CALITATII APEI
VF - viteza de filtrare
k - coeficient de coeziune al namolului
a - depozitul specific (volumul de suspensii raportat la volumul de material filtrant)
Se constata ca fiecare filtru poate conduce la un ciclu optim functie de calitatea nisipului grosimea stratului calitatea flocularii suspensiilor din apa influenta si viteza de filtrare
3103 Variatia pierderii de sarcina
Urmarirea pierderii de sarcina este importanta pentru ca poate pune in evidenta functionarea filtrului Operarea optima a unui filtru se realizeaza prin urmarirea in timp a variatiei pierderii de sarcina si turbiditatii Masurile pentru realizarea acestui optim sunt
53
bull reducerea vitezei - cele mai performante filtre lucreaza cu viteze de filtrare variabile astfel incat colmatarea stratului sa se realizeze fara socuri
bull adaugarea unui polimer (doze 01 - 02 mgl) in influent pentru a mari rezistenta particulelor floculate
bull imbunatatirea calitatii nisipului
Presiune (m col H20)
Figura 329 Estimarea pierderii de sarcina Tn
stratul filtrant
3104 Spalarea filtrelor
Se realizeaza in contra curent de apa si aer comprimat Elementele tehnice care intervin esential in obtinerea performantelor spalarii sunt
bull calitate drenaj - din punct de vedere al uniformitatii debitelor de apa si aer
bull colectarea uniforma a apei de la spalare
bull metoda de spalare care sa asigure eliminarea totala a suspensiilor retinute in strat cu resurse minime
bull drenaj de mare rezistenta hidraulica (cu placi cu crepine)
Se bazeaza pe principiul introducerii unei rezistente hidraulice de 15 - 20 cm coloana de apa (reducerea brusca de sectiune la intrarea apei in tija crepinei) care asigura uniformizarea intensitatilor de spalare pe suprafata cuvei (abateri de plusmn 3-5) In figura 330 se prezinta schema drenajului cu placi cu crepine
Se pun conditii severe din punct de vedere constructiv pentru realizarea drenajului
bull asigurarea etansarii perfecte
bull asigurarea cotei exacte si unice pentru pozitia orificiilor de aer
bull rezistenta cosurilor crepinelor
bull asigurarea formarii unui nivel de separatie apa - aer uniform si constant pe toata suprafata cuvei
Cele mai performante filtre din punct de vedere al spalarii sunt filtrele cu baleiaj la spalare (figura 331)
INSPECTIA SANITARA SI MOMTORIZAREA CALITATII APEI
55
55
in perioada de spalare a filtrului nivelul in cuva se afla la cota NS jgheaburile J nu mai deverseaza si prin orificiile de la baza jgheaburilor se creeaza un curent de baleiaj (1-2 dm3sm2) cu apa decantata care impinge suspensiile spre jgheabul de colectare Se reduc astfel timpii de spalare (cu 50) si intensitatile si volumele de apa de spalare
Prin curgerea ascendenta a aerului masa de nisip vibreaza si peliculele de namol se desprind de granule Curentul ascendent de apa le antreneaza Spalarea numai cu aer induce vibrarea masei de nisip si depunerea namolului in zona inferioara a stratului De aceea este contraindicata spalarea numai cu aer in faza 1
In general echipamentele pentru asigurarea debitelor apa de spalare se adopta un utilaj (pompa) in faza 1 si inca o pompa de acelasi tip pentru faza a Il-a
3105 Asigurarea repartitiei uniforme a influentului
Pentru asigurarea repartitiei uniforme a apei decantate se utilizeaza diverse sisteme Cel mai performant este sistemul cu deversori neinecati conform cu schema din figura 332
3106 Sistemele hidraulice
Sistemele hidraulice asigura deservirea statiei de filtre atat in procesul de filtrare cat si in procesul de spalare Acestea se vor dimensiona conform vitezelor economice prezentate in tabelul urmator
3107 Reglajului debitului si nivelului de apa in cuva
Pentru filtrele care functioneaza cu nivel constant si debit variabil este foarte important ca nivelul apei in filtru se fie mentinut pseudo-constant Aceasta se asigura cu diverse sisteme de plutitori (regulator de nivel amonte) care comanda vana de pe conducta de apa filtrata sau cu sisteme electronice si hidraulice conform figurii 333
Figura 333 Sistem de reglare electronic al nivelului apei Tn filtru
Legends 1 Strat filtrant 2 Vana apa filtrata 3 Parghie comanda vana 4 Electrovana de comanda 5 Regulator electronic 6 Senzor de presiune pentru nivel filtru 7 Senzor de presiune sub planseu 8 Potentiometru 9 Indicator de
colmatare 10 Alimentare cu fluid de comanda
313 Afin area apei
Procesul de afmare a apei este constituit din combinatia intre procesul de post-oxidare cu ozon a apei filtrate urmat de adsorbtie pe carbune activ granular
3131 Post-oxidarea cu ozon
Ozonul (O3) se obtine din aer sau oxigen supus la descarcari electrice printr-un dielectric In figura 334 se prezinta un element dintr-un ozonor
figura 334 Element tubular de ozonor
1 - Intrare gaz vector (aeroxigen) 2 3 - Electrozi 4 - Dielectric 5 - Spatiu de descarcare electrica 6 - Gaz vector +
ozon 7 - Apa racire
Diferentele de potential la care se lucreaza sunt cuprinse intre 6000 - 18000 V functie de natura si grosimea dielectricului marimea spatiului de descarcare si presiunea absoluta de functionare
Concentratiile de ozon in gazul vector obisnuite sunt
bull 10-40gm - in cazul utilizarii aerului
bull 10-140 gm3 - in cazul utilizarii oxigenului
Pentru a realiza concentratii optime si stabilitatea procesului se cere punct de roua -60degC -80degC
Energia specifics pentru productia de ozon
bull 13-18 kWhkg O3 - produs din aer
bull 8-10 kWhkg O3 - produs din oxigen
Actiunea O3 asupra apelor de consum se poate sintetiza
bull imbunatatirea calitatilor organoleptice (gust miros culoare)
bull activitate bactericide si virulicida
bull oxidarea materiilor organice
bull oxidare micro-poluanti
bull imbunatatirea biodegradabilitatii in amonte de CAG
3132 Adsorbtie pe carbune activ granular (CAG)
Carbunele activ se poate obtine din carbuni minieri sau din coaja de nuca de cocos Majoritatea carbunilor minieri pot fi convertiti in carbune activ insa proprietatile carbunelui activ depind esential de calitatea initiala a carbunilor in special in ceea ce priveste duritatea acestora in acest sens se utilizeaza adesea coaja nucilor de cocos pentru fabricarea carbunelui activ
Exista o multitudine de procese de fabricare a carbunelui activ insa eel mai dezvoltat este piroliza urmata de activarea cu gaze de oxidare Piroliza (carbonizarea) presupune incalzirea materialului la temperaturi intre 600 si 900 degC in absenta aerului Pentru obtinerea unei porozitati ridicate se pot utiliza adaosuri de cloruri metalice (de exemplu ZnCl) Piroliza poate reprezenta unicul pas de activare in cazul in care se doreste obtinerea unui material cu 0 porozitate ridicata
A doua etapa este cea de oxidare care se realizeaza de obicei cu abur sau uneori cu aer Temperaturile sunt uzuale in gama de 600 - 900 degC Pe parcursul acestei etape se realizeaza 0 erodare a suprafetei interne a carbunelui si dezvoltarea unei retele extensive de micropori care cresc capacitatea de adsorbtie
58
Printre proprietatile principale ale carbunelui activ se enumera continutul de cenusa umiditatea densitatea marimea particulelor duritatea volumul si distributia dupa marime a porilor suprafata interna
31321 Continutul in cenusa
Continutul in cenusa este reprezentat de reziduul obtinut prin calcinarea la temperatura de 954 degC timp de 3 ore in aer Uzual continutul de cenusa variaza intre 3 si 10 Pentru reducerea cantitatii de cenusa se poate utiliza spalarea cu acid
31322 Umiditatea
Umiditatea se determina prin uscarea in cuptor timp de 3 ore a unei cantitati de 5 sau 10 g de carbune activ la temperatura 150 degC Se determina greutatea inainte si dupa uscare si racire in exicator Umiditatea in vrac a carbunelui activ este recomandabil sa fie limitata la maxim 5
31323 Densitatea
Sunt mai multe tipuri de densitati printre care se mentioneaza densitatea in vrac densitatea aparenta densitatea particulei si densitatea reala Densitatea in vrac sau densitatea aparenta reprezinta greutatea carbunelui activ uscat raportata la volumul pe care acesta il ocupa Aceasta se determina prin umplerea unui cilindru cu volumul de 100 ml cu carbune prin cadere libera dintr-o masina vibratoare si cantarirea volumului respectiv Valorile uzuale sunt in gama 05 - 06 gml pentru carbune activ fabricat din carbune minier respectiv 024 - 030 mg1 pentru carbune activ fabricat din lemn
Densitatea particulei reprezinta densitatea unei particule singulare Volumul pe care se bazeaza include volumul porilor precum si volumul materialului Densitatea particulei se determina in mod uzual cu mercur la presiunea atmosferica (mercurul umple spatiile goale din particula de carbune activ dar nu umple porii) Valorile uzuale sunt in gama 074 - 080 gml
Densitatea reala sau densitatea scheletului este cea determinate numai pe materialul (carbunele) propriu-zis Pentru determinarea acesteia se utilizeaza uzual o metoda de inlocuire cu heliu (heliul intra practic in toti porii materialului) Valorile uzuale sunt in gama 21 - 22 gml
31324 Marimea particulelor
Aceasta se determina prin cernerea a 100 sau 200 g de carbune printr-un sistem de site mecanice timp de 10 minute dupa care se cantaresc retinerile pe fiecare sita in parte Carbunele activ pudra se incadreaza de obicei in domeniul 005 mm - 15 mm
31325 Friabilitatea
Capacitatea carbunelui activ de a rezista la abraziune este unul dintre parametrii cei mai importanti Procedura de determinare a friabilitatii carbunelui activ presupune determinarea granulozitatii acestora inainte si dupa testul propriu-zis care consta in concasarea succesiva a carbunelui intr-un recipient alaturi de bile de otel inoxidabil Valorile uzuale ale indicelui de friabilitate sunt 65 - 80 (practic 70 - 75) ceea ce atesta faptul ca materialul este foarte usor friabil si este necesar atentie la procedura de spalare
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATIIAPEI 59
31326 Volumul si distributia dupa marime a porilor
Volumul porilor reprezinta volumul total al porilor din particula de carbune activ granular raportat la greutate Valorile uzuale sunt de ordinul 08 - 12 mlg pentru carbune activ fabricat din carbuni minieri respectiv 22-25 mlg pentru carbune activ fabricat din lemn Volumul total al porilor poate fi determinat printr-un test de adsorbtie cu azot desfasurate astfel incat azotul condensat sa intre in totalitate in porii carbunelui
Carbunele activ confine o structura complexa de pori de forme si marimi diferite Porii au de obicei o geometrie neregulata si sunt interconectati Dimensiunile porilor sunt uzual intre 10 A si 100000 A (001 cm) Distributia dupa marime a porilor depinde de tipul de material utilizat si de metoda si de durata procesului de activare
31327 Suprafata internaSuprafata interna a materialelor poroase in general se determinS cu ecuatia BET stabilita de
Brunauer Emmett si Teller Ecuatia descrie formarea de strate multiple de gaz condensat care apar atunci cand un gaz adsorbabil (de exemplu azotul) este in contact cu materialul poros Intr-un astfel de test se utilizeaza azot la temperatura de fierbere si presiunea atmosferica (-196 degC sau 77 K)
Ecuatia BET (expresia 318) a fost derivata presupunand urmatoarelebull rata de condensare a moleculelor din primul strat este egala cu rata de evaporare a
moleculelor din zonele acoperite cu un singur strat de moleculebull caldura de adsorbtie peste primul strat este constants si egala cu caldura de lichefiere
qqm=b(PPS)(1-PPs)(1-PPS+bPPS) ( 3 1 8 )
In care Ps - presiunea de vaporizare la saturatie la temperatura utilizata in test uzual 1 atm
q - cantitatea de substanta adsorbita la presiunea P
qm - cantitatea de substanta adsorbita numai cand se constata acoperirea totala a suprafetei cu un strat monomolecular
b - constanta determinata experimental
In figura 336 se prezinta o relatie tipica intre marimea porilor si suprafata totala Suprafata cumulativa este data de insumarea suprafetelor tuturor porilor cu un diametru dat sau mai mare Se remarca faptul ca marea majoritate a suprafetei este atribuita porilor de mici dimensiuni
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI60
3133 Teste uzuale de adsorbtie
In practica se utilizeaza o serie intreaga de teste pentru a determina capacitatea de adsorbtie pentru diferite tipuri de carbune activ Printre acestea se mentioneaza
- Indicele Iod reprezinta cantitatea de iod in miligrame pe gram adsorbit de un carbune activ la echilibru cu o solutie I2-KI cu concentratia 002 N indicele iod indica suprafata totala a porilor cu diametru de 10 A sau mai mare valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 800 - 1000 mgg
Indicele Melasa reprezinta un indicator al puterii de decolorare a carbunelui activ granular in contact cu 0 solutie de melasa la fierbere indicele melasa este in stricta legatura cu suprafata totala a porilor cu diametrul mai mare de 28 A valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 200 - 300
- Indicele Albastru de Metilen reprezinta cantitatea de albastru de metilen adsorbita de 1 g de carbune activ la echilibru in contact cu o solutie cu concentratia 1 mg1 de albastru de metilen Albastrul de metilen are greutatea moleculara 320 si indica suprafata totala a porilor cu diametrul de 15 A
- Activitatea tetraclorurii de carbon tetraclorura de carbon CC14 este un compus molecular mic si poate intra in toti porii In acest test un curent de aer este saturat cu CCI4 la 0 degC si este trecut printr-un strat de carbune activ mentinut la 25 degC pana cand nu se mai detecteaza nici o schimbare in greutate Activitatea este greutatea CCI4 adsorbita pe unitatea de greutate de carbune activ exprimata procentual Valorile uzuale ale acestui indicator sunt in gama 60 -80
- Indicele butan este similar activitatii tetraclorurii de carbon valoarea acestuia este exprimata grame de butan adsorbite pe 100 ml carbune activ valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 7 - 8 g 100 ml carbune activ
- Indicele FINAD stabilit de cercetatorul C Gomella si reprezinta un produs al mai multor indici F - fenol I - iod N - indol A - antipirina D - detergent
316 Deferizarea si demanganizarea apei
Fierul (Fe) si manganul (Mn) sunt elemente care se gasesc frecvent in mediul subteran si in apa apar in concentratii pana la 10 mg1 (Fe) si 2 mg1 (Mn) Prezenta fierului si manganului in apele potabile pot genera urmatoarele probleme
bull produce gust metalic dezagreabil
bull coloreaza tesaturile si echipamentele sanitare
bull formeaza precipitate in conducte care favorizeaza dezvoltarea bacteriilor feruginoase (Chrenothrix) acestea modifica regimul hidraulic calitatea apei distribute si favorizeaza fenomenele de coroziune
3161 Echilibrul fierului si manganului in apa
Fierul si manganul sunt prezente dizolvate in solutiile apoase sub forma Fe2+si Mn2+ Concentratia in oxigen a apelor subterane care contin Fe si Mn este nula Din namolurile situate in
2+ ~
zona anaeroba din hipolimnion se elibereaza ioni de Fe2+ si Mnz+ in apele lacurilor In numeroase ape naturale se remarca prezenta Fe3+ asociata cu substantele humice Stabilitatea fierului si manganului in apa depinde de numeroase variabile
bull pH-ul apei
bull concentratia diferitelor elemente chimice
bull potentialul de oxido-reducere (Eh) al solutiei
In figura 341 se prezinta diagrama de stabilitate a formelor fierului in solutie in aceasta diagrama o curba (linie) reprezinta locul geometric pentru care concentratia celor doua substante este aceeasi De exemplu linia 1 reprezinta solutia pentru care O2 si H2O au aceeasi valoare Aria cuprinsa intre curbele 1 si 2 reprezinta aria de stabilitate a compusilor de Fe Chimia manganului este asemanatoare cu cea a Fe Astfel la pH si Eh reduse Fe si Mn sunt stabile in forme bivalente
21 Circuitul apei in natura si formarea surselor de apa
Apa este o substanta aflata in cantitati relativ mari pe Pamant aparent circa 70 din suprafata Pamantului este acoperita de apa Cantitativ insa numai 1800 din volumul Pamantului o formeaza apa Dupa estimari pe Pamant exista 1384 milioane km3 apa din care
bull 97 apa in mari si oceane (apa puternic salinizata)
bull circa 18 (25 mil km3) gheata calotelor polare (groasa de pana la 2700 m si care daca s-ar topi ar conduce la cresterea nivelului marilor cu cca 80 m)
bull circa 84 mil km3 apa subterana
bull circa 02 mil km3 lacuri rauri
bull circa 600 km3 biosfera
Sub influenta energiei primite de la Soare si atractiei gravitationale apa se afla intr-un circuit permanent - circuitul (ciclul) hidrologic mondial (figura 21)
Energia calorica primita de Pamant serveste in cea mai mare parte pentru evaporarea apei (cca 360 000 km3an) Vaporii de apa condenseaza si cad sub forma de precipitatii (solide lichide) pe suprafata marilor si oceanelor in cea mai mare parte dar impinsi spre uscat ajung si deasupra acestuia
Precipitatiile spala atmosfera si dizolva un procent important de dioxid de carbon (CO2) care spala rocile peste care trece si dizolva substantele solubile Prin scurgere superficiala si subterana apele ce formeaza curenti si cursuri de apa ajung inapoi in mare In acest circuit apa transports si substantele evacuate voit sau nu ca rezultat al activitatii omenesti Apa se evapora din nou (numai apa - substantele dizolvate nu) refacand ciclul Substantele dizolvate ajunse in mare sau lacuri inchise se concentreaza ajungand la valori ridicate (in medie 35 g1)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 5
5
Circuitul dureaza circa 9 zile pentru apa lichida si poate dura mii de ani pentru apa care devine gheata respectiv zeci de mii de ani pentru apa subterana
Omul are nevoie de apa pentru mai multe folosinte
bull apa biologic necesara normal circa 2 1zi aceasta apa se consuma si se elimina prin transpiratie sau prin traectul digestiv apa eliminata prin transpiratie regleaza temperatura corpului
bull apa pentru prepararea hranei
bull apa pentru igiena personala
bull apa pentru igiena locuintei si spatiului de locuit
bull apa pentru combaterea incendiului
bull apa pentru realizarea produselor industriale
bull apa pentru obtinerea unor recolte mari in agricultural deci si dezvoltarea zootehniei etc
Cantitatile de apa necesare pentru asigurarea acestor nevoi sunt foarte mari de la circa 100 (m3an persoana) in tarile in curs de dezvoltare pana la circa (2000 m3an persoana) in tari puternic dezvoltate si cu resurse de apa
Aceste cantitati se obtin prin preluarea lor din ciclul apei in natura Locurile de unde sunt preluate se numesc surse de apa
Se disting doua tipuri de surse de apa
bull apa de suprafata
o apa din mari si oceane
o apa din lacuri naturale
o apa din rauri si lacuri artificiale
bull apa subterana
o apa din izvoare
o apa din straturile freatice puternic influentate de precipitatii (3 - 50 m)
o apa din straturile de adancime pana la 50 - 500 m sub pamant
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
Figura 22 Formarea surselor de apa
6
In particular referitor la acest flux general de apa Romania este o tare relativ saraca in apa
Cantitatea de apa medie anuala ce revine unui locuitor (din precipitatii) este de circa 1700 m3
(fata de o medie europeana de circa 100000 m3locuitoran de tara cea mai saraca - Egipt - 90
m3 locuitoran si fata de o medie mondiala de 6000 - 8000 m3 locuitoran) Stocul intern de
apa (cantitatea totala de apa cazuta intr-un an mediu pe suprafata tarii) este de circa 38 km3
locuitoran la care se mai adauga o cota parte din stocul Dunarii (circa 200 km3locuitoran)
In aceste conditii si la nivelul de dezvoltare industrials si agricola la care Romania a ajuns fara a putea spune ca apa este folosita in modul eel mai rational se utilizeaza deja circa 20 km3locuitoran (inclusiv pentru agriculture) In acest ciclu hidrologic apa mai asigura
bull reglarea temperaturii pe Pamant
bull dezvoltarea vegetatiei avand drept consecinta productia de oxigen prin fotosinteza si productia de masa organica (hrana combustibil)
bull producerea de energie hidraulica (cea mai importanta sursa de energie)
bull transporturile pe apa pe cai maritime sau de uscat (naturale sau artificiale)
bull uniformizarea poluarii pe Pamant
22 Surse subterane
Captarea surselor subterane se poate realiza cu
bull puturi sapate - sisteme de alimentare cu apa cu capacitati relativ reduse
bull fronturi de captare cu puturi forate
bull drenuri
In cele ce urmeaza se va face o descriere a principalelor elemente constitutive ale fiecarui sistem in parte pentru captarea apei subterane
221 Puturi sapate
Sunt constructii din beton slab armat cu sectiune de obicei circulars avand diametral de 1 -3 m executate in cheson Se utilizeaza pentru captari de mai mica importanta si pentru un numar de puturi relativ mic deoarece executia lor este destul de complicata si uneori nesigura Sunt recomandate in straturi acvifere la adancime mica (lt 10 m) cu permeabilitate ridicata
In tronsoanele de cheson care vor sta in apa se lasa goluri de 25 x 31 cm in care se amplaseaza ulterior barbacane prefabricate (elemente de beton cu slituri orizontale de circa 1 - 2
cm latime) Pe timpul lansarii golurile sunt acoperite la interior cu panouri de lemn pentru a evita intrarea nisipului si a reduce cantitatea de apa care intra in put Dupa ajungerea putului la cota si turnarea saltelei de inchidere de circa 50 cm grosime (in unele cazuri poate lipsi - daca stratul este format din argila) barbacanele se pot debloca Deblocarea se face manual dupa un epuisment prealabil si trebuie avut grija sa se faca deblocarea tuturor barbacanelor In caz contrar poate scadea mult suprafata de intrare in put si deci pot apare afuieri ca urmare a cresterii locale a vitezei de intrare a apei in barbacanele libere
Putul se inchide deasupra cu o placa de beton armat cu grosimea de 10 - 12 cm asezata la 50 cm peste nivelul apei in zone inundabile sau 50 cm peste nivelul terenului
Umplutura se incepe cu un strat de argila de circa 30 cm - care are rolul de a devia apa din precipitatii astfel incat infiltratia sa se faca prin stratul natural netulburat - si se termina cu o suprafata taluzata inierbata
Accesul in put se face printr-o deschidere protejata cu capac metalic In put se prevad trepte de acces din otel beton (020) prinse in perete - cu pasul de 030 m
Treptele se termina pe un podest din beton armat amplasat deasupra nivelului maxim al apei din put podest pe care se afia vana de inchidere a conductei pentru captarea apei din put
Putul este ventilat cu ajutorul unui cos din tabla sau teava de otel cu inaltimea de 80 - 180 cm asigurat cu casca de protectie contra precipitatiilor si sita de cupru (ochiuri de 1 mm) contra insectelor mici
Instalatia hidraulica se compune din sorb conducts de sifonare si vana etansa in cazul in care apa din puturi se capteaza cu un sistem central de sifonare pompa submersibila conducta de
INSPECTIA SANITARA SIMONITORIZAREA CALITATII APEI
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
8
8
refulare clapet de retinere vana de reglaj in cazul in care puturile sunt echipate cu pompe individuale speciale de tip submersibil
In unele cazuri putul poate fi echipat si cu pompe cu ax orizontal asezate peste nivelul apei pe o placa de beton armat In acest caz trebuie sa fie luate masuri de siguranta contra deteriorarii pompelor din cauza umezelii pentru amorsarea acestora precum si in vederea evitarii accidentarii personalului care manipuleaza aceste pompe
In instalatia hidraulica a putului se va monta intotdeauna si un debitmetru sau contor de apa (controland periodic debitul se poate vedea cum functioneaza putul) Contorul trebuie montat inainte de vana de reglaj pentru a putea fi scos din circuit prin izolarea putului respectiv fara a afecta functionarea celorlalte puturi ale captarii Totodata sunt necesare amenajari sau dispozitive pentru masurarea nivelului apei in scopul asigurarii functionarii putului cu o denivelare mai mica decat denivelarea maxima calculate sau stabilite la proba finala de receptie a putului
222 Puturi forate
Avand un domeniu de aplicatie mult mai larg (teoretic se pot face puturi forate in orice conditii) si beneficiind de o tehnica de lucru mult mai bine pusa la punct (prin preluarea din tehnica forajului pentru titei) precum si de utilaje astazi foarte perfectionate puturile forate au fost folosite la cele mai multe din captarile de apa subterana executate in tara
Puturile de mica adancime (20 - 30 m) au fost executate cu instalatii manuale procedeul uscat iar cele de adancime mai mare (in general nu s-au depasit 300 m pentru a nu capata o apa prea calda - peste 25degC) prin foraj hidraulic rotativ - procedeul direct Abia in ultimii ani s-a folosit si procedeul cu circulatie inversa folosind ca element de antrenare apa sau aerul (sistemul aer-lift)
Elementele componente ale unui put forat sunt urmatoarele
bull Cabina putului (camin din beton beton armat zidarie) care adaposteste instalatia hidraulica si uneori si instalatia electrica de forte si permite executarea de lucrari de remediere si intretinere a putului Atunci cand se gaseste total sau partial sub nivelul apei subterane se execute cu izolatie hidrofuga (figura 24)
bull Coloana definitivd este o coloana plina (burlan de foraj) de protectie a gaurii de foraj pe zona straturilor uscate sau a caror apa nu se capteaza
bull Coloana filtrantd este elemental eel mai important in functionarea putului Are rolul de a sustine peretele rocii stratului acvifer si de a lasa apa din strat sa intre in put O coloana de filtru buna trebuie deci sa indeplineasca simultan urmatoarele conditii (1) sa permite amplasarea elementului de captare a apei (2) sa aiba rezistenta mecanica suficient de mare pentru a nu se deforma la solicitarea din impingerea stratului subteran (3) sa aiba o suprafata activa libera cat mai mare (procentul de goluri notat cu n cu valori de 5 - 30 este un parametru caracteristic al coloanei) si rezistenta hidraulica mica la trecerea apei prin perete (4) sa reziste la agresivitatea apei sisau solului in care se amplaseaza pentru a nu fi distrusa sau colmatata (5) sa permite o buna deznisipare a putului atat la punerea in functiune cat si in timpul exploatarii (6) sa aiba un cost redus (7) sa se poata executa usor - pe cale industrials Ca material coloana se poate executa din otel (tub sau tabla roluita) protejat contra coroziunii fonta (tub gaurit sau foaie roluita cu slituri) sticla portelan materiale ceramice etc Cea mai utilizate este solutia cu coroana de pietris margaritar Dificultatea consta in modul de executie al acestuia In cazul in care este suficient un singur strat acesta se executa prin turnare de sus Daca materialul are granule cu marimi diferite se produce o sedimentare in aer si apa obtinandu-se un strat neuniform Pietrisul se poate introduce si prin circulatie de noroi - procedeu aplicat la noi cu rezultate bune (in noroiul care spala gaura de detritus se introduce pietrisul care este transportat in amplasament
ramanand intre peretele forajului si coloana de filtru se evita astfel sedimentarea materialului neuniform) In cazul in care sunt necesare mai multe straturi acestea se pot executa folosind numai turnarea de sus cu ajutorul unor coloane auxiliare (au fost executate puturi cu 3 straturi comportarea lor in exploatare fund foarte buna) Alegerea granulatiei se face dupa reguli cunoscute Pentru usurinta se poate aplica regula multiplicarii cu 4 a marimii medii a granulelor straturilor vecine (ca la filtrul invers) ultimul strat langa coloana de filtru avand granule mai mari decat golurile din coloana
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 10
Ventilatie
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
bull piesa de fund decantorul este o prelungire a coloanei de filtru cu o lungime de 2 - 5 m are rolul de a permite nisipului - care este antrenat de apa din strat normal sau accidental in timpul functionarii putului - sa se decanteze Periodic aceasta poate fi scos cu o lingura specials sau prin pompare
bull instalatia hidraulica este alcatuita in mod similar cu cea de la putul sapat Pentru a se asigura o colectare relativ uniforma a apei prin toata coloana de filtru este bine ca elemental de captare a apei din put (capatal liber al conductei de sifonare pompa submeribila) sa fie amplasat in jumatatea de jos a coloanei de filtru intr-o portiune a acesteia fara orificii (de cca 2 m) Uneori poate fi amplasat si la partea de sus a decantorului - atanci cand coloana de filtru a putului are o lungime mica Piesa care face trecerea de la conducta verticals la cea orizontala si care se mai numeste si casca putului este demontabila pentru a putea fi scoasa la deznisipare sau alte operatiuni de intretinere a putului
In cazul in care puturile vor fi echipate cu pompe individuale este obligatoriu ca pe conducta de refulare din put inainte de vanS sa se prevada un clapet de retinere Aceasta are rolul de a nu lasa apa din colector sa intre in put in cazul in care dintr-un motiv oarecare pompa nu mai functioneazS In orice caz dupS orice oprire pompele vor fi repornite (dupa regulile de pornire stabilite ale unei pompe centrifuge) altfel existand riscul innisipSrii si deteriorSrii putului intrucat din cauza coloanei de apa cu inSltime micS pompa tinde sa absoarba brusc un debit mare de apa (deci viteza de intrare in coloana putului poate depasi viteza admisibila)
223 Sistemul de colectare prin pompare
La debite mici si adancimi ale apei peste 20 m se folosesc pompe submersibile (pompa si motorul sunt executate monobloc si introduse in put fiind sustinute de conducta de refulare) iar
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
1
1
pentru debite mari si la adancimi sub 20 m se folosesc pompe cu ax vertical cu motorul in mediu uscat (amplasat in cabina supraterana) si pompa cufundata in apa In ultimul caz transmiterea cuplului motor se face prin intermediul unui arbore amplasat in axul conductei de refulare Linia piezometrica la sistemul de colectare cu pompe este aratata in figura 26 pentru doua situatii cu pomparea direct din put intr-un rezervor de inmagazinare respectiv cu pozarea unei statii de pompare intermediare prevazuta cu pompe cu ax orizontal Cea de-a doua varianta conduce la economii de energie
In cazul echiparii cu pompe este esential ca (1) debitul pompei sa fie eel mult egal cu debitul maxim al putului (2) pompele sa functioneze in regim constant in timp (3) dupa oprirea pompelor reporairea sa se faca manual cu respectarea regulilor generale si deschiderea vanei de refulare sa nu permita preluarea unui debit mai mare decat debitului putului
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 1
224 Captari cu dren
Drenul este un element constructiv permeabil orizontal nevizitabil (dren propriu-zis) sau vizitabil (galerie) care asezat in calea curentului subteran de apa il capteazS si conduce apa captata spre unui din capete la un put colector Prin urmare drenul indeplineste un rolul dublu
bull captarea apei din strat
bull transportul acesteia la putul colector Elementele
principale ale drenului sunt date in figura 27
Figura 27 Elementele captarii cu dren de coasta a - plan b - profil longitudinal prin dren c -
sectiune transversala tip d - detaliu de tub pentru dren
Pe o directie aproximativ perpendiculars pe directia de curgere a curentului de apa subteranS se sapa un sant de lStime convenabilS - sapSturS taluzatS in cazul in care debitul stratului este mai mic iar stratul este format din material grosier (pietris nisip mare) sau sapStura sub protectia a doi pereti de palplanse din lemn metal sau beton armat (mai rar) infipte in prealabil panS la stratul de bazS dacS stratul acvifer este puternic (bogat) iar materialul din strat confine in cantitate mare fractiuni fine SApStura se executS panS la stratul de bazS cand drenul perfect se aseazS chiar pe strat sau nu cand drenul se aseaza deasupra stratului de baza (dren imperfect) el captand numai o parte din apa stratului
Daca drenul este amplasat la baza unui strat acvifer a carei panta piezometrica in regim natural este mai mare de 001 drenul se numeste dren de coasta si se considers ca primeste apa dintr-o singurS parte iar dacS drenul este amplasat in strat acvifer cu panta piezometrica mai mica (ilt00l) drenul se numeste dren in bazin si se considers cS primeste apa din ambele pSrti
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 1
Dupa nivelarea fundului sapampturii (executatS cu panta de minim lo data in proiect) se monteazS tuburile de drenaj de obicei din beton dar pot fi si de argila arsa zidarie de piatrS azbociment bazalt etc
Daca se considers necesar se executa in prealabil un strat de beton de egalizare (de cca 10 - 20 cm) Tuburile se aseaza cap la cap (preferabila folosirea tuburilor cu talpS) fScand sau nu etansarea capetelor La circa 50 m distanta se lasa loc pentru executarea caminelor de vizitare care au radierul cu circa 50 cm mai coborat decat cota radierului tubului pentru a asigura un mic volum de depozitare a nisipului (antrenat eventual de apa) Diametrele tuburilor cresc spre putul colector schimbarea de diametre se face obligatoriu in dreptul unui cSmin intre 2 cSmine traseul drenului trebuie sa fie rectiliniu dar pe ansamblu drenul poate fi format dintr-o serie de aliniamente care se intersecteaza sub diferite unghiuri (mai mari de 90deg) Tubul de drenaj are orificii in jumStatea superioara orificiile sunt conice cu dimensiunea mai mica la exterior pentru a permite materialului granular care a intrat in orificii sa cada in dren Jumatatea de jos a drenului serveste pentru transporrul apei
In jurul tubului-dren se prevede un filtru invers din straturi de minim 10 cm grosime Straturile au marimea granulelor stabilitS ca la un filtru invers Un filtru invers este o succesiune de straturi din material granular asezate astfel incat granulele unui strat sa nu treaca prin golurile stratului urmator in sensul in care circulS apa Pentru a avea indeplinitS aceasta conditie este suficient ca raportul intre diametrele medii a doua straturi adiacente sa fie maxim 4 -5
Peste straturile filtrului invers se face umplutura din material local bine compactat daca este cazul extragand si palplansele o data cu avansarea umpluturii acestea se pot scoate si ulterior folosind insa un utilaj mai puternic si avand grijS sa nu se deterioreze stratul interior de material
La circa 50 cm deasupra nivelului stratului de apa se executa cu una sau doua pante o saltea de argila de circa 30 cm grosime Rolul sau este de a devia apele din precipitatii ce tind sa se infiltreze spre dren direct prin zona de umplutura care este mai prealabila Se continua umplutura peste saltea se compacteazS si se lasa cu bombament pentru ca la o eventualS tasare in timp sa nu ramana un sant superficial in care sa bSlteascS apa Se amenajeaza caminele cu umplutura de 50 cm peste nivelul apei de inundatie la asigurarea de 1 se executa putul colector si se echipeazS cu o stavilS de perete si un deversor triunghiular la debusarea drenului in cazul drenurilor lungi putul colector se aseaza la jumatatea frontului obtinand un dren cu doua ramuri care pot fi sau nu simetrice dupa particularitStile drenului Putul colector poate servi numai ca bazin de aspiratie pentru pompe (inaltimea stratului de apa de circa 10 - 120 peste sorb) cat si ca statie de pompare in care caz partea de deasupra se amenajeaza corespunzator
Daca apa captata contine substante care precipita usor in contact cu aerul (saruri de fier mangan) si se depun pe peretii drenului riscand sa-1 colmateze in timp atunci drenul se executa vizitabil Pentru a permite circulatia personalului de intretinere se executa si o mica pasarela in lungul drenului La drenuri ce capteazS apa potabila vor fi luate masuri de protectie sanitara
226 Tratarea apei din surse subterane
Calitatea apei subterane este influentatS de urmStorii parametri
bull nature mineralogies si geologicS a subsolului terenului in care se formeaza (sau curge)
bull calitatea apelor infiltrate de la suprafata terenului (numai pentru strate freatice)
In functie de influenta pe care apele meteorice o au asupra calitatii apei subterane straturile acvifere se clasifica in
bull strate freatice cantonate la adancimi mici sub suprafata terenului calitatea apei este influentatS direct de infiltratiile de la suprafata terenului sau exfiltratii din sisteme pozate subteran (retele canalizare fose conducte de petrol si gaze)
bull strate captive situate la adancimi de la 50 m la 150 - 200 m in subsolul terenului calitatea apei este putin (deloc) influentatS de apele infiltrate de la suprafatS
Acumularea si circulatia apei intr-un strat determina preluarea caracteristicilor rocilor stratului Se stabileste un echilibra intre caracteristicile apei si compozitia terenului in care este stocatS (sau curge) Rocile compacte cu fisuri sau caverne dau apei continut de gaz carbonic carbonati CO2 Principalele caracteristici ale apelor subterane se pot sintetiza
bull temperature - relativ constants ~ 10 -12degC
bull turbiditatea (MTS) - redusanula
bull culoare - data de materiile in solutie (acizi humici)
bull mineralizare - constants superioara apelor de suprafata
bull Fe Mn (bivalenti) - in general prezenti
bull CO2 agresiv - adesea prezent
bull O2 dizolvat - redusabsent
bull H2S - prezent in special in apele de adancime de carst
bull NH4 - prezent frecvent fara indice poluare
bull NO3 - continut ridicat pentru stratele freatice
bull Micropoluanti - in general absenti poluarile accidentale
bull Elemente vii - frecvent ferobacterii
bull Caracter eutrof-nul
Din punct de vedere al incarcarii s-a propus clasificarea surselor subterane in doua categorii
bull Surse cu incarcare redusa s-a luat in considerate existenta Fe2+ si Mn2+ in apa subterana in cantitati reduse dar care depasesc limitele impuse de Legea 4582002
bull Surse subterane incarcate in acceptiunea incdrcat se intelege depasirea continutului de Fe (pana la 50 ori) Mn (pana la 20 ori) azotati azotiti si H2S
In tabelul 21 se indica principalele caracteristici
Tabelul 21 Caracteristici principale surse subterane Denumire parametru Caracteristici apa
brutaFrecventa de depasire a prevederilor Legii 4582002 ()
Caracteristici necesare apa tratata
Tncarcare redusa
sursa incarcata
Tncarcare redusa
sursa incarcat
a
Directiva 9883EC
Legea 4582002
Fier total (mgl) 02-20 30-100 20 50 02 02Mangan (mgl) 005-05 08-10 20 50 005 005Azotati (mgl) lt50 80-120 - 80 50 50Azotiti (mgl) lt05 20 - 50 - 80 05 05Amoniu (mgl) lt05 10-20 - 50 05 05Hidrogen sulfurat (mgl) lt01 13-20 - 50 - 01
in situatia in care se utilizeaza 0 sursa subterana cu incarcare redusa potabilizarea apei se poate realiza printr-o schema indicata de figura urmatoare
Figura 28 Schema de tratare a apei din sursa subterana cu Tncarcare redusa Notatii Aerare - Bazin de contact pentru oxidare fier si mangan FRN - filtrare rapida pe strat de nisip pentru
retinere fier si mangan oxidat DZF - Dezinfectie cu clor
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
Schemele de potabilizare pentru surse incarcate sunt complexe asa cum rezulta din figura 29 Sunt necesare
bull procese de oxidare in sistemul multi - bariera (pre-oxidare si post-oxidare)
bull procese performante de oxidare sedimentare in stadiul I si II
bull procese de afinare
In astfel de situatii solutiile se stabilesc prin analiza mai multor variante de surse functie de consumatorii afectati o sursa mai departata (zeci de km) poate deveni avantajoasa vis-a-vis de costurile implicate in tratare
1
Figura 29 Schema de tratare apa din sursa subterana foarte
Incarcata INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
1
24 Captari din rauri
241 Captari Tn albie
2411 Captarea cu sorb
Se recomanda pentru captari provizorii mobile sau sezoniere Consta intr-un sorb amplasat convenabil in apa si stabilizat pentru protectie contra plutitorilor mari In figura 210 este schitata o captare fixa cu sorb
Sorbul este o confectie metalicS specials inchisa la un capat legata cu flanse la conducta de aspiratie cu celalalt capat si prevampzutS cu orificii pe suprafata laterals (cu dimensiuni suficient de mici pentru a nu intra plutitorii sau suspensiile mari) Pentru a avea viteze mici de intrare diametral sorbului este de 15 ori mai mare decat diametral conductei de aspiratie Pentru a nu aspira plutitori care sa-1 infunde sau a nu fi blocat in gheatS (hg = 03 - 04 m) si pentru ca gheata care se sparge in bucati la o viiturS de primavarS sa nu blocheze sorbul si sa-1 distrugS acesta trebuie sa fie asezat la minimum 05 m sub nivelul minim al raului la asigurarea normatS Pentru a capta aluviuni cat mai putine si de dimensiuni mai mici sorbul trebuie asezat la minimum 05 m peste fundul albiei Rezulta cS sorbul se poate prevedea in conditii normale in ape a caror adancime depSaeste 120 m (considerand ca sorbul are un diametra de minim 200 mm la un debit relativ mic)
Tot in scopul reducerii cantitatii de aluviuni antrenate sorbul se aseaza cu ajutorul unui cot in sensul de curgere al apei astfel incat apa sa intre in sorb prin intoarcere Sorbul se stabilizeaza in albie cu ajutorul unor piloti din lemn cu diametral de 0 10-12 cm batuti sub adancimea de afuiere in albie
In cazul captarilor mobile (folosite in special la irigatii) conducta de aspiratie se poate lasa aproape vertical in apa neingropata in mai cu asigurarea ca efectul dinamic al apei este atat de mic incat eforturile rezultate pot fi preluate de imbinari si conducte Sprijinirea se face prin amenajarea malului in trepte (trebuie avut grija sa nu fie depasita inaltimea de aspiratie a pompei amplasate pe mai)
2412 Captarea cu crib
Este o captare la care sorbul este protejat cu o constractie fixa stabila numita crib Cribul poate fi executat din elemente detasabile (grinzi din lemn elemente din beton armat de tip grinda) sau turnat pe loc (cu sorbul separat sau sorbul incorporat in constractie) In figura 211 se prezinta o captare cu crib
Grataral cribului se dimensioneaza la o viteza medie de trecere de 01 - 03 ms grataral se executa din bare rezistente la socul cu plutitorii iar amplasarea lor se face pe partea laterala sau aval a cribului (soc din cauza plutitorilor redus acces redus al aluviunilor din cauza intoarcerii curentului de apa aluviunile tree avand inertie mai mare)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 18
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
Apa captata prin crib poate fi aspirata de o pompa sau poate fi sifonata intr-un put colector cu rol de deznisipator si camera de aspiratie pentru pompe Vacuumul maxim pe conducta nu trebuie sa depaseasca 4-6 metri
Pentru sporirea sigurantei constructiei pot fi realizate mai multe criburi asezate in sah la 10-20 m in albie legate separat la pu|ul colector in cazul unor utilizatori importanti pot fi prevazute si criburi de rezerva Este esential ca toate criburile sa fie in stare de functionare altfel din cauza nisipului conductele de legatura si captarea se blocheaza Periodic conducta si cribul pot fi spalate prin aspirarea apei prin (n-1) criburi si refularea acesteia (sau a unei parti) prin cribul n care se spala Pentru aceasta instalatia hidraulica in putul colector trebuie gandita adecvat
Daca malul este inundabil si putul colector nu se poate departa pentru a iesi din zona inundabila vor fi luate masuri de indiguire a zonei sau de ridicare a putului la o cota cu minimum 050 m peste nivelul inundabil si aparare contra efectului dinamic al apei (accesul la put se va asigura pentru orice conditii)
A
In cazul in care nu se poate asigura adancimea pentru navigatie cu acordul beneficiarului zonei de navigatie se poate amplasa cribul mai sus luandu-se masuri corespunzatoare pentru marcarea pozitiei criburilor prin balize
242 Captari Tn mai
Captarea in mai se adopta in cazul unor debite importante cu o mare siguranta in functionare si cand situatia locala nu permite executarea de criburi
Captarea de mai are mai multe variante de constructii in functie de debitul captat si de destinatia apei captate Astfel pentru centre populate sau industrii unde debitul este totusi redus iar apa urmeaza sa suporte o tratare pentru corectarea calitatii pot fi prevazute captari cu cheson de mai Pentru debite mari de apa (mari unitati industriale centre populate mari irigatii CET-uri etc) se prevad captari in mai de tip bazin deschis
1
Figura 211 Captare cu cribLegenda 1 Put colector (cheson) 2 Crib din elemente prefabricate 3
Gratar 4 Saltea de fascine 5 Conducta de sifonare 6 Sistem de amorsare 7 Vacuum 8 Sorb 9 Conducta catre statia de pompare 10 Radier din beton armat
11 Cutitul chesonului 12 Strat depuneri
Captarea cu cheson este o constractie monolita care de obicei cuprinde si statia de pompare - echipata eel mai bine cu pompe cu ax vertical Schematic constructia unei captari de mai este prezentata in figura 212
B - B
c
Figura 212 Captare de mai cu cheson a-sectiune verticala 6-8 fo-detaliu sita c-sectiune orizontala
A - A
Legenda1 - camera de admisie si deznisipare a apei 2 - camera sitelor rotative 3 - camera cu rol de bazin de aspiratiepentru pompe 4 - camera uscata pentru pompe
INSPECTIA SANITARA SIMONITORIZAREA CALITATII APEI
Constructia este formata dintr-un cheson de dimensiuni mari asezat in malul raului astfel incat in fata ferestrelor de priza sa fie asigurat in permanent un nivel suficient de apa
Din cauza dimensiunilor si adancimii mari de fundare de obicei lansarea chesonului se face cu aer comprimat in partea de jos asigurandu-se o camera de lucru betonata ulterior Constructia este compartimentata vertical pe linii tehnologice dintre care una este intotdeauna de rezerva In interior se deosebesc patru camere (compartimente) cu urmatoarele roluri
1 Camera de admisie si deznisipare a apei (cu posibilitati de evacuare a nisipului depus)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
2
20
2 Camera sitelor rotative sitele rotative sunt formate din panouri de sita cu ochiuri relativ mici (1-3 mm) articulate si trecute peste doua tambururi - unui sus (motor) si altul jos (pasiv) apa trece prin panourile de sita sunt retinute pe sita impuritatile mari plutitorii in general si apoi panoul descarcat se ridica permanent ajungand deasupra nivelului apei in fata unui jet de spalare
3 Camera cu rol de bazin de aspiratie pentru pompele din camera 4
4 Camera uscata care adaposteste pompele treapta I (care trimit apa de la sursa la statia de tratare) In cazul in care nu se dispune de pompe cu ax vertical (care au motoarele montate pe platforma superioara) pot fi prevazute fi prevazute si pompe cu ax orizontal cu luarea unor masuri importante de pastrare uscata a camerelor
Cand sunt disponibile pompe cu ax vertical camerele 3 si 4 pot fi unificate In partea superioara a constructiei se prevad camera de comanda camera de manevra a vanelor si pompelor de epuisment camera motoarelor pompelor verticale si sala transformatoarelor (daca este cazul) Nivelul planseului se executa de obicei cu circa 07 m peste nivelul maxim al apelor raului cu asigurarea 1 In fata prizei se executa o pasarela de acces a personalului pentru curatarea gratarelor de la priza si indepartarea plutitorilor si ghetii Gratarele sunt rare cu distante intre bare de 3 - 10 cm
Admisia apei in priza se face prin doua serii de ferestre - o fereastra sub nivelul minim si o fereastra sub nivelul maxim Viteza de trecere a apei este de 02 - 03 ms iar nivelul de apa peste marginea de sus a ferestrei de minimum 050 m
La nivelurile mari in rau se lucreaza cu fereastra de sus pentru a evita antrenarea in priza a aluviunilor mari care sunt tarate de apa la partea de jos a albiei Pentru inchidere fiecare fereastra are in spate o stavila plana manevrabila de la suprafata In fata ferestrelor gratarele sunt rare din bare rotunde (teava) sau profile si se pot curata cu greble mecanice (la prizele mari) sau manual Gratarele trebuie sa fie executate cu atentie si iarna se pot inlocui cu gratare din lemn sau se pot lua masuri speciale pentru a se evita prinderea zaiului de barele metalice (bune conducatoare de caldura)
Zaiul este gheata in cristale fine care pluteste in masa de apa Pentru a evita blocarea cu gheata au fost imaginate mai multe sisteme toate fiind insa perfectabile Astfel la centralele termice sau industriale unde exista abur rezidual sau apa calda se transforms gratarul in radiator prin interiorul tevilor circuland agentul de incalzire sau se toarna apa calda inaintea gratarului astfel incat apa care trece prin gratar sa aiba 01 - 05degC In alte cazuri s-a transformat gratarul in rezistenta electrica legandu-1 la o sursa de tensiune convenabila (putere instalata de cca 10 kWhm2) consumul de energie este relativ mare iar pericolul de accidentare este ridicat S-a recurs si la imbracarea barelor gratarului in cauciuc ebonita sau mase plastice in scopul impiedicarii zaiului sa se prinda de bare In foarte multe cazuri insa se sparge gheata la priza cu unelte manuale atunci cand se constats ca nu mai intra apa suficienta operatiune foarte grea si riscanta In cazul in care apa raului contine in anumite perioade o cantitate mare de suspensii se poate aseza priza nu pe malul raului ci intr-un bazin executat pe malul raului iar apa raului parcurgandu-1 se produce deznisiparea
Foarte importante sunt forma sub care se amenajeaza intrarea apei din rau in bazin (existand riscul aparitiei depunerilor) si modul in care se reuseste sa se faca evacuarea depunerilor din bazin In literature de specialitate se citeaza si alte posibilitati de folosire a acestor bazine Uneori aceste bazine au fost executate sub forma de canale lungi cu priza la caparul eel mai departat Curatirea canalului se poate face prin dragare
Sunt situatii insa in care din motive locale debit mare si curgere gravitationala captarea poate fi mai simpla Captarea poate avea un singur compartiment pentru debite mici sau poate fi organizata pe linii pentru usurinta exploatarii Intrarea apei se face pe sub un timpan care evita socul plutitorilor cu gratarul si dirijarea acestora in aval Pentru punerea la uscat fiecare compartiment se prevede cu batardou demontabil Priza poate avea doua gratare in serie un gratar rar si un gratar des
O mare importanta o are directia de asezare a gratarului fata de directia circuitului de apa asezarea corecta este data de conditiile locale si uneori sunt necesare studii detaliate pe model in laborator Gratarul se poate aseza paralel cu curentul de apa putin oblic astfel incat apa sa atace gratarul sub unghiul eel mai favorabil sau frontal
243 Captari cu regularizarea albiei
Sunt situatii in care pe rau exista debitul de apa necesar pentru captare dar albia este atat de dezvoltata incat inaltimea apei nu permite derivarea debitului necesar In aceasta situatie este nevoie de inaltarea (cresterea) nivelului apei Una din solutii este de a ingusta albia prin lucrari artificiale de regularizare Intrucat asemenea lucrari de regularizare pot fi necesare si in alte cazuri (stabilirea albiei minore de exemplu) vor fi date cateva elemente generale urmand ca in caz de necesitate sa se apeleze la lucrari de specialitate Lucrdrile de regularizare se prevad si se executa cu respectarea urmatoarelor reguli generale
bull la ape mici curgerea sa fie cea dorita (stabila catre priza) iar la ape mari sa nu se produca inundatii in zonele vecine (sa nu se reduca din capacitatea de transport a albiei)
bull lucrarile sa se execute in etape pentru a se putea cunoaste reactiile la noile conditii si pentru a se putea cunoaste reactiile la noile conditii si pentru a se putea face corectari in etapele urmatoare
bull tipurile de lucrari sa se incadreze in peisaj
bull lucrarile sa nu stanjeasca circulatia apei pentru alte folosinte sau sa produca baltirea apei cu efecte de insalubritate
bull sa se prevada lucrari cu materialele din zona
bull sa fie folosita tendinta naturala de curgere a apei puterea si capacitatea colmatata a curentului
In figura 38 sunt schitate tipurile de lucrari mai des utilizate lucrari in albie (diguri de dirijare traverse de colmatare epiuri) si lucrari de aparare si consolidare a malurilor Elementele constructive tip sunt in general executate printr-o combinatie rationala de
bull combinatie de lemn cu piatra (casoaie suluri si saltele de fascine)
bull combinatie de piatra cu metal (gabioane)
bull anrocamente (piatra mare sparta)
bull beton beton armat sub forma de constructii masive sau elemente prefabricate
bull constructii vii formate din inierbare vegetatie mica (se ia in considerare capacitatea de transport a
albiei la ape mari)Apardrile de mai sunt lucrari de consolidare a malului raului impotriva efectului de eroziune al apei
la viteze mari Acestea pot fi lucrari foarte simple cum sunt taluzele inierbate cu unele elemente simple de fixare sau lucrari mai complicate ca taluz pavat cu elemente de beton zidarie de piatra rostuita sau nu
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
Figura 213 Lucrari de regularizare a albiei Tn zona prizeiLegends a - plan cu tipurile de lucrari b - tipuri de aparari de mai 1 - cu
casoaie 2 - cu dale din beton armat 3 - cu elemente mixte (zidarie de piatra secti Tnierbare) c - diguri epiuri executate din 1 - gabioane 2 - anrocamente
22
zidarie de sprijin din zidarie beton sau beton armat La constructive de mai trebuie tinut seama ca in afara de efectul de erodare si de afuiere a patului de sprijin actioneaza si impingerea malului
Digurile longitudinale sunt lucrari executate in albie care au rol de a dirija pe o portiune un spatiu relativ fix apa raului Se realizeaza din anrocamente cu marime suficienta pentru a nu fi antrenate de apa prefabricate de beton gabioane (piatra de rau balast inchis in casete de sarma zincata pentru a obtine o stabilitate generala mare - elemente simple ieftine si stabile atata timp cat sarma de la cos nu cedeaza sub efectul eroziunii si coroziunii) casoaie din lemn blocuri de beton legate elastic etc Capetele acestor diguri trebuie sa fie bine aparate eventual legate cu cate un epiu astfel incat curentul de apa sa nu patrunda in spatele digului Daca digurile sunt deversate vor fi luate masuri constructive contra afuieri sau spalarii patului cu efect imediat asupra stabilitatii constructiei
Epiurile sunt ca si digurile constructii permeabile rezistente la actiunea apei submersibile sau nu care dirijeaza apa raului pe un anumit spatiu si favorizeaza colmatarea treptatS a spatiului dintre ele Ca pozitie pot fi dirijate spre aval normal pe albie sau orientate spre amonte Se executa din aceleasi materiale ca si digurile Daca albia are un pat usor afuiabil inainte de executia digului propriu-zis se amenajeaza un pat elastic din saltele de fascine sau numai rulouri de fascine O atentie deosebitS se da capului epiului (partea terminals dinspre apa) care este elementul eel mai solicitat Totdeauna coada epiului trebuie bine incastrata in mai pentru a nu permite apei sa-1 ocoleasca
Traversele de colmatare sunt diguri scurte executate din umplutura de material local protejata cu anrocamente mari pe albia minora ce trebuie pSrSaitS sau pe bratele auxiliare care trebuie sa fie colmatate L ape mari spatiul dintre traverse se umple cu aluviuni si in timp traseul vechi al albiei minore dispare
Toate constructiile enumerate anterior si altele asemSnStoare imaginate de specialisti trebuie sa fie verificate si la efecte (in perioada de primavara nu trebuie sa se permita formarea de zSpoare -blocuri de gheata spartS aglomerata care favorizeaza inundatiile) Pe zonele de rau regularizate tipurile de constructii pentru captarea apei sunt similare cu cele pentru albia neregularizatS dar cu adancime suficientS a apei De altfel totdeauna cand se executa constructii legate de apa vor fi luate si masuri de stabilizare a albiei in zona afectata
244 Captari cu baraj de derivatie
In cazul in care pe rau nu se poate asigura nivelul minim necesar pentru captarea apei iar regularizarea albie nu este posibila sau rationala se recurge la executarea unei constructii pentru ridicarea artificials a acestuia dacS debitul captat este important iar fenomenele de iarnS nu pun probleme deosebite
Pentru a nu crea prejudicii pentru alti beneficiari constructia numita stdvilar sau baraj de derivatie trebuie sa asigure concomitent urmStoarele conditii
bull sa fie stabilS la actiunea dinamicS a apei
bull sa permita evacuarea debitelor mari fSrS a provoca inundatii sau deteriorarea altor constructii
bull sa permits evacuarea gheturilor de primSvarS
bull sa asigure navigatia plutaritul circulatia pestilor sau alte folosinte etc Forma
captSrii depinde de
bull marimea debitului captat raportul debit captat debit rau
bull variatia debitului raului si aluviunilor transportate
bull posibilitStile de executie
bull amplasamentul efectiv al prizei (natura albiei adancimea stratului impermeabil inSltimea malurilor etc)
In continuare sunt date cateva exemple de constructii caracteristice pentru asemenea prize
Captarea pentru debit mare realizabilS pe un rau mare pentru localitSti industrii irigatii energie etc Are alcStuirea generals din figura 214
Intre douS culei (o culee este o constractie de legSturS intre constructia dintre albie si mai) se executS elementul de barare a albiei adicS de ridicare a nivelului apei la cota minimS necesarS Aceasta poate fi un prag - baraj deversor dacS lungimea disponibilS si cota malului permit
evacuarea debitelor mari de rau sau baraj cu stavile mobile (stavilar) care se pot ridica sau culca (intr-un locas special prevazut) in radier lasand libera sectiunea pentru evacuarea apelor mari Sunt si cazuri in care din cauza deschiderii mari a albiei s-a adoptat o solutie mixta partial cu stavile partial cu baraj deversor sau uneori si cu baraj nedeversant
Pe malul opus captarii se executa daca este cazul ecluza pentru navigatie sau plutarit cu dimensiunile cerate de beneficiar si aproape totdeauna o scara de pesti pentru a asigura circulatia libera a pestilor intre cele doua biefuri (un bief este zona de rau aflata amonte sau aval de constructia considerate) Pe acelasi mai cu priza se gasesc doua deschideri de spalare prevazute cu vane plane care stau totdeauna partial deschise astfel incat debitul de apa care nu se capteaza sa nu deverseze peste baraj ci sa treaca pe sub aceste stavile
Se reaminteste ca in nici un caz nu este permisa captarea integrals a debitului raului in sectiunea respectiva o parte a debitului raului trebuie sa treaca in aval pentru mentinerea intr-o stare salubra a zonei (altfel devine depozit de gunoaie pe timp de ape scazute) asigurarea apei pentru vietuitoare si vegetatie Debitul ramas in albie este numit debit de servitute (Qs) Spalarea este necesara intracat prin ridicarea locala a nivelului apei s-a realizat in amonte o reducere locala a pantei energetice a curentului de apa Aceasta reducere conduce la micsorarea capacitatii de transport deci micul lac ce se creeaza in spatele barajului se umple repede cu aluviuni Umplerea se face si in dreptul gratarului fiind periclitata adancimea de intrare minima altfel spus se realizeaza ridicarea locala a fundului albiei Lasand libera circulatia apei langa gratar se produce continuu o spalare a depunerilor din cauza vitezei mari realizate sub stavilele de spalare
in unele cazuri prima pila a barajului a fost prelungita cu un pinten formand un fel de canal in fata prizei Apa circuland cu o viteza comparabila cu cea existenta in rau inainte de barare evita producerea de depuneri in fata prizei
Atat in dreptul stavilelor de spalare cat si al barajului deversor in aval se executa un disipator de energie al carui rol este de a reduce viteza apei la o limita care sa nu produca eroziuni spalari in aval de constractie spalari care ar putea periclita stabilitatea acesteia
Priza este o deschidere in culee protejata cu un gratar contra plutitorilor Pentru a evita antrenarea aluviunilor mari in priza aceasta se prevede cu un rag (grataral se aseaza deasupra fundului albiei la 05 - 10 m) Pentru a nu favoriza blocarea gratarului cu plutitori viteza de trecere este redusa 01 - 05 ms din care cauza priza are o forma de palnie Intrarea poate fi inchisa cu stavile Daca deschiderea totala este mare ea se poate reduce cu ajutorul unor pile intermediare Lungimea unei stavile nu va depasi 250 m altfel dispozitivele de ridicare a stavilelor devin greoaie In pile inaintea nisei stavilei se lasa profile U inglobate in beton cu deschiderea spre apa pentru a se putea lansa batardoul (umplutura din elemente grinzi de lemn sau metal) in scopul punerii la uscat a incintei pentru eventuale reparatii Deoarece dupa gratar viteza apei scade mult se produc depuneri care pot afecta circulatia pe canalul de legatura Spalarea lor se poate face cu o golire secundara - de spalare (vezi figura 214) Daca se inchide plecarea spre beneficiar (stavila V2) si se deschide stavila V3 se poate asigura o circulatie fortata cu 0 viteza cu 0 viteza mare (diferenta de nivel amonte-aval este mare) Daca debitul pe rau este suficient iar gratarele au o suprafata mai mare decat cea strict necesara se poate merge cu vana V3 partial deschisa - spalarea facandu-se continuu Pentru evitarea antrenarii plutitorilor mari si a ghetii in sloiuri la gratar se amenajeaza un perete de lemn scufundat partial (05 m) sau o linie de busteni legati articulat (care plutesc) Fenomenele de iarna sunt cele mai dificile la aceste prize
Captarea tiroleza este 0 captare cu gratar pe creasta (figura 215a) care se adopta in cazul in care debitul raului la ape mici este redus si nu poate asigura spalarea zonei din fata prizei iar debitul captat fiind mic captarea in mai se face greu (la aceasta constractie de captare se executa si o priza de iarna in cazul in care grataral ingheata) Captarea se aplica in zone de munte la rauri cu caracter torential pentru debite nu prea mari (sub lm3s) In unele situatii masivul de beton nu se vede din albie fiind alcatuit dintr-un prag de fund - cu gratar la nivelul fundului apei (grataral este inclinat aval pentru a evita blocarea cu aluviuni mari)
Captarea sub albie se adopta in situatia unor localitati de munte pentru care singura sansa de apa o constituie raul sau paraul care izvoraste de la cote inalte al carui debit scade foarte mult in perioadele de iarna si vara si in cazul care fenomenele de inghet dureaza timp indelungat In aceasta situatie 0 captare in albia raului va fi serios stanjenita iar exploatarea va pune probleme deosebite Pentru evitarea unora din aceste probleme au fost imaginate si executate captari sub fundul albiei intr-o zona in care albia este bine dezvoltata si are un pat de 2-3 m de aluviuni Constructia transversals dreneaza apa la unui din capetele sale unde pe malul raului dintr-un put este prelevata si transportata Aceasta captare se deosebeste insa de captarea subterana a apei infiltrate prin mai sau sub fundul albiei (cu drenuri radicale) deoarece apa captata are tot caracteristicile unei ape de suprafata dramul parcurs prin patul aluvionar fiind foarte scurt o asemenea apa are o turbiditate mai mica decat apa captata direct din rau
Schema unei captari sub albie numita uneori si caucaziana este data in figura 215b iar schema unei captari proiectata pentru extinderea provizorie a alimentarii cu apa a unei localitati din tara - la un debit de 10 dm3s in figura 215C
Din figura se observa ca in patul aluvionar al raului se executa o constractie permeabila care dreneaza apa ce se scurge prin subteran sau care se infiltreaza direct asupra constractiei In fata acestei constructii si deasupra ei se executa un blocaj din anrocamente care sa permita accesul mai bun al apei si totodata sa stabilizeze constructia contra efectului dinamic la ape mari (captarea lucreaza ca un prag de fund stabilizator)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 25
Captarea este relativ simpla usor de executat si cu rezultate bune in exploatare Trebuie insa data o atentie deosebita posibilei colmatari a zonei de acces la elementul drenant din cauza apei ce confine fibre de dimensiuni mici (celuloza si hartie) material ce se colmateaza etc
26 Captari din lacuri
Tara noastra nu dispune de lacuri naturale de volume importante care sa poata folosi drept sursa de apa Din aceasta cauza captarile vor fi analizate din punct de vedere al prelevarii apei din lacurile artificiale
In etapa actuala in tara noastra executarea de captari cu debite importante din majoritatea raurilor interioare nu se pot face fara o regularizare a debitului deoarece desi regimul precipitatiilor este relativ uniform (200-2000 mman) distributia in timp este foarte neuniforma Aceasta face ca in perioadele de primavara si toamna debitele sa fie foarte mari iar in perioada de vara si mai ales iarna debitele sa scada la valori extrem de mici cu totul insuficiente pentru alimentarea folosintelor Regularizarea debitelor se face prin lacuri de acumulare special create (bazine uriase cu volume de zeci de milioane-miliarde de metri cubi) care acumuleaza apa din rau in perioadele de viitura si permit folosirea acesteia la debitele dorite
Este insa evident ca un asemenea lac nu se poate crea decat printr-o constructie specials de blocare a albiei numita baraj constructie care prin amploare si efort de investitie pune probleme deosebite Din aceasta cauza executarea unor asemenea lucrari se face prin cooperare cu alti beneficiari lacul urmand sa aiba o folosinta complexa dupa cum urmeaza
bull va reduce viiturile si va permite protej area localitatilor si scoaterea unor suprafete de sub efectul inundatilor redandu-le circuitului agricol
bull volumul de apa acumulat confine o cantitate mare de energie hidraulica energie care poate fi transformata in cadrul centralelor hidroelectrice in energie electrica si data in circuitul energetic al tarii
bull o parte din volumul de apa acumulat poate fi preluat pentru irigarea unor importante suprafete de teren
bull parte din lac poate fi amenajat ca zona de agrement dezvoltand zona din punct de vedere turistic
bull se poate imbunatati regimul de curgere in aval cu efect si asupra calitatii apei
Din punct de vedere al alimentarii cu apa lacul are eel putin in prima perioada un efect favorabil apa prelevata fiind in general mai limpede si mai constants sub raport calitativ Aceasta presupune insa preluarea apei direct din lac (varianta I din figura 216) lucru care poate dezavantaja pe alti beneficiari (cei care se ocupa de producerea energiei de exemplu)
Pe de alta parte apa stationand mult timp in lac isi modifica calitatea iar prin descompunerea depunerilor si dezvoltarea unor microorganisme specifice apa poate sa capete gust neplacut (gustul este diferit de eel al apei de rau care este apa curgatoare) De aceea uneori apa este acumulata dar nu este captata din lac ci uzinata si lasata sa curga pe vechea albie pentru a se aera (varianta Il-a din figura 216) Solutia este
Figura 215 Captari speciale a - captare tiroleza b - captare cu galerie transversala pe fundul albiei c -
dren sub fundul albiei
favorabila in cazul in care utilizatorul de apa se afla la distanta mare Daca centrala functioneaza continuu atunci captarea se poate face in curent liber daca insa centrala (UHE) functioneaza in regim de varf (cum de obicei functioneaza asemenea centrale cateva ore in cursul zilei) atunci avalul inainte de priza trebuie prevazut un lac de compensare zilnica a debitelor lac care sa retina apa uzinata in regim neuniform si sa permita captarea unui debit relativ constant Cele doua variante aratate schematic in figura 216 trebuie comparate ca avantaje si dezavantaje
Priza de apa poate fi realizata in corpul barajului in aval de baraj sau in lac Elementele care conduc la stabilirea solutiei sunt
bull pozitia utilizatorului de apa fata de lac captare din lac daca acesta este amplasat amonte si departe de baraj in baraj sau aval pentru un consumator aval sau din alt bazin hidrografic
bull marimea lacului variatia nivelului apei in lac
bull existenta unei salbe de lacuri pe raul respectiv
bull utilizarea rationala complexa a apei acumulate (de regula la stabilirea amplasamentului lacului se statueaza si modul de folosire al apei)
bull tipul de baraj si simultaneitatea executiei barajului cu priza pentru folosinte de apa in general dupa executarea barajului priza poate fi numai in aval sau in lac
bull conditiile reale de teren trebuie tinut seama ca baraj ele cu lacuri mari de acumulare sunt situate in zona de deal - munte
bull conditiile rationale de tratare a apei obtinute din lac
261 Priza tn aval de baraj
Se poate executa oricand inainte si dupa executia barajului in forme si la debite adecvate Sunt posibile urmatoarele tipuri de captari
bull captari in curent liber de forma celor descrise anterior pe raul pe care debitul regularizat prin lac are valori mult mai mari
bull captari in baraj sau in lac in cazul in care lacul are ca principals folosinta alimentarea cu apa sau cand barajul este realizat pentru un lac de compensare a debitelor rezultate de la functionarea unor centrale hidroelectrice din amonte
bull captari in lac in cazul in care lacul compenseaza folosinta energetica iar beneficiarul este departe de baraj in amonte
262 Prize Tn corpul barajului
Sunt gandite si executate odata cu barajul astfel incat sa nu pericliteze siguranta in functionare a acestuia dar sa poata preleva apa de calitatea cea mai buna existenta la un moment dat in lac
In cele ce urmeaza sunt date exemple de captari de apa executate in baraj Daca barajul este din beton priza este de regula comuna cu barajul (figura 217)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 27
apa curgatoare Barajul care realizeaza lacul de compensare este din materiale locale cu un sistem de stavile pentru spalarea depunerilor de viitura (figura 219)
In figura 220 este schitata captarea dintr-un lac al carui baraj este executat din materiale locale cu miez de etansare din argila Captarea se executa total izolat de baraj (in malul natural sau in lac figura 221 - pentru a nu-i produce dificultati barajului prin exfiltrarea apei pe langa sistemul de transport al apei) si pentru ca priza sa nu aiba dificultati la tasari neuniforme ale barajului Apa captata din priza turn de la cote diferite functie de calitatea acesteia este evacuata prin conducte sau galerii amplasate in malul natural
Acest tip de captare poate fi aplicata si in alta pozitie in cuprinsul lacului pentru beneficiari riverani - amonte de baraj
Cand principala folosinta a lacului este de combatere a undei de viitura captarea poate avea o forma speciala (figura 222) Captarea este amplasata la o cota deasupra rezervei destinata acumularii depunerilor din lac si trebuie sa evite blocarea cu corpuri mari ce pot cadea prin apa intrucat nu este accesibila decat la ape mici - lac gol sau lac golit
263 Captari in lac
Se utilizeaza atunci cand in amplasament nivelul apei este asigurat intotdeauna deasupra unor valori limita Se pot practica o captare de tip turn (figura 221) cand debitul captat este important iar nivelul lacului relativ constant o captare plutitoare cand alimentarea cu apa este sezoniera sau conditiile de iarna nu sunt severe o captare de fund cand lacul este de adancime mare si cu un volum de apa important (figura 223a)
Captarea de fund este formata dintr-un sorb (pot fi prevazute mai multe asemenea constructii separate) asezat pe o confectie metalica stabila de tip tetrapod Se amplaseaza deasupra nivelului (apreciat) de colmatare si sub nivelul minim al apei din lac (acoperire mai mare pentru a o feri de plutitori) Zona captarii va fi balizata pentru a fi ferita de accesul plutitorilor si a putea fi usor reperata pentru control se marcheaza si zona de protectie daca este cazul Conducta de legatura (suficient de elastica daca are lungime mare) se lanseaza prin plutire si poate permite ridicarea prizei in caz de nevoie Captarea va fi amplasata la o asemenea adancime incat sa nu fie deplasata de valuri si totodata nu intr-o zona in care valurile pot pune in miscare depunerile de pe fund si deteriora calitatea apei Captarea este tipica pentru prelevarea apei din lacurile naturale (figura 223b)
Existenta lacurilor de acumulare ridicS probleme importante sub trei aspecte generale aspecte care pot influenta calitatea apei captate siguranta in functionare a prizei sau si a zonelor vecine
bull pentru lacurile mici problema cea mai importanta este legata de colmatarea cu aluviuni lipsa masurilor de protejare amenajare si stabilizare a solului in bazinul hidrografic conduce la antrenarea unei mari cantitati de sol (mai ales fertil) care blocheaza in scurt timp volumul lacului
bull pentru lacurile cu volum mediu (milioane de m3) problema cea mai importanta este eutrofizarea apei lacului
bull pentru lacurile mari (sute de milioane m3) problema importanta este imbdtrdnirea lacului (o eutrofizare lenta avand ca punct final obtinerea unei ape de calitate total deosebitS de aceea a raului din care pro vine)
Eutrofizarea lacurilor este o problema acuta a multor lacuri din zone de ses si colinare Cauza principals este aportul de substante fertilizante (fosfor carbon azot) Fosforul (adus in apa in special din apele uzate orSaenesti - neepurate adecvat) in cantitSti mici favorizeaza randamentul de functionare a fitoplanctonului care la randul lui favorizeazS fixarea azotului cu ajutorul bacteriilor Dezvoltarea fitoplanctonului favorizeazS dezvoltarea zooplanctonului si deci a populatiei de pesti
DacS fluxul energetic si aportul de substante este moderat atunci ciclul se incheie devine stabil si lacul isi pSatreaza calitatea de lac oligotrof (figura 224a) In cazul in care cantitatea de fosfor creste creste volumul de fitoplancton deoarece nu exista suficient azot si lantul se rupe Zooplanctonul si pesti mor substantia organicS creste bacteriile consumS oxigenul si lacul devine eutrof acoperindu-se cu vegetatie (care are rSdacinile in malul situat pe fundul lacului si frunzele la suprafata realizand fotosinteza figura 224b) Consumarea oxigenului de cStre substantele in descompunere si capacitatea redusa de aerare fac ca apa lacului sa aibS de regulS un continut mai redus de oxigen
Daca se reduce cantitatea de nutrient (in special fosforul) dupa un timp calitatea apei se imbunatateste neajungand insa la calitatea initials (se considers ca un continut Tn fosfor de 10-20 mgl este acceptabil)
Imbdtrdnirea lacurilor este fenomenul de modificare continuS a calitatii apei lacului ca urmare a noului echilibru ce se realizeazS intre aportul de substante si circulatia apei Apa care ajunge in lac este o apa cu continut ridicat de substante minerale si organice Acestea se depun se descompun intra in reactie formand substante noi cu continut de Fe N S C (H2S CH4) substante care modifies chimismul apei Pe baza aportului de substante si sub influenta luminii creste productia de masa organica (schema lacului oligotrof) Apare un fenomen nou de circulatie a apei in lac vara apa de la suprafata este calda deci mai usoarS toamna insa apa se rSceste devine mai rece decat apa de la fundul lacului (are cca 4degC sub 15 - 20 m temperature ramane relativ constants) deci devine mai grea (densitatea creste la scaderea temperaturii) si coboarS inlocuind apa mai calda de adancime apa care se ridicS (depunerile mai pot fi agitate si de valurile de la suprafata)
Pozitia captarii in lacurile adanci trebuie sa fie totdeauna in zona medie cu temperature relativ constants (6 - 12degC) si unde nu se simte direct influenta descompunerilor ce se produc la fundul lacului (sau tulbureala datS de depunerile rSacolite)
28 Procese de pre-tratare aplicarea de algicide
Algele sau cianobacteriile (algele verzi-albastre) din lacurile si acumularile de stocare pot crea probleme de gust si miros precum si aparitia unor substante ce provoaca imbolnaviri (toxine) Pentru controlul dezvoltarii algelor sau cianobacteriilor se pot folosi compusi care distrug algele (algicidele) Daca are loc un eveniment legat de utilizarea algicidelor (calitatea apei este afectata de utilizarea unui algicid) pot avea loc urmatoarele
bull daca se utilizeaza algicide in exces substanta chimica poate provoca imbolnaviri
bull daca volumul de alge sau cianobacterii este prea mare si nu poate fi controlat de algicid toxinele din alge cianobacterii pot provoca imbolnaviri
bull daca se utilizeaza ca algicid paiele de orz substantele din paie pot reactiona cu dezinfectantele si forma subproduse ce provoaca imbolnaviri
Aplicarea de algicide in sursa de apa poate prezenta riscuri pentru sanatatea si siguranta muncii operatorilor Acestea sunt recunoscute dar nu vor fi discutate deoarece astfel de riscuri fac obiectul legislatiei muncii si protectiei muncii Algele sau cianobacteriile din sursa de apa pot interfera cu functionarea statiei de tratare Un bun control al cresterii lor face sa se diminueze necesitatea pre-oxidarii Se reduce de asemenea cantitatea de dezinfectant ce se pierde in reactia cu algele sau cu substantele pe care acestea le elimina in apa
31 Alcatuirea statiilor de tratare a apei
Rolul statiei de tratare este de a corecta calitatea apei brute pana la atingerea cerintelor utilizatorului Exista o multitudine de procese de tratare care se utilizeaza in practica insa schema generala a unei statii de tratare (figura 31) cuprinde
bull trepte multiple de oxidare (pre-oxidare post-oxidare) cu scopul de a oxida compusi chimici dar si de a realiza bariere succesive in calea micro-organismelor
bull procese de limpezire a apei care constau in
o coagulare-floculare cu reactivi chimici in camere de reactie special amenajate
o decantarea apei pentru retinerea suspensiilor coagulate
o filtrarea pe strat de nisip pentru finalizarea procesului de limpezire
bull afinarea apei constituita din oxidare cu ozon urmata de adsorbtie pe carbune activ granular cu scopul indepartarii anumitor compusi chimici toxici
bull dezinfectia apei pentru indepartarea totala a virusurilor bacteriilor si altor micro-organisme din apa treapta obligatorie in Romania conform Legii privind Calitatea Apei Potabile nr 4582002
3
Pentru eliminarea duritatii se pot adopta scheme cu schimbatori de ioni sau cu reactivi chimici (var si soda) in functie de tipul duritatii (temporara sau permanenta)
Orice statie de tratare este deservita de anumite facilitati pentru intretinerea proprie Printre acestea se mentioneaza
bull statia de reactivi chimici cu rolul de a stoca prepara si doza reactivii necesari procesului de tratare (coagulanti floculanti agenti dezinfectanti corectie pH etc)
bull sisteme de spalare filtre rapide constituite din statii de pompe si de suflante
bull laborator pentru a determina corectitudinea procesului de tratare dar si calitatea apei produse
bull alte facilitati printre care se mentioneaza sisteme de recuperare a apei de la spalare filtre si a namolului din decantoare
311 Exemple de statii de tratare
O schema de tratare cu filtrare directa este prezentata in figura 32 Uzina de apa a orasului Los Angeles - SUA (Los Angeles Aqueduct Filtration Plant) are o capacitate instalata de 185 m3s filiera tratare fiind prezentata in cele ce urmeaza
bull pre-oxidare cu ozon 4 generatoare care produc 3780 kg CVzi (doza medie ozon 15 mgdm3) 4 bazine de contact (timp de contact minim 49 min)
bull coagulare (amestec rapid) 8 camere de reactie echipate cu agitatoare dinamice timp minim de amestec 086 s pentru doua camere inseriate Reactivi utilizati clorura ferica sulfat de aluminiu polimeri anionici si neionici soda caustica clor
bull floculare 36 camere de reactie lenta timp minim de reactie lenta 8 min pentru 3 bazine inseriate
bull filtrare 24 unitati (aria unei unitati A=160 m2) strat de antracit cu inaltimea de 24 m viteza de filtrare 175 mh care asigura un timp de contact de 10 minute
bull dezinfectie finala cu clor (doza maxima clor 56 mgdm3)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 3
Un alt exemplu de schema de tratare care nu cuprinde treapta de decantare este uzina de apa Ivry (Franta) modernizata in 1987 (debit instalat Q = 300000 m3zi) Dupa modernizare uzina cuprinde urmatoarele procese (figura 33)
bull pre-oxidare cu ozon doza uzuala 10 mg CVdm3
bull coagulare (amestec rapid) cu clorura ferica (5 - 10 mgdm3) si polimer anionic (0025 -005 mgdm3)
bull pre-filtrare faza I - (coagulare pe masa de contact) 18 unitati de 815 m2 strat biolit 10 m viteza de filtrare maxima 10 mh
bull floculare cu clorura ferica (2-6 mg Fe3+dm3) si polimer (005 - 10 mgdm3)
bull pre-filtrare faza II - nisip 22 unitati de 81 m viteza de filtrare 9 mh
bull filtrare lenta 30 cuve (23000 m2) viteza maxima de filtrare 13 mzi inaltime strat 07 m
bull post-ozonare timp de contact 4 minute doza uzuala 04 - 06 mg CVdm3
bull filtrare pe CAG inaltime strat 10 m viteza de filtrare 10 mh
bull dezinfectare finala cu hipoclorit de sodiu
In figura 34 este prezentata o schema tehnologica a unei uzine de apa aplicata in cateva mari uzine de tratare (Qgt2000 m3h) ce preiau apa bruta direct din fluviul Ruhr Schema asigura o eliminare optima a microorganismelor Concentratia de Cryptosporidium in apa raului Ruhr variaza de la 0 la 5 unit(100 dm3) iar concentratia chisturilor Giardia de la 8 la 250 unitdm3 Nu au fost detectate aceste organisme in treptele premergatoare dezinfectarii Se remarca prezenta treptelor de filtrare incepand cu filtrarea mecanica pe microsite in capatul amonte al filierei de tratare si continuand cu un pachet de trei trepte de filtrare (dublu strat carbune activ granular si filtre lente) care asigura o eficienta foarte mare din punct de vedere microbiologic
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 3
Figura 34 Filiera tehnologica uzina de apa Mulheim an der Ruhr
(Germania)
Un exemplu de schema tehnologica combinata (Q=32 m3s) este prezentata in figura 35 Apa bruta (fluviul Elba) este puternic incarcata in poluanti Filtrarea primara (bazine de infiltratie) reduce de cateva ori incarcarea microbiologica iar in cazul folosirii treptelor de floculare sedimentare si filtrare reducerea incarcarii microbiologice este de circa 9999
Prin curgerea in stratul subteran se obtine o apa ce se incadreaza in normele privind calitatea apei potabile Dezinfectia finala este aplicata pentru a preveni cresterea masei bacteriene in sistemele de distributie Uzina este prevazuta a fi modernizata cu treapta de oxidare cu ozon si filtre multistrat
In Elvetia sunt intalnite in principal scheme complexe de tratare avand la baza procese biologice (figura 36) Treptele de tratare clasice (pre-oxidare cu ozon coagulare-floculare filtrare rapida) sunt urmate de corectia pH-ului si postozonare in fmalul filierei de tratare se prevad reactoare biologice inseriate (filtre CAG activate biologic urmate de filtre lente) Se urmareste in principal reducerea indicatorilor biologici si bacteriologici prin reducerea concentratiilor de carbon organic asimilabil (AOC lt 10 ug Cdm ) Se remarca absenta dezinfectarii finale Se obtine o apa biostabila introducerea acesteia intr-o retea de distributie nu necesita prezenta unui dezinfectant rezidual Se asigura in acest mod o siguranta ridicata la consumator in ceea ce priveste potentialul de formare al trihalometanilor
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 3
33 Procese de oxidare
Procesele de oxidare pot fi intalnite in toate statiile de tratare in doua sectiuni caracteristice ale schemei
bull pre-oxidare in capatul amonte al filierei pentru oxidarea substantei organice plancton inactivare microorganisme obiectul principal este asigurarea functionarii optime a proceselor de tratare si evitarea contaminarii acesteia
bull post-oxidarea amplasat dupa procesele de tratare conventionale (decantare si filtrare rapida pe strat de nisip) urmareste oxidarea totala a micro poluantilor reducerea materiilor organice naturale si inactivarea totala in ape limpezi a compusilor biologici si bacteriologici
331 Pre-oxidare
In mod obisnuit se utilizeaza urmatorii agenti oxidanti clor ozon dioxid de clor 3311 Clorul(Ch)
Clorul se utilizeaza in mod uzual cu doze cuprinse in domeniul 1 - 3 mgl cu timp de contact minim Tc=30 minute in anumite situatii (inflorire algala sau poluare accidentala) dozele pot fi mai mari dar se urmareste evitarea formarii sub-produsilor organo-clorurati (de exemplu trihalometani THM) prin efectuarea de incercari pe apa sursei pentru a se stabili potentialul de formare
Clorul este adoptat frecvent datorita costurilor reduse implicate Reactia clorului trebuie urmarita cu atentie luand in consideratie agentii reducatori (H2S Mn2+ Fe3+) si materiile organice naturale in diagrama din figura 37 se poate urmari procesul de reactie al clorului in apa (clorare la breakpoint) Punctul critic se atinge daca raportul masic intre clor si amoniac variaza intre 81 -101 (teoretic 761)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 40
3312 Ozonul(03)
Ozonul este un gaz violet instabil care degaja un miros iritant caracteristic
Se produce prin descarcari electrice la diferente de potential ridicate intre doi electrozi intre care curge aer sau oxigen pur Eficienta productiei depinde de diferenta de potential frecventa caracteristicile materialului dielectric si spatiul care separa dielectricele Progresele tehnologice din ultimii 20-30 ani au condus la reducerea consumului de energie la 10 - 12 kWh 1 kg O3
Dozele uzuale de ozon sunt in gama 1 - 3 mgCVdm3 iar timpul de contact uzual este Tc=10 minute Se tinde spre adoptarea solutiei cu doua reactoare in serie ca in figura 38 Adancimea apei in reactoare poate atinge 6-75 m
Conceptual reactoarele de ozon functioneaza pe baza interceptarii curentului de apa descendent de catre voalul de bule mici de ozon in miscare ascendents
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
0
4
3313 Dioxidul de clor (CIO2)
Se poate obtine din clorit de sodiu si clor conform reactiei
2NaC102 + Cl2rarr2C102 + 2NaCl (31)
Stoechiometric 1 g dioxid de clor se obtine din 134 g clorita de sodiu si 05 g de clor
Este instabil si exploziv la temperaturi T gt (-40degC) Se produce imediat inainte de injectia in apa La 20degC si presiune partiala de 53 kPa solubilitatea este 4 gdm3
Avantajele utilizarii CIO2 sunt
bull nu formeaza sub-produsi de tip trihalometani (THM)
bull are putere oxidanta mai buna oxideaza fenoli si este foarte eficace la pH peste 85
Dozele utilizate frecvent 01 - 05 mgl timpul de contact fiind Tc = 10 min Se mentioneaza ca pentru doze mai mare de 05 mgl exista riscul formarii de sub-produsi de tip clorati
Reactoarele de pre-oxidare utilizeaza agitatoare mecanice (rezistente la coroziune) care asigura amestecul mecanic cu randamente ridicate intre apa de tratat si solutia de CIO2
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 4
332 Post-oxidare
In filierele de tratare se dezvolta din ce in ce mai mult conceptul de post-oxidare cu ozon pe apa limpezita dupa filtrele rapide de nisip pentru ca eficienta transferului creste se reduc dozele de ozon si oxidarea micro-poluantilor devine mai eficienta
incadrarea procesului de post-oxidare in schema statiei de tratare se realizeaza totdeauna ca infigura 310 n
Dozele de 03 in post-oxidare nu depasesc 2 mgl Principiile reactoarelor de ozon sunt identice cu cele utilizate in pre-oxidare
Post-oxidarea cu ozon combinata cu adsorbtia pe CAG este procesul (denumit afinare) capabil sa asigure
- eliminare totala compusi biologici microbiologici si micropoluanti
- reducere materiilor organice naturale astfel incat TOC lt 25 g Cl
- eliminare pesticide
333 Alegerea oxidantului
Alegerea oxidantului se bazeaza pe analiza calitatii apei caracterizarea marimii poluarii care poate apare (continut materii organice naturale carbon organic total numar de microorganisme perioade duraf deg ce aparitie)
Alegerea agentului oxidant are la baza costuri si implicatii in filiera tehnologica
Tabelul 35 Caracteristici principale Tn alegerea oxidantilor Nr crt
Oxidant Avantaje Dezavantaje
1 Clor-Cl2 - costuri reduse- cunoastere operare- este remanent (rezidual) in reteaua de
distributie
formeaza THM - necesita timpi de contact mari
2 Dioxid de clor - C102 - capacitate de oxidare mai ridicata in raport cu Cl2
- nu formeaza THM- este remanent (rezidual) in reteaua de
distributie
- necesita preparare si dozare instantanee- la doze prea mari poate forma cloraticosturi mai mari in raport cu Cl2
3 Ozon - 03 - cea mai mare capacitate de oxidare- nu formeaza THM
- necesita preparare si dozare instantaneeconsumuri energetice mari- poate forma subprodusi de tip bromaji sau
aldehide- nu este remanent (rezidual) in reteaua de
distributie
4
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 4
Figura 311 Fortele
ce actioneaza asupra
particulelor aflate Tn
apa
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
3511 Deznisipatoare
Sunt destinate sa retina particulele de tip nisip pentru protectia utilajelor din schema statiei de tratare Schema unui deznisipator orizontal este data in figura 313
Figura 313 Deznisipator orizontal longitudinal
1 Gratar 2 Bare de linistire 3 Nisa pentru reparatii Tn caz de avarie 4 Stavilar de intrare 5 Vane de golire 6 Stavilarde iesire 7 Galerie de golire
In zona de intrare a apei in deznisipator se monteaza un gratar rar pentru impiedicarea accesului corpurilor mari in interiorul bazinului Pentru linistirea curentului se monteaza bare verticale de linistire Peretii laterali ai deznisipatorului se executa cu evazare catre exterior pentru a permite preluarea impingerilor survenite din podul de gheata care se formeaza pe timp de iarna la suprafata bazinului Panta radierului bazinului trebuie sa permita evacuarea depunerilor in zona din aval a bazinului Evacuarea depunerilor se poate realiza cu mai multe sisteme
bull prin hidro-mecanizare cu scoaterea din functiune a unui compartiment
bull prin golirea totala a compartimentului (numai pentru debite foarte reduse)
bull cu electro-pompe speciale purtate de o grinda rulanta
3512 Decantoare statice
Sunt destinate surselor cu variatii mari de turbiditate la care 50 - 60 din suspensii sunt de natura minerala (gravimetrice) in figura 314 se prezinta schema unui decantor orizontal longitudinal Elementele principale ale bazinului sunt
bull zona de intrare in care se gaseste un perete de linistire a curentului in partea superioara respectiv canalul de evacuare a depunerilor in partea inferioara
bull decantorul propriu-zis cu radier cu panta catre basa de evacuare a namolului amplasata in zona incipienta a bazinului
bull zona de evacuare a apei decantate care este bordata de un gratar cu rolul impiedicarii accesului plutitorilor
Curatirea decantoarelor orizontale se realizeaza
bull Intermitent prin golire si evacuare depuneri hidraulic sau mecanic
bull Continuu cu ajutorul podurilor racloare care strang depunerile in base special amenajate
Dificultatile in operarea decantoarelor statice se pot sintetiza
bull sunt influentate de factori atmosferici vant gheata insorire
bull miscarea este turbulenta ca structura si particule fine pot fi repuse in stare de suspensie
bull echilibrarea fluxului hidraulic se realizeaza cu dificultate
bull eficienta retinerii nu depaseste 10-15 NTU la apa decantata
37 Filtrarea apei - generalitati
Filtrarea este procesul de limpezire finala a apei (stadiul II) la curgerea printr-un mediu poros de obicei format din nisip cuartos Procesul simuleaza infiltratia apelor superficiale in mediile poroase din subsolul pamantului Procesul este cunoscut si aplicat de mult timp (primul brevet s-a emis in 1830)
Schema generala (figura 323) indica filtrul ca fiind format dintr-un bazin (cuva) in care apa curge in sens descendent traverseaza mediul poros sustinut de un drenaj si ajunge intr-un rezervor de apa filtrata amplasat sub drenaj Sistemul este dotat cu toate instalatiile de introducere -prelevare apa preaplin si golire
Parametrii fundamentali ai procesului de filtrare sunt
bull viteza de filtrare definita (ca viteza aparenta) cu relatia urmatoare
vF = Q A [ m h ] [mzi] (313)
In care
Q - debitul de apa filtrata
A - suprafata orizontala a stratului filtrant in
functie de viteza de filtrare se pot clasifica in
o filtre lente (biologice) - VF = 01 - 025 [mh]
o filtre rapide - vF = 4 - 10 [mh|
o filtre ultra-rapide
bull mediul filtrant - in general nisip cuartos care sa realizeze prin uniformitatea granulelor un volum de goluri in care sa se acumuleze suspensia retinuta din apa caracteristicile sunt diferite pe tipuri de filtre
bull pierderea de sarcina (hr) exprimata ca diferenta intre nivelul apei in cuva filtrului si nivelul apei in rezervorul de apa filtrata este data de colmatarea stratului si este variabila in timp
49
38 Filtre lente
Se bazeaza pe formarea unei membrane biologice constituita din colonii de bacterii aerobe -amplasata la suprafata stratului de nisip (pe primii 2-3 cm) Elementul fundamental este dezvoltarea membranei (in 1 - 3 zile) functie de caracteristicile apei Dupa o perioada (30 - 50 zile) membrana se colmateaza si incepe sa se rupa degradand calitatea apei Aceasta se razuieste (se curata) manual sau mecanic si procesul este reluat In figura 52 se indica schema unui filtru lent
Dispoizitiv de curatat_____________________________membrana biologtca
Figura 325 indica tipurile de organisme care pot fi intalnite pe o adancime de 30 cm in nisipul filtrului lent
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
Nisipul din filtrul lent trebuie sa aiba urmatorii parametri
bull granulozitatea in domeniul dg = 035 - 050 mm
bull coeficientul de neuniformitate ult 15
(314)
In care d6o - diametral ochiurilor sitei prin care trece 60 din materialul cernut
d1o - diametral ochiurilor sitei prin care trece 10 din materialul cernut
01
50
bull inaltimea stratului de nisip H=90-100 cm cand grosimea stratului de nisip ajunge dupa curatiri succesive la 70 - 80 cm este necesara completarea la inaltimea initiala
Solutia filtrelor lente se prevede la debite relativ mici (max 10000 m zi) si surse de apa in general curate (lipsite de alge culoare poluanti toxici) Se pot obtine rezultate performante la ape necoagulate Operarea sistemelor de filtre lente este simpla Procesul de filtrare lenta este asimilat cu procese fizice si biologice Acestea din urma necesita o atentie si urmarire continua in etapele de operare a filtrelor in special referitor la starea coloniilor de bacterii aerobe din membrana biologica
310Filtre rapide
In figura 326 se prezinta schema unui filtru rapid Acesta este constituit din urmatoarele elemente componente
bull sistem admisie apa in cuva - are rolul echirepartitiei debitului catre cuvele de filtre
bull stratul filtrant peste care exista un strat de apa
bull drenaj cu rolul de a sustine stratul filtrant si de a transforma bulele mari in bule fine in procesul de spalare inversa
bull sistem de mentinere a nivelului apei in filtru (pentru filtrele cu functionare in sistem nivel constant si debit variabil)
bull statie de pompare apa de la spalare filtre si statie de suflante
bull instalatii hidraulice grupate in galeria tehnologica cu rolul de a asigura toate utilitatile necesare functionarii corecte a procesului (conducte si vane apa filtrata apa spalare aer spalare preaplin golire etc)
bull rezervor de apa filtrata amplasat de obicei sub toata statia sau in anumite cazuri numai sub galeria tehnologica
Procesul consta in doua etape
bull filtrarea apei parcurgand in sens descendent stratul de nisip si drenajul
bull spalarea filtrului in sens ascendent in doua faze distincte
o faza 1 (durata Ti=5-10 min)
o faza 2 - limpezire (durata Ti=10-15 min)
51
in ultimii 30-40 de ani in lume a existat o preocupare constants pentru perfectionarea procesului in sensul obtinerii performantei in calitatea apei filtrate (turbiditatea sa se incadreze in domeniulOl - 10 NTU)
Mecanismele de retinere in filtrele rapide se pot sintetiza ca in schema urmatoare
3101 Mediul filtrant
Calitatile materialului filtrant sunt urmatoarele
bull domeniul de granulozitate dg = 085 - 2 mm
bull coeficientul de neuniformitate u=d6odio lt 15
bull fractiunile inferioare diametrului 085 mm si superioare dmax 2 mm inferioare procentual la 10 in greutate
bull diametrul efectiv def = dio = 09-1 mm
bull sa realizeze un numar de goluri (porozitate) mare (pgt40)
bull forma granulelor apropiata de sfera pentru obtinerea unui grad de acoperire ridicat
bull continut de roci cuartoase recomandabil peste 95
bull sa aiba duritate (gt 7 in scara Mohs) pentru a nu se sfarama la spalare
Calitatea materialului filtrant influenteaza viteza de filtrare O serie de studii au indicat domeniul optim de granulozitate al nisipului de filtru conform figurii 328
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 52
3102 Calitatea influentului fn corelatie cu materialul filtrant
Pentru realizarea unei retineri eficiente a suspensiilor se impune ca in influentul filtrelor acestea sa fie floculate Aceasta se caracterizeaza prin coeficientul de coeziune al suspensiilor floculate (namol retinut) aceasta caracterizeaza capacitatea de rezistenta la forfecare si depinde de doza de floculant si natura (minerala sau organica a suspensiilor)
Procesul de optimizare a filtrarii rapide a apei ia in considerate principiul un filtru va functiona optim cand va produce cea mai mare cantitate de apa intre doua spalari succesive aceasta se va realiza cand timpul in care se atinge pierderea de sarcina limita este egal cu timpul in care se calitatea apei filtrate se inrautateste la limita maxim acceptabila (Ti = T2) sau penetrarea impuritatilor in interiorul masei filtrante se va efectua cu aceeasi viteza cu care creste pierderea de sarcina Expresiile celor doua perioade au fost determinate de cercetatorii Richard si Croce-Spinelli
Tx = a bull σ - 0 9 5 bull k-075bull def-045bull h0
n95bull v -185 (316)
T l = b bull σ-075 k - 0 7 5 bull dlef
1 5 Δhr05 bull vF
-065 (317)
In care Ti - perioada in care turbiditatea apei filtrate atinge valoarea limita (1 NTU)
T2 - perioada in care se atinge pierderea de sarcina limita (15 - 18 m)
a b - coeficienti empirici (experimentali)
hn - grosime strat nisip
Δhr- viteza de crestere a pierderii de sarcina
INSPECTIA SANITARA SI MOMTORIZAREA CALITATII APEI
VF - viteza de filtrare
k - coeficient de coeziune al namolului
a - depozitul specific (volumul de suspensii raportat la volumul de material filtrant)
Se constata ca fiecare filtru poate conduce la un ciclu optim functie de calitatea nisipului grosimea stratului calitatea flocularii suspensiilor din apa influenta si viteza de filtrare
3103 Variatia pierderii de sarcina
Urmarirea pierderii de sarcina este importanta pentru ca poate pune in evidenta functionarea filtrului Operarea optima a unui filtru se realizeaza prin urmarirea in timp a variatiei pierderii de sarcina si turbiditatii Masurile pentru realizarea acestui optim sunt
53
bull reducerea vitezei - cele mai performante filtre lucreaza cu viteze de filtrare variabile astfel incat colmatarea stratului sa se realizeze fara socuri
bull adaugarea unui polimer (doze 01 - 02 mgl) in influent pentru a mari rezistenta particulelor floculate
bull imbunatatirea calitatii nisipului
Presiune (m col H20)
Figura 329 Estimarea pierderii de sarcina Tn
stratul filtrant
3104 Spalarea filtrelor
Se realizeaza in contra curent de apa si aer comprimat Elementele tehnice care intervin esential in obtinerea performantelor spalarii sunt
bull calitate drenaj - din punct de vedere al uniformitatii debitelor de apa si aer
bull colectarea uniforma a apei de la spalare
bull metoda de spalare care sa asigure eliminarea totala a suspensiilor retinute in strat cu resurse minime
bull drenaj de mare rezistenta hidraulica (cu placi cu crepine)
Se bazeaza pe principiul introducerii unei rezistente hidraulice de 15 - 20 cm coloana de apa (reducerea brusca de sectiune la intrarea apei in tija crepinei) care asigura uniformizarea intensitatilor de spalare pe suprafata cuvei (abateri de plusmn 3-5) In figura 330 se prezinta schema drenajului cu placi cu crepine
Se pun conditii severe din punct de vedere constructiv pentru realizarea drenajului
bull asigurarea etansarii perfecte
bull asigurarea cotei exacte si unice pentru pozitia orificiilor de aer
bull rezistenta cosurilor crepinelor
bull asigurarea formarii unui nivel de separatie apa - aer uniform si constant pe toata suprafata cuvei
Cele mai performante filtre din punct de vedere al spalarii sunt filtrele cu baleiaj la spalare (figura 331)
INSPECTIA SANITARA SI MOMTORIZAREA CALITATII APEI
55
55
in perioada de spalare a filtrului nivelul in cuva se afla la cota NS jgheaburile J nu mai deverseaza si prin orificiile de la baza jgheaburilor se creeaza un curent de baleiaj (1-2 dm3sm2) cu apa decantata care impinge suspensiile spre jgheabul de colectare Se reduc astfel timpii de spalare (cu 50) si intensitatile si volumele de apa de spalare
Prin curgerea ascendenta a aerului masa de nisip vibreaza si peliculele de namol se desprind de granule Curentul ascendent de apa le antreneaza Spalarea numai cu aer induce vibrarea masei de nisip si depunerea namolului in zona inferioara a stratului De aceea este contraindicata spalarea numai cu aer in faza 1
In general echipamentele pentru asigurarea debitelor apa de spalare se adopta un utilaj (pompa) in faza 1 si inca o pompa de acelasi tip pentru faza a Il-a
3105 Asigurarea repartitiei uniforme a influentului
Pentru asigurarea repartitiei uniforme a apei decantate se utilizeaza diverse sisteme Cel mai performant este sistemul cu deversori neinecati conform cu schema din figura 332
3106 Sistemele hidraulice
Sistemele hidraulice asigura deservirea statiei de filtre atat in procesul de filtrare cat si in procesul de spalare Acestea se vor dimensiona conform vitezelor economice prezentate in tabelul urmator
3107 Reglajului debitului si nivelului de apa in cuva
Pentru filtrele care functioneaza cu nivel constant si debit variabil este foarte important ca nivelul apei in filtru se fie mentinut pseudo-constant Aceasta se asigura cu diverse sisteme de plutitori (regulator de nivel amonte) care comanda vana de pe conducta de apa filtrata sau cu sisteme electronice si hidraulice conform figurii 333
Figura 333 Sistem de reglare electronic al nivelului apei Tn filtru
Legends 1 Strat filtrant 2 Vana apa filtrata 3 Parghie comanda vana 4 Electrovana de comanda 5 Regulator electronic 6 Senzor de presiune pentru nivel filtru 7 Senzor de presiune sub planseu 8 Potentiometru 9 Indicator de
colmatare 10 Alimentare cu fluid de comanda
313 Afin area apei
Procesul de afmare a apei este constituit din combinatia intre procesul de post-oxidare cu ozon a apei filtrate urmat de adsorbtie pe carbune activ granular
3131 Post-oxidarea cu ozon
Ozonul (O3) se obtine din aer sau oxigen supus la descarcari electrice printr-un dielectric In figura 334 se prezinta un element dintr-un ozonor
figura 334 Element tubular de ozonor
1 - Intrare gaz vector (aeroxigen) 2 3 - Electrozi 4 - Dielectric 5 - Spatiu de descarcare electrica 6 - Gaz vector +
ozon 7 - Apa racire
Diferentele de potential la care se lucreaza sunt cuprinse intre 6000 - 18000 V functie de natura si grosimea dielectricului marimea spatiului de descarcare si presiunea absoluta de functionare
Concentratiile de ozon in gazul vector obisnuite sunt
bull 10-40gm - in cazul utilizarii aerului
bull 10-140 gm3 - in cazul utilizarii oxigenului
Pentru a realiza concentratii optime si stabilitatea procesului se cere punct de roua -60degC -80degC
Energia specifics pentru productia de ozon
bull 13-18 kWhkg O3 - produs din aer
bull 8-10 kWhkg O3 - produs din oxigen
Actiunea O3 asupra apelor de consum se poate sintetiza
bull imbunatatirea calitatilor organoleptice (gust miros culoare)
bull activitate bactericide si virulicida
bull oxidarea materiilor organice
bull oxidare micro-poluanti
bull imbunatatirea biodegradabilitatii in amonte de CAG
3132 Adsorbtie pe carbune activ granular (CAG)
Carbunele activ se poate obtine din carbuni minieri sau din coaja de nuca de cocos Majoritatea carbunilor minieri pot fi convertiti in carbune activ insa proprietatile carbunelui activ depind esential de calitatea initiala a carbunilor in special in ceea ce priveste duritatea acestora in acest sens se utilizeaza adesea coaja nucilor de cocos pentru fabricarea carbunelui activ
Exista o multitudine de procese de fabricare a carbunelui activ insa eel mai dezvoltat este piroliza urmata de activarea cu gaze de oxidare Piroliza (carbonizarea) presupune incalzirea materialului la temperaturi intre 600 si 900 degC in absenta aerului Pentru obtinerea unei porozitati ridicate se pot utiliza adaosuri de cloruri metalice (de exemplu ZnCl) Piroliza poate reprezenta unicul pas de activare in cazul in care se doreste obtinerea unui material cu 0 porozitate ridicata
A doua etapa este cea de oxidare care se realizeaza de obicei cu abur sau uneori cu aer Temperaturile sunt uzuale in gama de 600 - 900 degC Pe parcursul acestei etape se realizeaza 0 erodare a suprafetei interne a carbunelui si dezvoltarea unei retele extensive de micropori care cresc capacitatea de adsorbtie
58
Printre proprietatile principale ale carbunelui activ se enumera continutul de cenusa umiditatea densitatea marimea particulelor duritatea volumul si distributia dupa marime a porilor suprafata interna
31321 Continutul in cenusa
Continutul in cenusa este reprezentat de reziduul obtinut prin calcinarea la temperatura de 954 degC timp de 3 ore in aer Uzual continutul de cenusa variaza intre 3 si 10 Pentru reducerea cantitatii de cenusa se poate utiliza spalarea cu acid
31322 Umiditatea
Umiditatea se determina prin uscarea in cuptor timp de 3 ore a unei cantitati de 5 sau 10 g de carbune activ la temperatura 150 degC Se determina greutatea inainte si dupa uscare si racire in exicator Umiditatea in vrac a carbunelui activ este recomandabil sa fie limitata la maxim 5
31323 Densitatea
Sunt mai multe tipuri de densitati printre care se mentioneaza densitatea in vrac densitatea aparenta densitatea particulei si densitatea reala Densitatea in vrac sau densitatea aparenta reprezinta greutatea carbunelui activ uscat raportata la volumul pe care acesta il ocupa Aceasta se determina prin umplerea unui cilindru cu volumul de 100 ml cu carbune prin cadere libera dintr-o masina vibratoare si cantarirea volumului respectiv Valorile uzuale sunt in gama 05 - 06 gml pentru carbune activ fabricat din carbune minier respectiv 024 - 030 mg1 pentru carbune activ fabricat din lemn
Densitatea particulei reprezinta densitatea unei particule singulare Volumul pe care se bazeaza include volumul porilor precum si volumul materialului Densitatea particulei se determina in mod uzual cu mercur la presiunea atmosferica (mercurul umple spatiile goale din particula de carbune activ dar nu umple porii) Valorile uzuale sunt in gama 074 - 080 gml
Densitatea reala sau densitatea scheletului este cea determinate numai pe materialul (carbunele) propriu-zis Pentru determinarea acesteia se utilizeaza uzual o metoda de inlocuire cu heliu (heliul intra practic in toti porii materialului) Valorile uzuale sunt in gama 21 - 22 gml
31324 Marimea particulelor
Aceasta se determina prin cernerea a 100 sau 200 g de carbune printr-un sistem de site mecanice timp de 10 minute dupa care se cantaresc retinerile pe fiecare sita in parte Carbunele activ pudra se incadreaza de obicei in domeniul 005 mm - 15 mm
31325 Friabilitatea
Capacitatea carbunelui activ de a rezista la abraziune este unul dintre parametrii cei mai importanti Procedura de determinare a friabilitatii carbunelui activ presupune determinarea granulozitatii acestora inainte si dupa testul propriu-zis care consta in concasarea succesiva a carbunelui intr-un recipient alaturi de bile de otel inoxidabil Valorile uzuale ale indicelui de friabilitate sunt 65 - 80 (practic 70 - 75) ceea ce atesta faptul ca materialul este foarte usor friabil si este necesar atentie la procedura de spalare
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATIIAPEI 59
31326 Volumul si distributia dupa marime a porilor
Volumul porilor reprezinta volumul total al porilor din particula de carbune activ granular raportat la greutate Valorile uzuale sunt de ordinul 08 - 12 mlg pentru carbune activ fabricat din carbuni minieri respectiv 22-25 mlg pentru carbune activ fabricat din lemn Volumul total al porilor poate fi determinat printr-un test de adsorbtie cu azot desfasurate astfel incat azotul condensat sa intre in totalitate in porii carbunelui
Carbunele activ confine o structura complexa de pori de forme si marimi diferite Porii au de obicei o geometrie neregulata si sunt interconectati Dimensiunile porilor sunt uzual intre 10 A si 100000 A (001 cm) Distributia dupa marime a porilor depinde de tipul de material utilizat si de metoda si de durata procesului de activare
31327 Suprafata internaSuprafata interna a materialelor poroase in general se determinS cu ecuatia BET stabilita de
Brunauer Emmett si Teller Ecuatia descrie formarea de strate multiple de gaz condensat care apar atunci cand un gaz adsorbabil (de exemplu azotul) este in contact cu materialul poros Intr-un astfel de test se utilizeaza azot la temperatura de fierbere si presiunea atmosferica (-196 degC sau 77 K)
Ecuatia BET (expresia 318) a fost derivata presupunand urmatoarelebull rata de condensare a moleculelor din primul strat este egala cu rata de evaporare a
moleculelor din zonele acoperite cu un singur strat de moleculebull caldura de adsorbtie peste primul strat este constants si egala cu caldura de lichefiere
qqm=b(PPS)(1-PPs)(1-PPS+bPPS) ( 3 1 8 )
In care Ps - presiunea de vaporizare la saturatie la temperatura utilizata in test uzual 1 atm
q - cantitatea de substanta adsorbita la presiunea P
qm - cantitatea de substanta adsorbita numai cand se constata acoperirea totala a suprafetei cu un strat monomolecular
b - constanta determinata experimental
In figura 336 se prezinta o relatie tipica intre marimea porilor si suprafata totala Suprafata cumulativa este data de insumarea suprafetelor tuturor porilor cu un diametru dat sau mai mare Se remarca faptul ca marea majoritate a suprafetei este atribuita porilor de mici dimensiuni
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI60
3133 Teste uzuale de adsorbtie
In practica se utilizeaza o serie intreaga de teste pentru a determina capacitatea de adsorbtie pentru diferite tipuri de carbune activ Printre acestea se mentioneaza
- Indicele Iod reprezinta cantitatea de iod in miligrame pe gram adsorbit de un carbune activ la echilibru cu o solutie I2-KI cu concentratia 002 N indicele iod indica suprafata totala a porilor cu diametru de 10 A sau mai mare valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 800 - 1000 mgg
Indicele Melasa reprezinta un indicator al puterii de decolorare a carbunelui activ granular in contact cu 0 solutie de melasa la fierbere indicele melasa este in stricta legatura cu suprafata totala a porilor cu diametrul mai mare de 28 A valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 200 - 300
- Indicele Albastru de Metilen reprezinta cantitatea de albastru de metilen adsorbita de 1 g de carbune activ la echilibru in contact cu o solutie cu concentratia 1 mg1 de albastru de metilen Albastrul de metilen are greutatea moleculara 320 si indica suprafata totala a porilor cu diametrul de 15 A
- Activitatea tetraclorurii de carbon tetraclorura de carbon CC14 este un compus molecular mic si poate intra in toti porii In acest test un curent de aer este saturat cu CCI4 la 0 degC si este trecut printr-un strat de carbune activ mentinut la 25 degC pana cand nu se mai detecteaza nici o schimbare in greutate Activitatea este greutatea CCI4 adsorbita pe unitatea de greutate de carbune activ exprimata procentual Valorile uzuale ale acestui indicator sunt in gama 60 -80
- Indicele butan este similar activitatii tetraclorurii de carbon valoarea acestuia este exprimata grame de butan adsorbite pe 100 ml carbune activ valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 7 - 8 g 100 ml carbune activ
- Indicele FINAD stabilit de cercetatorul C Gomella si reprezinta un produs al mai multor indici F - fenol I - iod N - indol A - antipirina D - detergent
316 Deferizarea si demanganizarea apei
Fierul (Fe) si manganul (Mn) sunt elemente care se gasesc frecvent in mediul subteran si in apa apar in concentratii pana la 10 mg1 (Fe) si 2 mg1 (Mn) Prezenta fierului si manganului in apele potabile pot genera urmatoarele probleme
bull produce gust metalic dezagreabil
bull coloreaza tesaturile si echipamentele sanitare
bull formeaza precipitate in conducte care favorizeaza dezvoltarea bacteriilor feruginoase (Chrenothrix) acestea modifica regimul hidraulic calitatea apei distribute si favorizeaza fenomenele de coroziune
3161 Echilibrul fierului si manganului in apa
Fierul si manganul sunt prezente dizolvate in solutiile apoase sub forma Fe2+si Mn2+ Concentratia in oxigen a apelor subterane care contin Fe si Mn este nula Din namolurile situate in
2+ ~
zona anaeroba din hipolimnion se elibereaza ioni de Fe2+ si Mnz+ in apele lacurilor In numeroase ape naturale se remarca prezenta Fe3+ asociata cu substantele humice Stabilitatea fierului si manganului in apa depinde de numeroase variabile
bull pH-ul apei
bull concentratia diferitelor elemente chimice
bull potentialul de oxido-reducere (Eh) al solutiei
In figura 341 se prezinta diagrama de stabilitate a formelor fierului in solutie in aceasta diagrama o curba (linie) reprezinta locul geometric pentru care concentratia celor doua substante este aceeasi De exemplu linia 1 reprezinta solutia pentru care O2 si H2O au aceeasi valoare Aria cuprinsa intre curbele 1 si 2 reprezinta aria de stabilitate a compusilor de Fe Chimia manganului este asemanatoare cu cea a Fe Astfel la pH si Eh reduse Fe si Mn sunt stabile in forme bivalente
Circuitul dureaza circa 9 zile pentru apa lichida si poate dura mii de ani pentru apa care devine gheata respectiv zeci de mii de ani pentru apa subterana
Omul are nevoie de apa pentru mai multe folosinte
bull apa biologic necesara normal circa 2 1zi aceasta apa se consuma si se elimina prin transpiratie sau prin traectul digestiv apa eliminata prin transpiratie regleaza temperatura corpului
bull apa pentru prepararea hranei
bull apa pentru igiena personala
bull apa pentru igiena locuintei si spatiului de locuit
bull apa pentru combaterea incendiului
bull apa pentru realizarea produselor industriale
bull apa pentru obtinerea unor recolte mari in agricultural deci si dezvoltarea zootehniei etc
Cantitatile de apa necesare pentru asigurarea acestor nevoi sunt foarte mari de la circa 100 (m3an persoana) in tarile in curs de dezvoltare pana la circa (2000 m3an persoana) in tari puternic dezvoltate si cu resurse de apa
Aceste cantitati se obtin prin preluarea lor din ciclul apei in natura Locurile de unde sunt preluate se numesc surse de apa
Se disting doua tipuri de surse de apa
bull apa de suprafata
o apa din mari si oceane
o apa din lacuri naturale
o apa din rauri si lacuri artificiale
bull apa subterana
o apa din izvoare
o apa din straturile freatice puternic influentate de precipitatii (3 - 50 m)
o apa din straturile de adancime pana la 50 - 500 m sub pamant
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
Figura 22 Formarea surselor de apa
6
In particular referitor la acest flux general de apa Romania este o tare relativ saraca in apa
Cantitatea de apa medie anuala ce revine unui locuitor (din precipitatii) este de circa 1700 m3
(fata de o medie europeana de circa 100000 m3locuitoran de tara cea mai saraca - Egipt - 90
m3 locuitoran si fata de o medie mondiala de 6000 - 8000 m3 locuitoran) Stocul intern de
apa (cantitatea totala de apa cazuta intr-un an mediu pe suprafata tarii) este de circa 38 km3
locuitoran la care se mai adauga o cota parte din stocul Dunarii (circa 200 km3locuitoran)
In aceste conditii si la nivelul de dezvoltare industrials si agricola la care Romania a ajuns fara a putea spune ca apa este folosita in modul eel mai rational se utilizeaza deja circa 20 km3locuitoran (inclusiv pentru agriculture) In acest ciclu hidrologic apa mai asigura
bull reglarea temperaturii pe Pamant
bull dezvoltarea vegetatiei avand drept consecinta productia de oxigen prin fotosinteza si productia de masa organica (hrana combustibil)
bull producerea de energie hidraulica (cea mai importanta sursa de energie)
bull transporturile pe apa pe cai maritime sau de uscat (naturale sau artificiale)
bull uniformizarea poluarii pe Pamant
22 Surse subterane
Captarea surselor subterane se poate realiza cu
bull puturi sapate - sisteme de alimentare cu apa cu capacitati relativ reduse
bull fronturi de captare cu puturi forate
bull drenuri
In cele ce urmeaza se va face o descriere a principalelor elemente constitutive ale fiecarui sistem in parte pentru captarea apei subterane
221 Puturi sapate
Sunt constructii din beton slab armat cu sectiune de obicei circulars avand diametral de 1 -3 m executate in cheson Se utilizeaza pentru captari de mai mica importanta si pentru un numar de puturi relativ mic deoarece executia lor este destul de complicata si uneori nesigura Sunt recomandate in straturi acvifere la adancime mica (lt 10 m) cu permeabilitate ridicata
In tronsoanele de cheson care vor sta in apa se lasa goluri de 25 x 31 cm in care se amplaseaza ulterior barbacane prefabricate (elemente de beton cu slituri orizontale de circa 1 - 2
cm latime) Pe timpul lansarii golurile sunt acoperite la interior cu panouri de lemn pentru a evita intrarea nisipului si a reduce cantitatea de apa care intra in put Dupa ajungerea putului la cota si turnarea saltelei de inchidere de circa 50 cm grosime (in unele cazuri poate lipsi - daca stratul este format din argila) barbacanele se pot debloca Deblocarea se face manual dupa un epuisment prealabil si trebuie avut grija sa se faca deblocarea tuturor barbacanelor In caz contrar poate scadea mult suprafata de intrare in put si deci pot apare afuieri ca urmare a cresterii locale a vitezei de intrare a apei in barbacanele libere
Putul se inchide deasupra cu o placa de beton armat cu grosimea de 10 - 12 cm asezata la 50 cm peste nivelul apei in zone inundabile sau 50 cm peste nivelul terenului
Umplutura se incepe cu un strat de argila de circa 30 cm - care are rolul de a devia apa din precipitatii astfel incat infiltratia sa se faca prin stratul natural netulburat - si se termina cu o suprafata taluzata inierbata
Accesul in put se face printr-o deschidere protejata cu capac metalic In put se prevad trepte de acces din otel beton (020) prinse in perete - cu pasul de 030 m
Treptele se termina pe un podest din beton armat amplasat deasupra nivelului maxim al apei din put podest pe care se afia vana de inchidere a conductei pentru captarea apei din put
Putul este ventilat cu ajutorul unui cos din tabla sau teava de otel cu inaltimea de 80 - 180 cm asigurat cu casca de protectie contra precipitatiilor si sita de cupru (ochiuri de 1 mm) contra insectelor mici
Instalatia hidraulica se compune din sorb conducts de sifonare si vana etansa in cazul in care apa din puturi se capteaza cu un sistem central de sifonare pompa submersibila conducta de
INSPECTIA SANITARA SIMONITORIZAREA CALITATII APEI
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
8
8
refulare clapet de retinere vana de reglaj in cazul in care puturile sunt echipate cu pompe individuale speciale de tip submersibil
In unele cazuri putul poate fi echipat si cu pompe cu ax orizontal asezate peste nivelul apei pe o placa de beton armat In acest caz trebuie sa fie luate masuri de siguranta contra deteriorarii pompelor din cauza umezelii pentru amorsarea acestora precum si in vederea evitarii accidentarii personalului care manipuleaza aceste pompe
In instalatia hidraulica a putului se va monta intotdeauna si un debitmetru sau contor de apa (controland periodic debitul se poate vedea cum functioneaza putul) Contorul trebuie montat inainte de vana de reglaj pentru a putea fi scos din circuit prin izolarea putului respectiv fara a afecta functionarea celorlalte puturi ale captarii Totodata sunt necesare amenajari sau dispozitive pentru masurarea nivelului apei in scopul asigurarii functionarii putului cu o denivelare mai mica decat denivelarea maxima calculate sau stabilite la proba finala de receptie a putului
222 Puturi forate
Avand un domeniu de aplicatie mult mai larg (teoretic se pot face puturi forate in orice conditii) si beneficiind de o tehnica de lucru mult mai bine pusa la punct (prin preluarea din tehnica forajului pentru titei) precum si de utilaje astazi foarte perfectionate puturile forate au fost folosite la cele mai multe din captarile de apa subterana executate in tara
Puturile de mica adancime (20 - 30 m) au fost executate cu instalatii manuale procedeul uscat iar cele de adancime mai mare (in general nu s-au depasit 300 m pentru a nu capata o apa prea calda - peste 25degC) prin foraj hidraulic rotativ - procedeul direct Abia in ultimii ani s-a folosit si procedeul cu circulatie inversa folosind ca element de antrenare apa sau aerul (sistemul aer-lift)
Elementele componente ale unui put forat sunt urmatoarele
bull Cabina putului (camin din beton beton armat zidarie) care adaposteste instalatia hidraulica si uneori si instalatia electrica de forte si permite executarea de lucrari de remediere si intretinere a putului Atunci cand se gaseste total sau partial sub nivelul apei subterane se execute cu izolatie hidrofuga (figura 24)
bull Coloana definitivd este o coloana plina (burlan de foraj) de protectie a gaurii de foraj pe zona straturilor uscate sau a caror apa nu se capteaza
bull Coloana filtrantd este elemental eel mai important in functionarea putului Are rolul de a sustine peretele rocii stratului acvifer si de a lasa apa din strat sa intre in put O coloana de filtru buna trebuie deci sa indeplineasca simultan urmatoarele conditii (1) sa permite amplasarea elementului de captare a apei (2) sa aiba rezistenta mecanica suficient de mare pentru a nu se deforma la solicitarea din impingerea stratului subteran (3) sa aiba o suprafata activa libera cat mai mare (procentul de goluri notat cu n cu valori de 5 - 30 este un parametru caracteristic al coloanei) si rezistenta hidraulica mica la trecerea apei prin perete (4) sa reziste la agresivitatea apei sisau solului in care se amplaseaza pentru a nu fi distrusa sau colmatata (5) sa permite o buna deznisipare a putului atat la punerea in functiune cat si in timpul exploatarii (6) sa aiba un cost redus (7) sa se poata executa usor - pe cale industrials Ca material coloana se poate executa din otel (tub sau tabla roluita) protejat contra coroziunii fonta (tub gaurit sau foaie roluita cu slituri) sticla portelan materiale ceramice etc Cea mai utilizate este solutia cu coroana de pietris margaritar Dificultatea consta in modul de executie al acestuia In cazul in care este suficient un singur strat acesta se executa prin turnare de sus Daca materialul are granule cu marimi diferite se produce o sedimentare in aer si apa obtinandu-se un strat neuniform Pietrisul se poate introduce si prin circulatie de noroi - procedeu aplicat la noi cu rezultate bune (in noroiul care spala gaura de detritus se introduce pietrisul care este transportat in amplasament
ramanand intre peretele forajului si coloana de filtru se evita astfel sedimentarea materialului neuniform) In cazul in care sunt necesare mai multe straturi acestea se pot executa folosind numai turnarea de sus cu ajutorul unor coloane auxiliare (au fost executate puturi cu 3 straturi comportarea lor in exploatare fund foarte buna) Alegerea granulatiei se face dupa reguli cunoscute Pentru usurinta se poate aplica regula multiplicarii cu 4 a marimii medii a granulelor straturilor vecine (ca la filtrul invers) ultimul strat langa coloana de filtru avand granule mai mari decat golurile din coloana
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 10
Ventilatie
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
bull piesa de fund decantorul este o prelungire a coloanei de filtru cu o lungime de 2 - 5 m are rolul de a permite nisipului - care este antrenat de apa din strat normal sau accidental in timpul functionarii putului - sa se decanteze Periodic aceasta poate fi scos cu o lingura specials sau prin pompare
bull instalatia hidraulica este alcatuita in mod similar cu cea de la putul sapat Pentru a se asigura o colectare relativ uniforma a apei prin toata coloana de filtru este bine ca elemental de captare a apei din put (capatal liber al conductei de sifonare pompa submeribila) sa fie amplasat in jumatatea de jos a coloanei de filtru intr-o portiune a acesteia fara orificii (de cca 2 m) Uneori poate fi amplasat si la partea de sus a decantorului - atanci cand coloana de filtru a putului are o lungime mica Piesa care face trecerea de la conducta verticals la cea orizontala si care se mai numeste si casca putului este demontabila pentru a putea fi scoasa la deznisipare sau alte operatiuni de intretinere a putului
In cazul in care puturile vor fi echipate cu pompe individuale este obligatoriu ca pe conducta de refulare din put inainte de vanS sa se prevada un clapet de retinere Aceasta are rolul de a nu lasa apa din colector sa intre in put in cazul in care dintr-un motiv oarecare pompa nu mai functioneazS In orice caz dupS orice oprire pompele vor fi repornite (dupa regulile de pornire stabilite ale unei pompe centrifuge) altfel existand riscul innisipSrii si deteriorSrii putului intrucat din cauza coloanei de apa cu inSltime micS pompa tinde sa absoarba brusc un debit mare de apa (deci viteza de intrare in coloana putului poate depasi viteza admisibila)
223 Sistemul de colectare prin pompare
La debite mici si adancimi ale apei peste 20 m se folosesc pompe submersibile (pompa si motorul sunt executate monobloc si introduse in put fiind sustinute de conducta de refulare) iar
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
1
1
pentru debite mari si la adancimi sub 20 m se folosesc pompe cu ax vertical cu motorul in mediu uscat (amplasat in cabina supraterana) si pompa cufundata in apa In ultimul caz transmiterea cuplului motor se face prin intermediul unui arbore amplasat in axul conductei de refulare Linia piezometrica la sistemul de colectare cu pompe este aratata in figura 26 pentru doua situatii cu pomparea direct din put intr-un rezervor de inmagazinare respectiv cu pozarea unei statii de pompare intermediare prevazuta cu pompe cu ax orizontal Cea de-a doua varianta conduce la economii de energie
In cazul echiparii cu pompe este esential ca (1) debitul pompei sa fie eel mult egal cu debitul maxim al putului (2) pompele sa functioneze in regim constant in timp (3) dupa oprirea pompelor reporairea sa se faca manual cu respectarea regulilor generale si deschiderea vanei de refulare sa nu permita preluarea unui debit mai mare decat debitului putului
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 1
224 Captari cu dren
Drenul este un element constructiv permeabil orizontal nevizitabil (dren propriu-zis) sau vizitabil (galerie) care asezat in calea curentului subteran de apa il capteazS si conduce apa captata spre unui din capete la un put colector Prin urmare drenul indeplineste un rolul dublu
bull captarea apei din strat
bull transportul acesteia la putul colector Elementele
principale ale drenului sunt date in figura 27
Figura 27 Elementele captarii cu dren de coasta a - plan b - profil longitudinal prin dren c -
sectiune transversala tip d - detaliu de tub pentru dren
Pe o directie aproximativ perpendiculars pe directia de curgere a curentului de apa subteranS se sapa un sant de lStime convenabilS - sapSturS taluzatS in cazul in care debitul stratului este mai mic iar stratul este format din material grosier (pietris nisip mare) sau sapStura sub protectia a doi pereti de palplanse din lemn metal sau beton armat (mai rar) infipte in prealabil panS la stratul de bazS dacS stratul acvifer este puternic (bogat) iar materialul din strat confine in cantitate mare fractiuni fine SApStura se executS panS la stratul de bazS cand drenul perfect se aseazS chiar pe strat sau nu cand drenul se aseaza deasupra stratului de baza (dren imperfect) el captand numai o parte din apa stratului
Daca drenul este amplasat la baza unui strat acvifer a carei panta piezometrica in regim natural este mai mare de 001 drenul se numeste dren de coasta si se considers ca primeste apa dintr-o singurS parte iar dacS drenul este amplasat in strat acvifer cu panta piezometrica mai mica (ilt00l) drenul se numeste dren in bazin si se considers cS primeste apa din ambele pSrti
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 1
Dupa nivelarea fundului sapampturii (executatS cu panta de minim lo data in proiect) se monteazS tuburile de drenaj de obicei din beton dar pot fi si de argila arsa zidarie de piatrS azbociment bazalt etc
Daca se considers necesar se executa in prealabil un strat de beton de egalizare (de cca 10 - 20 cm) Tuburile se aseaza cap la cap (preferabila folosirea tuburilor cu talpS) fScand sau nu etansarea capetelor La circa 50 m distanta se lasa loc pentru executarea caminelor de vizitare care au radierul cu circa 50 cm mai coborat decat cota radierului tubului pentru a asigura un mic volum de depozitare a nisipului (antrenat eventual de apa) Diametrele tuburilor cresc spre putul colector schimbarea de diametre se face obligatoriu in dreptul unui cSmin intre 2 cSmine traseul drenului trebuie sa fie rectiliniu dar pe ansamblu drenul poate fi format dintr-o serie de aliniamente care se intersecteaza sub diferite unghiuri (mai mari de 90deg) Tubul de drenaj are orificii in jumStatea superioara orificiile sunt conice cu dimensiunea mai mica la exterior pentru a permite materialului granular care a intrat in orificii sa cada in dren Jumatatea de jos a drenului serveste pentru transporrul apei
In jurul tubului-dren se prevede un filtru invers din straturi de minim 10 cm grosime Straturile au marimea granulelor stabilitS ca la un filtru invers Un filtru invers este o succesiune de straturi din material granular asezate astfel incat granulele unui strat sa nu treaca prin golurile stratului urmator in sensul in care circulS apa Pentru a avea indeplinitS aceasta conditie este suficient ca raportul intre diametrele medii a doua straturi adiacente sa fie maxim 4 -5
Peste straturile filtrului invers se face umplutura din material local bine compactat daca este cazul extragand si palplansele o data cu avansarea umpluturii acestea se pot scoate si ulterior folosind insa un utilaj mai puternic si avand grijS sa nu se deterioreze stratul interior de material
La circa 50 cm deasupra nivelului stratului de apa se executa cu una sau doua pante o saltea de argila de circa 30 cm grosime Rolul sau este de a devia apele din precipitatii ce tind sa se infiltreze spre dren direct prin zona de umplutura care este mai prealabila Se continua umplutura peste saltea se compacteazS si se lasa cu bombament pentru ca la o eventualS tasare in timp sa nu ramana un sant superficial in care sa bSlteascS apa Se amenajeaza caminele cu umplutura de 50 cm peste nivelul apei de inundatie la asigurarea de 1 se executa putul colector si se echipeazS cu o stavilS de perete si un deversor triunghiular la debusarea drenului in cazul drenurilor lungi putul colector se aseaza la jumatatea frontului obtinand un dren cu doua ramuri care pot fi sau nu simetrice dupa particularitStile drenului Putul colector poate servi numai ca bazin de aspiratie pentru pompe (inaltimea stratului de apa de circa 10 - 120 peste sorb) cat si ca statie de pompare in care caz partea de deasupra se amenajeaza corespunzator
Daca apa captata contine substante care precipita usor in contact cu aerul (saruri de fier mangan) si se depun pe peretii drenului riscand sa-1 colmateze in timp atunci drenul se executa vizitabil Pentru a permite circulatia personalului de intretinere se executa si o mica pasarela in lungul drenului La drenuri ce capteazS apa potabila vor fi luate masuri de protectie sanitara
226 Tratarea apei din surse subterane
Calitatea apei subterane este influentatS de urmStorii parametri
bull nature mineralogies si geologicS a subsolului terenului in care se formeaza (sau curge)
bull calitatea apelor infiltrate de la suprafata terenului (numai pentru strate freatice)
In functie de influenta pe care apele meteorice o au asupra calitatii apei subterane straturile acvifere se clasifica in
bull strate freatice cantonate la adancimi mici sub suprafata terenului calitatea apei este influentatS direct de infiltratiile de la suprafata terenului sau exfiltratii din sisteme pozate subteran (retele canalizare fose conducte de petrol si gaze)
bull strate captive situate la adancimi de la 50 m la 150 - 200 m in subsolul terenului calitatea apei este putin (deloc) influentatS de apele infiltrate de la suprafatS
Acumularea si circulatia apei intr-un strat determina preluarea caracteristicilor rocilor stratului Se stabileste un echilibra intre caracteristicile apei si compozitia terenului in care este stocatS (sau curge) Rocile compacte cu fisuri sau caverne dau apei continut de gaz carbonic carbonati CO2 Principalele caracteristici ale apelor subterane se pot sintetiza
bull temperature - relativ constants ~ 10 -12degC
bull turbiditatea (MTS) - redusanula
bull culoare - data de materiile in solutie (acizi humici)
bull mineralizare - constants superioara apelor de suprafata
bull Fe Mn (bivalenti) - in general prezenti
bull CO2 agresiv - adesea prezent
bull O2 dizolvat - redusabsent
bull H2S - prezent in special in apele de adancime de carst
bull NH4 - prezent frecvent fara indice poluare
bull NO3 - continut ridicat pentru stratele freatice
bull Micropoluanti - in general absenti poluarile accidentale
bull Elemente vii - frecvent ferobacterii
bull Caracter eutrof-nul
Din punct de vedere al incarcarii s-a propus clasificarea surselor subterane in doua categorii
bull Surse cu incarcare redusa s-a luat in considerate existenta Fe2+ si Mn2+ in apa subterana in cantitati reduse dar care depasesc limitele impuse de Legea 4582002
bull Surse subterane incarcate in acceptiunea incdrcat se intelege depasirea continutului de Fe (pana la 50 ori) Mn (pana la 20 ori) azotati azotiti si H2S
In tabelul 21 se indica principalele caracteristici
Tabelul 21 Caracteristici principale surse subterane Denumire parametru Caracteristici apa
brutaFrecventa de depasire a prevederilor Legii 4582002 ()
Caracteristici necesare apa tratata
Tncarcare redusa
sursa incarcata
Tncarcare redusa
sursa incarcat
a
Directiva 9883EC
Legea 4582002
Fier total (mgl) 02-20 30-100 20 50 02 02Mangan (mgl) 005-05 08-10 20 50 005 005Azotati (mgl) lt50 80-120 - 80 50 50Azotiti (mgl) lt05 20 - 50 - 80 05 05Amoniu (mgl) lt05 10-20 - 50 05 05Hidrogen sulfurat (mgl) lt01 13-20 - 50 - 01
in situatia in care se utilizeaza 0 sursa subterana cu incarcare redusa potabilizarea apei se poate realiza printr-o schema indicata de figura urmatoare
Figura 28 Schema de tratare a apei din sursa subterana cu Tncarcare redusa Notatii Aerare - Bazin de contact pentru oxidare fier si mangan FRN - filtrare rapida pe strat de nisip pentru
retinere fier si mangan oxidat DZF - Dezinfectie cu clor
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
Schemele de potabilizare pentru surse incarcate sunt complexe asa cum rezulta din figura 29 Sunt necesare
bull procese de oxidare in sistemul multi - bariera (pre-oxidare si post-oxidare)
bull procese performante de oxidare sedimentare in stadiul I si II
bull procese de afinare
In astfel de situatii solutiile se stabilesc prin analiza mai multor variante de surse functie de consumatorii afectati o sursa mai departata (zeci de km) poate deveni avantajoasa vis-a-vis de costurile implicate in tratare
1
Figura 29 Schema de tratare apa din sursa subterana foarte
Incarcata INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
1
24 Captari din rauri
241 Captari Tn albie
2411 Captarea cu sorb
Se recomanda pentru captari provizorii mobile sau sezoniere Consta intr-un sorb amplasat convenabil in apa si stabilizat pentru protectie contra plutitorilor mari In figura 210 este schitata o captare fixa cu sorb
Sorbul este o confectie metalicS specials inchisa la un capat legata cu flanse la conducta de aspiratie cu celalalt capat si prevampzutS cu orificii pe suprafata laterals (cu dimensiuni suficient de mici pentru a nu intra plutitorii sau suspensiile mari) Pentru a avea viteze mici de intrare diametral sorbului este de 15 ori mai mare decat diametral conductei de aspiratie Pentru a nu aspira plutitori care sa-1 infunde sau a nu fi blocat in gheatS (hg = 03 - 04 m) si pentru ca gheata care se sparge in bucati la o viiturS de primavarS sa nu blocheze sorbul si sa-1 distrugS acesta trebuie sa fie asezat la minimum 05 m sub nivelul minim al raului la asigurarea normatS Pentru a capta aluviuni cat mai putine si de dimensiuni mai mici sorbul trebuie asezat la minimum 05 m peste fundul albiei Rezulta cS sorbul se poate prevedea in conditii normale in ape a caror adancime depSaeste 120 m (considerand ca sorbul are un diametra de minim 200 mm la un debit relativ mic)
Tot in scopul reducerii cantitatii de aluviuni antrenate sorbul se aseaza cu ajutorul unui cot in sensul de curgere al apei astfel incat apa sa intre in sorb prin intoarcere Sorbul se stabilizeaza in albie cu ajutorul unor piloti din lemn cu diametral de 0 10-12 cm batuti sub adancimea de afuiere in albie
In cazul captarilor mobile (folosite in special la irigatii) conducta de aspiratie se poate lasa aproape vertical in apa neingropata in mai cu asigurarea ca efectul dinamic al apei este atat de mic incat eforturile rezultate pot fi preluate de imbinari si conducte Sprijinirea se face prin amenajarea malului in trepte (trebuie avut grija sa nu fie depasita inaltimea de aspiratie a pompei amplasate pe mai)
2412 Captarea cu crib
Este o captare la care sorbul este protejat cu o constractie fixa stabila numita crib Cribul poate fi executat din elemente detasabile (grinzi din lemn elemente din beton armat de tip grinda) sau turnat pe loc (cu sorbul separat sau sorbul incorporat in constractie) In figura 211 se prezinta o captare cu crib
Grataral cribului se dimensioneaza la o viteza medie de trecere de 01 - 03 ms grataral se executa din bare rezistente la socul cu plutitorii iar amplasarea lor se face pe partea laterala sau aval a cribului (soc din cauza plutitorilor redus acces redus al aluviunilor din cauza intoarcerii curentului de apa aluviunile tree avand inertie mai mare)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 18
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
Apa captata prin crib poate fi aspirata de o pompa sau poate fi sifonata intr-un put colector cu rol de deznisipator si camera de aspiratie pentru pompe Vacuumul maxim pe conducta nu trebuie sa depaseasca 4-6 metri
Pentru sporirea sigurantei constructiei pot fi realizate mai multe criburi asezate in sah la 10-20 m in albie legate separat la pu|ul colector in cazul unor utilizatori importanti pot fi prevazute si criburi de rezerva Este esential ca toate criburile sa fie in stare de functionare altfel din cauza nisipului conductele de legatura si captarea se blocheaza Periodic conducta si cribul pot fi spalate prin aspirarea apei prin (n-1) criburi si refularea acesteia (sau a unei parti) prin cribul n care se spala Pentru aceasta instalatia hidraulica in putul colector trebuie gandita adecvat
Daca malul este inundabil si putul colector nu se poate departa pentru a iesi din zona inundabila vor fi luate masuri de indiguire a zonei sau de ridicare a putului la o cota cu minimum 050 m peste nivelul inundabil si aparare contra efectului dinamic al apei (accesul la put se va asigura pentru orice conditii)
A
In cazul in care nu se poate asigura adancimea pentru navigatie cu acordul beneficiarului zonei de navigatie se poate amplasa cribul mai sus luandu-se masuri corespunzatoare pentru marcarea pozitiei criburilor prin balize
242 Captari Tn mai
Captarea in mai se adopta in cazul unor debite importante cu o mare siguranta in functionare si cand situatia locala nu permite executarea de criburi
Captarea de mai are mai multe variante de constructii in functie de debitul captat si de destinatia apei captate Astfel pentru centre populate sau industrii unde debitul este totusi redus iar apa urmeaza sa suporte o tratare pentru corectarea calitatii pot fi prevazute captari cu cheson de mai Pentru debite mari de apa (mari unitati industriale centre populate mari irigatii CET-uri etc) se prevad captari in mai de tip bazin deschis
1
Figura 211 Captare cu cribLegenda 1 Put colector (cheson) 2 Crib din elemente prefabricate 3
Gratar 4 Saltea de fascine 5 Conducta de sifonare 6 Sistem de amorsare 7 Vacuum 8 Sorb 9 Conducta catre statia de pompare 10 Radier din beton armat
11 Cutitul chesonului 12 Strat depuneri
Captarea cu cheson este o constractie monolita care de obicei cuprinde si statia de pompare - echipata eel mai bine cu pompe cu ax vertical Schematic constructia unei captari de mai este prezentata in figura 212
B - B
c
Figura 212 Captare de mai cu cheson a-sectiune verticala 6-8 fo-detaliu sita c-sectiune orizontala
A - A
Legenda1 - camera de admisie si deznisipare a apei 2 - camera sitelor rotative 3 - camera cu rol de bazin de aspiratiepentru pompe 4 - camera uscata pentru pompe
INSPECTIA SANITARA SIMONITORIZAREA CALITATII APEI
Constructia este formata dintr-un cheson de dimensiuni mari asezat in malul raului astfel incat in fata ferestrelor de priza sa fie asigurat in permanent un nivel suficient de apa
Din cauza dimensiunilor si adancimii mari de fundare de obicei lansarea chesonului se face cu aer comprimat in partea de jos asigurandu-se o camera de lucru betonata ulterior Constructia este compartimentata vertical pe linii tehnologice dintre care una este intotdeauna de rezerva In interior se deosebesc patru camere (compartimente) cu urmatoarele roluri
1 Camera de admisie si deznisipare a apei (cu posibilitati de evacuare a nisipului depus)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
2
20
2 Camera sitelor rotative sitele rotative sunt formate din panouri de sita cu ochiuri relativ mici (1-3 mm) articulate si trecute peste doua tambururi - unui sus (motor) si altul jos (pasiv) apa trece prin panourile de sita sunt retinute pe sita impuritatile mari plutitorii in general si apoi panoul descarcat se ridica permanent ajungand deasupra nivelului apei in fata unui jet de spalare
3 Camera cu rol de bazin de aspiratie pentru pompele din camera 4
4 Camera uscata care adaposteste pompele treapta I (care trimit apa de la sursa la statia de tratare) In cazul in care nu se dispune de pompe cu ax vertical (care au motoarele montate pe platforma superioara) pot fi prevazute fi prevazute si pompe cu ax orizontal cu luarea unor masuri importante de pastrare uscata a camerelor
Cand sunt disponibile pompe cu ax vertical camerele 3 si 4 pot fi unificate In partea superioara a constructiei se prevad camera de comanda camera de manevra a vanelor si pompelor de epuisment camera motoarelor pompelor verticale si sala transformatoarelor (daca este cazul) Nivelul planseului se executa de obicei cu circa 07 m peste nivelul maxim al apelor raului cu asigurarea 1 In fata prizei se executa o pasarela de acces a personalului pentru curatarea gratarelor de la priza si indepartarea plutitorilor si ghetii Gratarele sunt rare cu distante intre bare de 3 - 10 cm
Admisia apei in priza se face prin doua serii de ferestre - o fereastra sub nivelul minim si o fereastra sub nivelul maxim Viteza de trecere a apei este de 02 - 03 ms iar nivelul de apa peste marginea de sus a ferestrei de minimum 050 m
La nivelurile mari in rau se lucreaza cu fereastra de sus pentru a evita antrenarea in priza a aluviunilor mari care sunt tarate de apa la partea de jos a albiei Pentru inchidere fiecare fereastra are in spate o stavila plana manevrabila de la suprafata In fata ferestrelor gratarele sunt rare din bare rotunde (teava) sau profile si se pot curata cu greble mecanice (la prizele mari) sau manual Gratarele trebuie sa fie executate cu atentie si iarna se pot inlocui cu gratare din lemn sau se pot lua masuri speciale pentru a se evita prinderea zaiului de barele metalice (bune conducatoare de caldura)
Zaiul este gheata in cristale fine care pluteste in masa de apa Pentru a evita blocarea cu gheata au fost imaginate mai multe sisteme toate fiind insa perfectabile Astfel la centralele termice sau industriale unde exista abur rezidual sau apa calda se transforms gratarul in radiator prin interiorul tevilor circuland agentul de incalzire sau se toarna apa calda inaintea gratarului astfel incat apa care trece prin gratar sa aiba 01 - 05degC In alte cazuri s-a transformat gratarul in rezistenta electrica legandu-1 la o sursa de tensiune convenabila (putere instalata de cca 10 kWhm2) consumul de energie este relativ mare iar pericolul de accidentare este ridicat S-a recurs si la imbracarea barelor gratarului in cauciuc ebonita sau mase plastice in scopul impiedicarii zaiului sa se prinda de bare In foarte multe cazuri insa se sparge gheata la priza cu unelte manuale atunci cand se constats ca nu mai intra apa suficienta operatiune foarte grea si riscanta In cazul in care apa raului contine in anumite perioade o cantitate mare de suspensii se poate aseza priza nu pe malul raului ci intr-un bazin executat pe malul raului iar apa raului parcurgandu-1 se produce deznisiparea
Foarte importante sunt forma sub care se amenajeaza intrarea apei din rau in bazin (existand riscul aparitiei depunerilor) si modul in care se reuseste sa se faca evacuarea depunerilor din bazin In literature de specialitate se citeaza si alte posibilitati de folosire a acestor bazine Uneori aceste bazine au fost executate sub forma de canale lungi cu priza la caparul eel mai departat Curatirea canalului se poate face prin dragare
Sunt situatii insa in care din motive locale debit mare si curgere gravitationala captarea poate fi mai simpla Captarea poate avea un singur compartiment pentru debite mici sau poate fi organizata pe linii pentru usurinta exploatarii Intrarea apei se face pe sub un timpan care evita socul plutitorilor cu gratarul si dirijarea acestora in aval Pentru punerea la uscat fiecare compartiment se prevede cu batardou demontabil Priza poate avea doua gratare in serie un gratar rar si un gratar des
O mare importanta o are directia de asezare a gratarului fata de directia circuitului de apa asezarea corecta este data de conditiile locale si uneori sunt necesare studii detaliate pe model in laborator Gratarul se poate aseza paralel cu curentul de apa putin oblic astfel incat apa sa atace gratarul sub unghiul eel mai favorabil sau frontal
243 Captari cu regularizarea albiei
Sunt situatii in care pe rau exista debitul de apa necesar pentru captare dar albia este atat de dezvoltata incat inaltimea apei nu permite derivarea debitului necesar In aceasta situatie este nevoie de inaltarea (cresterea) nivelului apei Una din solutii este de a ingusta albia prin lucrari artificiale de regularizare Intrucat asemenea lucrari de regularizare pot fi necesare si in alte cazuri (stabilirea albiei minore de exemplu) vor fi date cateva elemente generale urmand ca in caz de necesitate sa se apeleze la lucrari de specialitate Lucrdrile de regularizare se prevad si se executa cu respectarea urmatoarelor reguli generale
bull la ape mici curgerea sa fie cea dorita (stabila catre priza) iar la ape mari sa nu se produca inundatii in zonele vecine (sa nu se reduca din capacitatea de transport a albiei)
bull lucrarile sa se execute in etape pentru a se putea cunoaste reactiile la noile conditii si pentru a se putea cunoaste reactiile la noile conditii si pentru a se putea face corectari in etapele urmatoare
bull tipurile de lucrari sa se incadreze in peisaj
bull lucrarile sa nu stanjeasca circulatia apei pentru alte folosinte sau sa produca baltirea apei cu efecte de insalubritate
bull sa se prevada lucrari cu materialele din zona
bull sa fie folosita tendinta naturala de curgere a apei puterea si capacitatea colmatata a curentului
In figura 38 sunt schitate tipurile de lucrari mai des utilizate lucrari in albie (diguri de dirijare traverse de colmatare epiuri) si lucrari de aparare si consolidare a malurilor Elementele constructive tip sunt in general executate printr-o combinatie rationala de
bull combinatie de lemn cu piatra (casoaie suluri si saltele de fascine)
bull combinatie de piatra cu metal (gabioane)
bull anrocamente (piatra mare sparta)
bull beton beton armat sub forma de constructii masive sau elemente prefabricate
bull constructii vii formate din inierbare vegetatie mica (se ia in considerare capacitatea de transport a
albiei la ape mari)Apardrile de mai sunt lucrari de consolidare a malului raului impotriva efectului de eroziune al apei
la viteze mari Acestea pot fi lucrari foarte simple cum sunt taluzele inierbate cu unele elemente simple de fixare sau lucrari mai complicate ca taluz pavat cu elemente de beton zidarie de piatra rostuita sau nu
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
Figura 213 Lucrari de regularizare a albiei Tn zona prizeiLegends a - plan cu tipurile de lucrari b - tipuri de aparari de mai 1 - cu
casoaie 2 - cu dale din beton armat 3 - cu elemente mixte (zidarie de piatra secti Tnierbare) c - diguri epiuri executate din 1 - gabioane 2 - anrocamente
22
zidarie de sprijin din zidarie beton sau beton armat La constructive de mai trebuie tinut seama ca in afara de efectul de erodare si de afuiere a patului de sprijin actioneaza si impingerea malului
Digurile longitudinale sunt lucrari executate in albie care au rol de a dirija pe o portiune un spatiu relativ fix apa raului Se realizeaza din anrocamente cu marime suficienta pentru a nu fi antrenate de apa prefabricate de beton gabioane (piatra de rau balast inchis in casete de sarma zincata pentru a obtine o stabilitate generala mare - elemente simple ieftine si stabile atata timp cat sarma de la cos nu cedeaza sub efectul eroziunii si coroziunii) casoaie din lemn blocuri de beton legate elastic etc Capetele acestor diguri trebuie sa fie bine aparate eventual legate cu cate un epiu astfel incat curentul de apa sa nu patrunda in spatele digului Daca digurile sunt deversate vor fi luate masuri constructive contra afuieri sau spalarii patului cu efect imediat asupra stabilitatii constructiei
Epiurile sunt ca si digurile constructii permeabile rezistente la actiunea apei submersibile sau nu care dirijeaza apa raului pe un anumit spatiu si favorizeaza colmatarea treptatS a spatiului dintre ele Ca pozitie pot fi dirijate spre aval normal pe albie sau orientate spre amonte Se executa din aceleasi materiale ca si digurile Daca albia are un pat usor afuiabil inainte de executia digului propriu-zis se amenajeaza un pat elastic din saltele de fascine sau numai rulouri de fascine O atentie deosebitS se da capului epiului (partea terminals dinspre apa) care este elementul eel mai solicitat Totdeauna coada epiului trebuie bine incastrata in mai pentru a nu permite apei sa-1 ocoleasca
Traversele de colmatare sunt diguri scurte executate din umplutura de material local protejata cu anrocamente mari pe albia minora ce trebuie pSrSaitS sau pe bratele auxiliare care trebuie sa fie colmatate L ape mari spatiul dintre traverse se umple cu aluviuni si in timp traseul vechi al albiei minore dispare
Toate constructiile enumerate anterior si altele asemSnStoare imaginate de specialisti trebuie sa fie verificate si la efecte (in perioada de primavara nu trebuie sa se permita formarea de zSpoare -blocuri de gheata spartS aglomerata care favorizeaza inundatiile) Pe zonele de rau regularizate tipurile de constructii pentru captarea apei sunt similare cu cele pentru albia neregularizatS dar cu adancime suficientS a apei De altfel totdeauna cand se executa constructii legate de apa vor fi luate si masuri de stabilizare a albiei in zona afectata
244 Captari cu baraj de derivatie
In cazul in care pe rau nu se poate asigura nivelul minim necesar pentru captarea apei iar regularizarea albie nu este posibila sau rationala se recurge la executarea unei constructii pentru ridicarea artificials a acestuia dacS debitul captat este important iar fenomenele de iarnS nu pun probleme deosebite
Pentru a nu crea prejudicii pentru alti beneficiari constructia numita stdvilar sau baraj de derivatie trebuie sa asigure concomitent urmStoarele conditii
bull sa fie stabilS la actiunea dinamicS a apei
bull sa permita evacuarea debitelor mari fSrS a provoca inundatii sau deteriorarea altor constructii
bull sa permits evacuarea gheturilor de primSvarS
bull sa asigure navigatia plutaritul circulatia pestilor sau alte folosinte etc Forma
captSrii depinde de
bull marimea debitului captat raportul debit captat debit rau
bull variatia debitului raului si aluviunilor transportate
bull posibilitStile de executie
bull amplasamentul efectiv al prizei (natura albiei adancimea stratului impermeabil inSltimea malurilor etc)
In continuare sunt date cateva exemple de constructii caracteristice pentru asemenea prize
Captarea pentru debit mare realizabilS pe un rau mare pentru localitSti industrii irigatii energie etc Are alcStuirea generals din figura 214
Intre douS culei (o culee este o constractie de legSturS intre constructia dintre albie si mai) se executS elementul de barare a albiei adicS de ridicare a nivelului apei la cota minimS necesarS Aceasta poate fi un prag - baraj deversor dacS lungimea disponibilS si cota malului permit
evacuarea debitelor mari de rau sau baraj cu stavile mobile (stavilar) care se pot ridica sau culca (intr-un locas special prevazut) in radier lasand libera sectiunea pentru evacuarea apelor mari Sunt si cazuri in care din cauza deschiderii mari a albiei s-a adoptat o solutie mixta partial cu stavile partial cu baraj deversor sau uneori si cu baraj nedeversant
Pe malul opus captarii se executa daca este cazul ecluza pentru navigatie sau plutarit cu dimensiunile cerate de beneficiar si aproape totdeauna o scara de pesti pentru a asigura circulatia libera a pestilor intre cele doua biefuri (un bief este zona de rau aflata amonte sau aval de constructia considerate) Pe acelasi mai cu priza se gasesc doua deschideri de spalare prevazute cu vane plane care stau totdeauna partial deschise astfel incat debitul de apa care nu se capteaza sa nu deverseze peste baraj ci sa treaca pe sub aceste stavile
Se reaminteste ca in nici un caz nu este permisa captarea integrals a debitului raului in sectiunea respectiva o parte a debitului raului trebuie sa treaca in aval pentru mentinerea intr-o stare salubra a zonei (altfel devine depozit de gunoaie pe timp de ape scazute) asigurarea apei pentru vietuitoare si vegetatie Debitul ramas in albie este numit debit de servitute (Qs) Spalarea este necesara intracat prin ridicarea locala a nivelului apei s-a realizat in amonte o reducere locala a pantei energetice a curentului de apa Aceasta reducere conduce la micsorarea capacitatii de transport deci micul lac ce se creeaza in spatele barajului se umple repede cu aluviuni Umplerea se face si in dreptul gratarului fiind periclitata adancimea de intrare minima altfel spus se realizeaza ridicarea locala a fundului albiei Lasand libera circulatia apei langa gratar se produce continuu o spalare a depunerilor din cauza vitezei mari realizate sub stavilele de spalare
in unele cazuri prima pila a barajului a fost prelungita cu un pinten formand un fel de canal in fata prizei Apa circuland cu o viteza comparabila cu cea existenta in rau inainte de barare evita producerea de depuneri in fata prizei
Atat in dreptul stavilelor de spalare cat si al barajului deversor in aval se executa un disipator de energie al carui rol este de a reduce viteza apei la o limita care sa nu produca eroziuni spalari in aval de constractie spalari care ar putea periclita stabilitatea acesteia
Priza este o deschidere in culee protejata cu un gratar contra plutitorilor Pentru a evita antrenarea aluviunilor mari in priza aceasta se prevede cu un rag (grataral se aseaza deasupra fundului albiei la 05 - 10 m) Pentru a nu favoriza blocarea gratarului cu plutitori viteza de trecere este redusa 01 - 05 ms din care cauza priza are o forma de palnie Intrarea poate fi inchisa cu stavile Daca deschiderea totala este mare ea se poate reduce cu ajutorul unor pile intermediare Lungimea unei stavile nu va depasi 250 m altfel dispozitivele de ridicare a stavilelor devin greoaie In pile inaintea nisei stavilei se lasa profile U inglobate in beton cu deschiderea spre apa pentru a se putea lansa batardoul (umplutura din elemente grinzi de lemn sau metal) in scopul punerii la uscat a incintei pentru eventuale reparatii Deoarece dupa gratar viteza apei scade mult se produc depuneri care pot afecta circulatia pe canalul de legatura Spalarea lor se poate face cu o golire secundara - de spalare (vezi figura 214) Daca se inchide plecarea spre beneficiar (stavila V2) si se deschide stavila V3 se poate asigura o circulatie fortata cu 0 viteza cu 0 viteza mare (diferenta de nivel amonte-aval este mare) Daca debitul pe rau este suficient iar gratarele au o suprafata mai mare decat cea strict necesara se poate merge cu vana V3 partial deschisa - spalarea facandu-se continuu Pentru evitarea antrenarii plutitorilor mari si a ghetii in sloiuri la gratar se amenajeaza un perete de lemn scufundat partial (05 m) sau o linie de busteni legati articulat (care plutesc) Fenomenele de iarna sunt cele mai dificile la aceste prize
Captarea tiroleza este 0 captare cu gratar pe creasta (figura 215a) care se adopta in cazul in care debitul raului la ape mici este redus si nu poate asigura spalarea zonei din fata prizei iar debitul captat fiind mic captarea in mai se face greu (la aceasta constractie de captare se executa si o priza de iarna in cazul in care grataral ingheata) Captarea se aplica in zone de munte la rauri cu caracter torential pentru debite nu prea mari (sub lm3s) In unele situatii masivul de beton nu se vede din albie fiind alcatuit dintr-un prag de fund - cu gratar la nivelul fundului apei (grataral este inclinat aval pentru a evita blocarea cu aluviuni mari)
Captarea sub albie se adopta in situatia unor localitati de munte pentru care singura sansa de apa o constituie raul sau paraul care izvoraste de la cote inalte al carui debit scade foarte mult in perioadele de iarna si vara si in cazul care fenomenele de inghet dureaza timp indelungat In aceasta situatie 0 captare in albia raului va fi serios stanjenita iar exploatarea va pune probleme deosebite Pentru evitarea unora din aceste probleme au fost imaginate si executate captari sub fundul albiei intr-o zona in care albia este bine dezvoltata si are un pat de 2-3 m de aluviuni Constructia transversals dreneaza apa la unui din capetele sale unde pe malul raului dintr-un put este prelevata si transportata Aceasta captare se deosebeste insa de captarea subterana a apei infiltrate prin mai sau sub fundul albiei (cu drenuri radicale) deoarece apa captata are tot caracteristicile unei ape de suprafata dramul parcurs prin patul aluvionar fiind foarte scurt o asemenea apa are o turbiditate mai mica decat apa captata direct din rau
Schema unei captari sub albie numita uneori si caucaziana este data in figura 215b iar schema unei captari proiectata pentru extinderea provizorie a alimentarii cu apa a unei localitati din tara - la un debit de 10 dm3s in figura 215C
Din figura se observa ca in patul aluvionar al raului se executa o constractie permeabila care dreneaza apa ce se scurge prin subteran sau care se infiltreaza direct asupra constractiei In fata acestei constructii si deasupra ei se executa un blocaj din anrocamente care sa permita accesul mai bun al apei si totodata sa stabilizeze constructia contra efectului dinamic la ape mari (captarea lucreaza ca un prag de fund stabilizator)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 25
Captarea este relativ simpla usor de executat si cu rezultate bune in exploatare Trebuie insa data o atentie deosebita posibilei colmatari a zonei de acces la elementul drenant din cauza apei ce confine fibre de dimensiuni mici (celuloza si hartie) material ce se colmateaza etc
26 Captari din lacuri
Tara noastra nu dispune de lacuri naturale de volume importante care sa poata folosi drept sursa de apa Din aceasta cauza captarile vor fi analizate din punct de vedere al prelevarii apei din lacurile artificiale
In etapa actuala in tara noastra executarea de captari cu debite importante din majoritatea raurilor interioare nu se pot face fara o regularizare a debitului deoarece desi regimul precipitatiilor este relativ uniform (200-2000 mman) distributia in timp este foarte neuniforma Aceasta face ca in perioadele de primavara si toamna debitele sa fie foarte mari iar in perioada de vara si mai ales iarna debitele sa scada la valori extrem de mici cu totul insuficiente pentru alimentarea folosintelor Regularizarea debitelor se face prin lacuri de acumulare special create (bazine uriase cu volume de zeci de milioane-miliarde de metri cubi) care acumuleaza apa din rau in perioadele de viitura si permit folosirea acesteia la debitele dorite
Este insa evident ca un asemenea lac nu se poate crea decat printr-o constructie specials de blocare a albiei numita baraj constructie care prin amploare si efort de investitie pune probleme deosebite Din aceasta cauza executarea unor asemenea lucrari se face prin cooperare cu alti beneficiari lacul urmand sa aiba o folosinta complexa dupa cum urmeaza
bull va reduce viiturile si va permite protej area localitatilor si scoaterea unor suprafete de sub efectul inundatilor redandu-le circuitului agricol
bull volumul de apa acumulat confine o cantitate mare de energie hidraulica energie care poate fi transformata in cadrul centralelor hidroelectrice in energie electrica si data in circuitul energetic al tarii
bull o parte din volumul de apa acumulat poate fi preluat pentru irigarea unor importante suprafete de teren
bull parte din lac poate fi amenajat ca zona de agrement dezvoltand zona din punct de vedere turistic
bull se poate imbunatati regimul de curgere in aval cu efect si asupra calitatii apei
Din punct de vedere al alimentarii cu apa lacul are eel putin in prima perioada un efect favorabil apa prelevata fiind in general mai limpede si mai constants sub raport calitativ Aceasta presupune insa preluarea apei direct din lac (varianta I din figura 216) lucru care poate dezavantaja pe alti beneficiari (cei care se ocupa de producerea energiei de exemplu)
Pe de alta parte apa stationand mult timp in lac isi modifica calitatea iar prin descompunerea depunerilor si dezvoltarea unor microorganisme specifice apa poate sa capete gust neplacut (gustul este diferit de eel al apei de rau care este apa curgatoare) De aceea uneori apa este acumulata dar nu este captata din lac ci uzinata si lasata sa curga pe vechea albie pentru a se aera (varianta Il-a din figura 216) Solutia este
Figura 215 Captari speciale a - captare tiroleza b - captare cu galerie transversala pe fundul albiei c -
dren sub fundul albiei
favorabila in cazul in care utilizatorul de apa se afla la distanta mare Daca centrala functioneaza continuu atunci captarea se poate face in curent liber daca insa centrala (UHE) functioneaza in regim de varf (cum de obicei functioneaza asemenea centrale cateva ore in cursul zilei) atunci avalul inainte de priza trebuie prevazut un lac de compensare zilnica a debitelor lac care sa retina apa uzinata in regim neuniform si sa permita captarea unui debit relativ constant Cele doua variante aratate schematic in figura 216 trebuie comparate ca avantaje si dezavantaje
Priza de apa poate fi realizata in corpul barajului in aval de baraj sau in lac Elementele care conduc la stabilirea solutiei sunt
bull pozitia utilizatorului de apa fata de lac captare din lac daca acesta este amplasat amonte si departe de baraj in baraj sau aval pentru un consumator aval sau din alt bazin hidrografic
bull marimea lacului variatia nivelului apei in lac
bull existenta unei salbe de lacuri pe raul respectiv
bull utilizarea rationala complexa a apei acumulate (de regula la stabilirea amplasamentului lacului se statueaza si modul de folosire al apei)
bull tipul de baraj si simultaneitatea executiei barajului cu priza pentru folosinte de apa in general dupa executarea barajului priza poate fi numai in aval sau in lac
bull conditiile reale de teren trebuie tinut seama ca baraj ele cu lacuri mari de acumulare sunt situate in zona de deal - munte
bull conditiile rationale de tratare a apei obtinute din lac
261 Priza tn aval de baraj
Se poate executa oricand inainte si dupa executia barajului in forme si la debite adecvate Sunt posibile urmatoarele tipuri de captari
bull captari in curent liber de forma celor descrise anterior pe raul pe care debitul regularizat prin lac are valori mult mai mari
bull captari in baraj sau in lac in cazul in care lacul are ca principals folosinta alimentarea cu apa sau cand barajul este realizat pentru un lac de compensare a debitelor rezultate de la functionarea unor centrale hidroelectrice din amonte
bull captari in lac in cazul in care lacul compenseaza folosinta energetica iar beneficiarul este departe de baraj in amonte
262 Prize Tn corpul barajului
Sunt gandite si executate odata cu barajul astfel incat sa nu pericliteze siguranta in functionare a acestuia dar sa poata preleva apa de calitatea cea mai buna existenta la un moment dat in lac
In cele ce urmeaza sunt date exemple de captari de apa executate in baraj Daca barajul este din beton priza este de regula comuna cu barajul (figura 217)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 27
apa curgatoare Barajul care realizeaza lacul de compensare este din materiale locale cu un sistem de stavile pentru spalarea depunerilor de viitura (figura 219)
In figura 220 este schitata captarea dintr-un lac al carui baraj este executat din materiale locale cu miez de etansare din argila Captarea se executa total izolat de baraj (in malul natural sau in lac figura 221 - pentru a nu-i produce dificultati barajului prin exfiltrarea apei pe langa sistemul de transport al apei) si pentru ca priza sa nu aiba dificultati la tasari neuniforme ale barajului Apa captata din priza turn de la cote diferite functie de calitatea acesteia este evacuata prin conducte sau galerii amplasate in malul natural
Acest tip de captare poate fi aplicata si in alta pozitie in cuprinsul lacului pentru beneficiari riverani - amonte de baraj
Cand principala folosinta a lacului este de combatere a undei de viitura captarea poate avea o forma speciala (figura 222) Captarea este amplasata la o cota deasupra rezervei destinata acumularii depunerilor din lac si trebuie sa evite blocarea cu corpuri mari ce pot cadea prin apa intrucat nu este accesibila decat la ape mici - lac gol sau lac golit
263 Captari in lac
Se utilizeaza atunci cand in amplasament nivelul apei este asigurat intotdeauna deasupra unor valori limita Se pot practica o captare de tip turn (figura 221) cand debitul captat este important iar nivelul lacului relativ constant o captare plutitoare cand alimentarea cu apa este sezoniera sau conditiile de iarna nu sunt severe o captare de fund cand lacul este de adancime mare si cu un volum de apa important (figura 223a)
Captarea de fund este formata dintr-un sorb (pot fi prevazute mai multe asemenea constructii separate) asezat pe o confectie metalica stabila de tip tetrapod Se amplaseaza deasupra nivelului (apreciat) de colmatare si sub nivelul minim al apei din lac (acoperire mai mare pentru a o feri de plutitori) Zona captarii va fi balizata pentru a fi ferita de accesul plutitorilor si a putea fi usor reperata pentru control se marcheaza si zona de protectie daca este cazul Conducta de legatura (suficient de elastica daca are lungime mare) se lanseaza prin plutire si poate permite ridicarea prizei in caz de nevoie Captarea va fi amplasata la o asemenea adancime incat sa nu fie deplasata de valuri si totodata nu intr-o zona in care valurile pot pune in miscare depunerile de pe fund si deteriora calitatea apei Captarea este tipica pentru prelevarea apei din lacurile naturale (figura 223b)
Existenta lacurilor de acumulare ridicS probleme importante sub trei aspecte generale aspecte care pot influenta calitatea apei captate siguranta in functionare a prizei sau si a zonelor vecine
bull pentru lacurile mici problema cea mai importanta este legata de colmatarea cu aluviuni lipsa masurilor de protejare amenajare si stabilizare a solului in bazinul hidrografic conduce la antrenarea unei mari cantitati de sol (mai ales fertil) care blocheaza in scurt timp volumul lacului
bull pentru lacurile cu volum mediu (milioane de m3) problema cea mai importanta este eutrofizarea apei lacului
bull pentru lacurile mari (sute de milioane m3) problema importanta este imbdtrdnirea lacului (o eutrofizare lenta avand ca punct final obtinerea unei ape de calitate total deosebitS de aceea a raului din care pro vine)
Eutrofizarea lacurilor este o problema acuta a multor lacuri din zone de ses si colinare Cauza principals este aportul de substante fertilizante (fosfor carbon azot) Fosforul (adus in apa in special din apele uzate orSaenesti - neepurate adecvat) in cantitSti mici favorizeaza randamentul de functionare a fitoplanctonului care la randul lui favorizeazS fixarea azotului cu ajutorul bacteriilor Dezvoltarea fitoplanctonului favorizeazS dezvoltarea zooplanctonului si deci a populatiei de pesti
DacS fluxul energetic si aportul de substante este moderat atunci ciclul se incheie devine stabil si lacul isi pSatreaza calitatea de lac oligotrof (figura 224a) In cazul in care cantitatea de fosfor creste creste volumul de fitoplancton deoarece nu exista suficient azot si lantul se rupe Zooplanctonul si pesti mor substantia organicS creste bacteriile consumS oxigenul si lacul devine eutrof acoperindu-se cu vegetatie (care are rSdacinile in malul situat pe fundul lacului si frunzele la suprafata realizand fotosinteza figura 224b) Consumarea oxigenului de cStre substantele in descompunere si capacitatea redusa de aerare fac ca apa lacului sa aibS de regulS un continut mai redus de oxigen
Daca se reduce cantitatea de nutrient (in special fosforul) dupa un timp calitatea apei se imbunatateste neajungand insa la calitatea initials (se considers ca un continut Tn fosfor de 10-20 mgl este acceptabil)
Imbdtrdnirea lacurilor este fenomenul de modificare continuS a calitatii apei lacului ca urmare a noului echilibru ce se realizeazS intre aportul de substante si circulatia apei Apa care ajunge in lac este o apa cu continut ridicat de substante minerale si organice Acestea se depun se descompun intra in reactie formand substante noi cu continut de Fe N S C (H2S CH4) substante care modifies chimismul apei Pe baza aportului de substante si sub influenta luminii creste productia de masa organica (schema lacului oligotrof) Apare un fenomen nou de circulatie a apei in lac vara apa de la suprafata este calda deci mai usoarS toamna insa apa se rSceste devine mai rece decat apa de la fundul lacului (are cca 4degC sub 15 - 20 m temperature ramane relativ constants) deci devine mai grea (densitatea creste la scaderea temperaturii) si coboarS inlocuind apa mai calda de adancime apa care se ridicS (depunerile mai pot fi agitate si de valurile de la suprafata)
Pozitia captarii in lacurile adanci trebuie sa fie totdeauna in zona medie cu temperature relativ constants (6 - 12degC) si unde nu se simte direct influenta descompunerilor ce se produc la fundul lacului (sau tulbureala datS de depunerile rSacolite)
28 Procese de pre-tratare aplicarea de algicide
Algele sau cianobacteriile (algele verzi-albastre) din lacurile si acumularile de stocare pot crea probleme de gust si miros precum si aparitia unor substante ce provoaca imbolnaviri (toxine) Pentru controlul dezvoltarii algelor sau cianobacteriilor se pot folosi compusi care distrug algele (algicidele) Daca are loc un eveniment legat de utilizarea algicidelor (calitatea apei este afectata de utilizarea unui algicid) pot avea loc urmatoarele
bull daca se utilizeaza algicide in exces substanta chimica poate provoca imbolnaviri
bull daca volumul de alge sau cianobacterii este prea mare si nu poate fi controlat de algicid toxinele din alge cianobacterii pot provoca imbolnaviri
bull daca se utilizeaza ca algicid paiele de orz substantele din paie pot reactiona cu dezinfectantele si forma subproduse ce provoaca imbolnaviri
Aplicarea de algicide in sursa de apa poate prezenta riscuri pentru sanatatea si siguranta muncii operatorilor Acestea sunt recunoscute dar nu vor fi discutate deoarece astfel de riscuri fac obiectul legislatiei muncii si protectiei muncii Algele sau cianobacteriile din sursa de apa pot interfera cu functionarea statiei de tratare Un bun control al cresterii lor face sa se diminueze necesitatea pre-oxidarii Se reduce de asemenea cantitatea de dezinfectant ce se pierde in reactia cu algele sau cu substantele pe care acestea le elimina in apa
31 Alcatuirea statiilor de tratare a apei
Rolul statiei de tratare este de a corecta calitatea apei brute pana la atingerea cerintelor utilizatorului Exista o multitudine de procese de tratare care se utilizeaza in practica insa schema generala a unei statii de tratare (figura 31) cuprinde
bull trepte multiple de oxidare (pre-oxidare post-oxidare) cu scopul de a oxida compusi chimici dar si de a realiza bariere succesive in calea micro-organismelor
bull procese de limpezire a apei care constau in
o coagulare-floculare cu reactivi chimici in camere de reactie special amenajate
o decantarea apei pentru retinerea suspensiilor coagulate
o filtrarea pe strat de nisip pentru finalizarea procesului de limpezire
bull afinarea apei constituita din oxidare cu ozon urmata de adsorbtie pe carbune activ granular cu scopul indepartarii anumitor compusi chimici toxici
bull dezinfectia apei pentru indepartarea totala a virusurilor bacteriilor si altor micro-organisme din apa treapta obligatorie in Romania conform Legii privind Calitatea Apei Potabile nr 4582002
3
Pentru eliminarea duritatii se pot adopta scheme cu schimbatori de ioni sau cu reactivi chimici (var si soda) in functie de tipul duritatii (temporara sau permanenta)
Orice statie de tratare este deservita de anumite facilitati pentru intretinerea proprie Printre acestea se mentioneaza
bull statia de reactivi chimici cu rolul de a stoca prepara si doza reactivii necesari procesului de tratare (coagulanti floculanti agenti dezinfectanti corectie pH etc)
bull sisteme de spalare filtre rapide constituite din statii de pompe si de suflante
bull laborator pentru a determina corectitudinea procesului de tratare dar si calitatea apei produse
bull alte facilitati printre care se mentioneaza sisteme de recuperare a apei de la spalare filtre si a namolului din decantoare
311 Exemple de statii de tratare
O schema de tratare cu filtrare directa este prezentata in figura 32 Uzina de apa a orasului Los Angeles - SUA (Los Angeles Aqueduct Filtration Plant) are o capacitate instalata de 185 m3s filiera tratare fiind prezentata in cele ce urmeaza
bull pre-oxidare cu ozon 4 generatoare care produc 3780 kg CVzi (doza medie ozon 15 mgdm3) 4 bazine de contact (timp de contact minim 49 min)
bull coagulare (amestec rapid) 8 camere de reactie echipate cu agitatoare dinamice timp minim de amestec 086 s pentru doua camere inseriate Reactivi utilizati clorura ferica sulfat de aluminiu polimeri anionici si neionici soda caustica clor
bull floculare 36 camere de reactie lenta timp minim de reactie lenta 8 min pentru 3 bazine inseriate
bull filtrare 24 unitati (aria unei unitati A=160 m2) strat de antracit cu inaltimea de 24 m viteza de filtrare 175 mh care asigura un timp de contact de 10 minute
bull dezinfectie finala cu clor (doza maxima clor 56 mgdm3)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 3
Un alt exemplu de schema de tratare care nu cuprinde treapta de decantare este uzina de apa Ivry (Franta) modernizata in 1987 (debit instalat Q = 300000 m3zi) Dupa modernizare uzina cuprinde urmatoarele procese (figura 33)
bull pre-oxidare cu ozon doza uzuala 10 mg CVdm3
bull coagulare (amestec rapid) cu clorura ferica (5 - 10 mgdm3) si polimer anionic (0025 -005 mgdm3)
bull pre-filtrare faza I - (coagulare pe masa de contact) 18 unitati de 815 m2 strat biolit 10 m viteza de filtrare maxima 10 mh
bull floculare cu clorura ferica (2-6 mg Fe3+dm3) si polimer (005 - 10 mgdm3)
bull pre-filtrare faza II - nisip 22 unitati de 81 m viteza de filtrare 9 mh
bull filtrare lenta 30 cuve (23000 m2) viteza maxima de filtrare 13 mzi inaltime strat 07 m
bull post-ozonare timp de contact 4 minute doza uzuala 04 - 06 mg CVdm3
bull filtrare pe CAG inaltime strat 10 m viteza de filtrare 10 mh
bull dezinfectare finala cu hipoclorit de sodiu
In figura 34 este prezentata o schema tehnologica a unei uzine de apa aplicata in cateva mari uzine de tratare (Qgt2000 m3h) ce preiau apa bruta direct din fluviul Ruhr Schema asigura o eliminare optima a microorganismelor Concentratia de Cryptosporidium in apa raului Ruhr variaza de la 0 la 5 unit(100 dm3) iar concentratia chisturilor Giardia de la 8 la 250 unitdm3 Nu au fost detectate aceste organisme in treptele premergatoare dezinfectarii Se remarca prezenta treptelor de filtrare incepand cu filtrarea mecanica pe microsite in capatul amonte al filierei de tratare si continuand cu un pachet de trei trepte de filtrare (dublu strat carbune activ granular si filtre lente) care asigura o eficienta foarte mare din punct de vedere microbiologic
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 3
Figura 34 Filiera tehnologica uzina de apa Mulheim an der Ruhr
(Germania)
Un exemplu de schema tehnologica combinata (Q=32 m3s) este prezentata in figura 35 Apa bruta (fluviul Elba) este puternic incarcata in poluanti Filtrarea primara (bazine de infiltratie) reduce de cateva ori incarcarea microbiologica iar in cazul folosirii treptelor de floculare sedimentare si filtrare reducerea incarcarii microbiologice este de circa 9999
Prin curgerea in stratul subteran se obtine o apa ce se incadreaza in normele privind calitatea apei potabile Dezinfectia finala este aplicata pentru a preveni cresterea masei bacteriene in sistemele de distributie Uzina este prevazuta a fi modernizata cu treapta de oxidare cu ozon si filtre multistrat
In Elvetia sunt intalnite in principal scheme complexe de tratare avand la baza procese biologice (figura 36) Treptele de tratare clasice (pre-oxidare cu ozon coagulare-floculare filtrare rapida) sunt urmate de corectia pH-ului si postozonare in fmalul filierei de tratare se prevad reactoare biologice inseriate (filtre CAG activate biologic urmate de filtre lente) Se urmareste in principal reducerea indicatorilor biologici si bacteriologici prin reducerea concentratiilor de carbon organic asimilabil (AOC lt 10 ug Cdm ) Se remarca absenta dezinfectarii finale Se obtine o apa biostabila introducerea acesteia intr-o retea de distributie nu necesita prezenta unui dezinfectant rezidual Se asigura in acest mod o siguranta ridicata la consumator in ceea ce priveste potentialul de formare al trihalometanilor
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 3
33 Procese de oxidare
Procesele de oxidare pot fi intalnite in toate statiile de tratare in doua sectiuni caracteristice ale schemei
bull pre-oxidare in capatul amonte al filierei pentru oxidarea substantei organice plancton inactivare microorganisme obiectul principal este asigurarea functionarii optime a proceselor de tratare si evitarea contaminarii acesteia
bull post-oxidarea amplasat dupa procesele de tratare conventionale (decantare si filtrare rapida pe strat de nisip) urmareste oxidarea totala a micro poluantilor reducerea materiilor organice naturale si inactivarea totala in ape limpezi a compusilor biologici si bacteriologici
331 Pre-oxidare
In mod obisnuit se utilizeaza urmatorii agenti oxidanti clor ozon dioxid de clor 3311 Clorul(Ch)
Clorul se utilizeaza in mod uzual cu doze cuprinse in domeniul 1 - 3 mgl cu timp de contact minim Tc=30 minute in anumite situatii (inflorire algala sau poluare accidentala) dozele pot fi mai mari dar se urmareste evitarea formarii sub-produsilor organo-clorurati (de exemplu trihalometani THM) prin efectuarea de incercari pe apa sursei pentru a se stabili potentialul de formare
Clorul este adoptat frecvent datorita costurilor reduse implicate Reactia clorului trebuie urmarita cu atentie luand in consideratie agentii reducatori (H2S Mn2+ Fe3+) si materiile organice naturale in diagrama din figura 37 se poate urmari procesul de reactie al clorului in apa (clorare la breakpoint) Punctul critic se atinge daca raportul masic intre clor si amoniac variaza intre 81 -101 (teoretic 761)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 40
3312 Ozonul(03)
Ozonul este un gaz violet instabil care degaja un miros iritant caracteristic
Se produce prin descarcari electrice la diferente de potential ridicate intre doi electrozi intre care curge aer sau oxigen pur Eficienta productiei depinde de diferenta de potential frecventa caracteristicile materialului dielectric si spatiul care separa dielectricele Progresele tehnologice din ultimii 20-30 ani au condus la reducerea consumului de energie la 10 - 12 kWh 1 kg O3
Dozele uzuale de ozon sunt in gama 1 - 3 mgCVdm3 iar timpul de contact uzual este Tc=10 minute Se tinde spre adoptarea solutiei cu doua reactoare in serie ca in figura 38 Adancimea apei in reactoare poate atinge 6-75 m
Conceptual reactoarele de ozon functioneaza pe baza interceptarii curentului de apa descendent de catre voalul de bule mici de ozon in miscare ascendents
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
0
4
3313 Dioxidul de clor (CIO2)
Se poate obtine din clorit de sodiu si clor conform reactiei
2NaC102 + Cl2rarr2C102 + 2NaCl (31)
Stoechiometric 1 g dioxid de clor se obtine din 134 g clorita de sodiu si 05 g de clor
Este instabil si exploziv la temperaturi T gt (-40degC) Se produce imediat inainte de injectia in apa La 20degC si presiune partiala de 53 kPa solubilitatea este 4 gdm3
Avantajele utilizarii CIO2 sunt
bull nu formeaza sub-produsi de tip trihalometani (THM)
bull are putere oxidanta mai buna oxideaza fenoli si este foarte eficace la pH peste 85
Dozele utilizate frecvent 01 - 05 mgl timpul de contact fiind Tc = 10 min Se mentioneaza ca pentru doze mai mare de 05 mgl exista riscul formarii de sub-produsi de tip clorati
Reactoarele de pre-oxidare utilizeaza agitatoare mecanice (rezistente la coroziune) care asigura amestecul mecanic cu randamente ridicate intre apa de tratat si solutia de CIO2
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 4
332 Post-oxidare
In filierele de tratare se dezvolta din ce in ce mai mult conceptul de post-oxidare cu ozon pe apa limpezita dupa filtrele rapide de nisip pentru ca eficienta transferului creste se reduc dozele de ozon si oxidarea micro-poluantilor devine mai eficienta
incadrarea procesului de post-oxidare in schema statiei de tratare se realizeaza totdeauna ca infigura 310 n
Dozele de 03 in post-oxidare nu depasesc 2 mgl Principiile reactoarelor de ozon sunt identice cu cele utilizate in pre-oxidare
Post-oxidarea cu ozon combinata cu adsorbtia pe CAG este procesul (denumit afinare) capabil sa asigure
- eliminare totala compusi biologici microbiologici si micropoluanti
- reducere materiilor organice naturale astfel incat TOC lt 25 g Cl
- eliminare pesticide
333 Alegerea oxidantului
Alegerea oxidantului se bazeaza pe analiza calitatii apei caracterizarea marimii poluarii care poate apare (continut materii organice naturale carbon organic total numar de microorganisme perioade duraf deg ce aparitie)
Alegerea agentului oxidant are la baza costuri si implicatii in filiera tehnologica
Tabelul 35 Caracteristici principale Tn alegerea oxidantilor Nr crt
Oxidant Avantaje Dezavantaje
1 Clor-Cl2 - costuri reduse- cunoastere operare- este remanent (rezidual) in reteaua de
distributie
formeaza THM - necesita timpi de contact mari
2 Dioxid de clor - C102 - capacitate de oxidare mai ridicata in raport cu Cl2
- nu formeaza THM- este remanent (rezidual) in reteaua de
distributie
- necesita preparare si dozare instantanee- la doze prea mari poate forma cloraticosturi mai mari in raport cu Cl2
3 Ozon - 03 - cea mai mare capacitate de oxidare- nu formeaza THM
- necesita preparare si dozare instantaneeconsumuri energetice mari- poate forma subprodusi de tip bromaji sau
aldehide- nu este remanent (rezidual) in reteaua de
distributie
4
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 4
Figura 311 Fortele
ce actioneaza asupra
particulelor aflate Tn
apa
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
3511 Deznisipatoare
Sunt destinate sa retina particulele de tip nisip pentru protectia utilajelor din schema statiei de tratare Schema unui deznisipator orizontal este data in figura 313
Figura 313 Deznisipator orizontal longitudinal
1 Gratar 2 Bare de linistire 3 Nisa pentru reparatii Tn caz de avarie 4 Stavilar de intrare 5 Vane de golire 6 Stavilarde iesire 7 Galerie de golire
In zona de intrare a apei in deznisipator se monteaza un gratar rar pentru impiedicarea accesului corpurilor mari in interiorul bazinului Pentru linistirea curentului se monteaza bare verticale de linistire Peretii laterali ai deznisipatorului se executa cu evazare catre exterior pentru a permite preluarea impingerilor survenite din podul de gheata care se formeaza pe timp de iarna la suprafata bazinului Panta radierului bazinului trebuie sa permita evacuarea depunerilor in zona din aval a bazinului Evacuarea depunerilor se poate realiza cu mai multe sisteme
bull prin hidro-mecanizare cu scoaterea din functiune a unui compartiment
bull prin golirea totala a compartimentului (numai pentru debite foarte reduse)
bull cu electro-pompe speciale purtate de o grinda rulanta
3512 Decantoare statice
Sunt destinate surselor cu variatii mari de turbiditate la care 50 - 60 din suspensii sunt de natura minerala (gravimetrice) in figura 314 se prezinta schema unui decantor orizontal longitudinal Elementele principale ale bazinului sunt
bull zona de intrare in care se gaseste un perete de linistire a curentului in partea superioara respectiv canalul de evacuare a depunerilor in partea inferioara
bull decantorul propriu-zis cu radier cu panta catre basa de evacuare a namolului amplasata in zona incipienta a bazinului
bull zona de evacuare a apei decantate care este bordata de un gratar cu rolul impiedicarii accesului plutitorilor
Curatirea decantoarelor orizontale se realizeaza
bull Intermitent prin golire si evacuare depuneri hidraulic sau mecanic
bull Continuu cu ajutorul podurilor racloare care strang depunerile in base special amenajate
Dificultatile in operarea decantoarelor statice se pot sintetiza
bull sunt influentate de factori atmosferici vant gheata insorire
bull miscarea este turbulenta ca structura si particule fine pot fi repuse in stare de suspensie
bull echilibrarea fluxului hidraulic se realizeaza cu dificultate
bull eficienta retinerii nu depaseste 10-15 NTU la apa decantata
37 Filtrarea apei - generalitati
Filtrarea este procesul de limpezire finala a apei (stadiul II) la curgerea printr-un mediu poros de obicei format din nisip cuartos Procesul simuleaza infiltratia apelor superficiale in mediile poroase din subsolul pamantului Procesul este cunoscut si aplicat de mult timp (primul brevet s-a emis in 1830)
Schema generala (figura 323) indica filtrul ca fiind format dintr-un bazin (cuva) in care apa curge in sens descendent traverseaza mediul poros sustinut de un drenaj si ajunge intr-un rezervor de apa filtrata amplasat sub drenaj Sistemul este dotat cu toate instalatiile de introducere -prelevare apa preaplin si golire
Parametrii fundamentali ai procesului de filtrare sunt
bull viteza de filtrare definita (ca viteza aparenta) cu relatia urmatoare
vF = Q A [ m h ] [mzi] (313)
In care
Q - debitul de apa filtrata
A - suprafata orizontala a stratului filtrant in
functie de viteza de filtrare se pot clasifica in
o filtre lente (biologice) - VF = 01 - 025 [mh]
o filtre rapide - vF = 4 - 10 [mh|
o filtre ultra-rapide
bull mediul filtrant - in general nisip cuartos care sa realizeze prin uniformitatea granulelor un volum de goluri in care sa se acumuleze suspensia retinuta din apa caracteristicile sunt diferite pe tipuri de filtre
bull pierderea de sarcina (hr) exprimata ca diferenta intre nivelul apei in cuva filtrului si nivelul apei in rezervorul de apa filtrata este data de colmatarea stratului si este variabila in timp
49
38 Filtre lente
Se bazeaza pe formarea unei membrane biologice constituita din colonii de bacterii aerobe -amplasata la suprafata stratului de nisip (pe primii 2-3 cm) Elementul fundamental este dezvoltarea membranei (in 1 - 3 zile) functie de caracteristicile apei Dupa o perioada (30 - 50 zile) membrana se colmateaza si incepe sa se rupa degradand calitatea apei Aceasta se razuieste (se curata) manual sau mecanic si procesul este reluat In figura 52 se indica schema unui filtru lent
Dispoizitiv de curatat_____________________________membrana biologtca
Figura 325 indica tipurile de organisme care pot fi intalnite pe o adancime de 30 cm in nisipul filtrului lent
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
Nisipul din filtrul lent trebuie sa aiba urmatorii parametri
bull granulozitatea in domeniul dg = 035 - 050 mm
bull coeficientul de neuniformitate ult 15
(314)
In care d6o - diametral ochiurilor sitei prin care trece 60 din materialul cernut
d1o - diametral ochiurilor sitei prin care trece 10 din materialul cernut
01
50
bull inaltimea stratului de nisip H=90-100 cm cand grosimea stratului de nisip ajunge dupa curatiri succesive la 70 - 80 cm este necesara completarea la inaltimea initiala
Solutia filtrelor lente se prevede la debite relativ mici (max 10000 m zi) si surse de apa in general curate (lipsite de alge culoare poluanti toxici) Se pot obtine rezultate performante la ape necoagulate Operarea sistemelor de filtre lente este simpla Procesul de filtrare lenta este asimilat cu procese fizice si biologice Acestea din urma necesita o atentie si urmarire continua in etapele de operare a filtrelor in special referitor la starea coloniilor de bacterii aerobe din membrana biologica
310Filtre rapide
In figura 326 se prezinta schema unui filtru rapid Acesta este constituit din urmatoarele elemente componente
bull sistem admisie apa in cuva - are rolul echirepartitiei debitului catre cuvele de filtre
bull stratul filtrant peste care exista un strat de apa
bull drenaj cu rolul de a sustine stratul filtrant si de a transforma bulele mari in bule fine in procesul de spalare inversa
bull sistem de mentinere a nivelului apei in filtru (pentru filtrele cu functionare in sistem nivel constant si debit variabil)
bull statie de pompare apa de la spalare filtre si statie de suflante
bull instalatii hidraulice grupate in galeria tehnologica cu rolul de a asigura toate utilitatile necesare functionarii corecte a procesului (conducte si vane apa filtrata apa spalare aer spalare preaplin golire etc)
bull rezervor de apa filtrata amplasat de obicei sub toata statia sau in anumite cazuri numai sub galeria tehnologica
Procesul consta in doua etape
bull filtrarea apei parcurgand in sens descendent stratul de nisip si drenajul
bull spalarea filtrului in sens ascendent in doua faze distincte
o faza 1 (durata Ti=5-10 min)
o faza 2 - limpezire (durata Ti=10-15 min)
51
in ultimii 30-40 de ani in lume a existat o preocupare constants pentru perfectionarea procesului in sensul obtinerii performantei in calitatea apei filtrate (turbiditatea sa se incadreze in domeniulOl - 10 NTU)
Mecanismele de retinere in filtrele rapide se pot sintetiza ca in schema urmatoare
3101 Mediul filtrant
Calitatile materialului filtrant sunt urmatoarele
bull domeniul de granulozitate dg = 085 - 2 mm
bull coeficientul de neuniformitate u=d6odio lt 15
bull fractiunile inferioare diametrului 085 mm si superioare dmax 2 mm inferioare procentual la 10 in greutate
bull diametrul efectiv def = dio = 09-1 mm
bull sa realizeze un numar de goluri (porozitate) mare (pgt40)
bull forma granulelor apropiata de sfera pentru obtinerea unui grad de acoperire ridicat
bull continut de roci cuartoase recomandabil peste 95
bull sa aiba duritate (gt 7 in scara Mohs) pentru a nu se sfarama la spalare
Calitatea materialului filtrant influenteaza viteza de filtrare O serie de studii au indicat domeniul optim de granulozitate al nisipului de filtru conform figurii 328
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 52
3102 Calitatea influentului fn corelatie cu materialul filtrant
Pentru realizarea unei retineri eficiente a suspensiilor se impune ca in influentul filtrelor acestea sa fie floculate Aceasta se caracterizeaza prin coeficientul de coeziune al suspensiilor floculate (namol retinut) aceasta caracterizeaza capacitatea de rezistenta la forfecare si depinde de doza de floculant si natura (minerala sau organica a suspensiilor)
Procesul de optimizare a filtrarii rapide a apei ia in considerate principiul un filtru va functiona optim cand va produce cea mai mare cantitate de apa intre doua spalari succesive aceasta se va realiza cand timpul in care se atinge pierderea de sarcina limita este egal cu timpul in care se calitatea apei filtrate se inrautateste la limita maxim acceptabila (Ti = T2) sau penetrarea impuritatilor in interiorul masei filtrante se va efectua cu aceeasi viteza cu care creste pierderea de sarcina Expresiile celor doua perioade au fost determinate de cercetatorii Richard si Croce-Spinelli
Tx = a bull σ - 0 9 5 bull k-075bull def-045bull h0
n95bull v -185 (316)
T l = b bull σ-075 k - 0 7 5 bull dlef
1 5 Δhr05 bull vF
-065 (317)
In care Ti - perioada in care turbiditatea apei filtrate atinge valoarea limita (1 NTU)
T2 - perioada in care se atinge pierderea de sarcina limita (15 - 18 m)
a b - coeficienti empirici (experimentali)
hn - grosime strat nisip
Δhr- viteza de crestere a pierderii de sarcina
INSPECTIA SANITARA SI MOMTORIZAREA CALITATII APEI
VF - viteza de filtrare
k - coeficient de coeziune al namolului
a - depozitul specific (volumul de suspensii raportat la volumul de material filtrant)
Se constata ca fiecare filtru poate conduce la un ciclu optim functie de calitatea nisipului grosimea stratului calitatea flocularii suspensiilor din apa influenta si viteza de filtrare
3103 Variatia pierderii de sarcina
Urmarirea pierderii de sarcina este importanta pentru ca poate pune in evidenta functionarea filtrului Operarea optima a unui filtru se realizeaza prin urmarirea in timp a variatiei pierderii de sarcina si turbiditatii Masurile pentru realizarea acestui optim sunt
53
bull reducerea vitezei - cele mai performante filtre lucreaza cu viteze de filtrare variabile astfel incat colmatarea stratului sa se realizeze fara socuri
bull adaugarea unui polimer (doze 01 - 02 mgl) in influent pentru a mari rezistenta particulelor floculate
bull imbunatatirea calitatii nisipului
Presiune (m col H20)
Figura 329 Estimarea pierderii de sarcina Tn
stratul filtrant
3104 Spalarea filtrelor
Se realizeaza in contra curent de apa si aer comprimat Elementele tehnice care intervin esential in obtinerea performantelor spalarii sunt
bull calitate drenaj - din punct de vedere al uniformitatii debitelor de apa si aer
bull colectarea uniforma a apei de la spalare
bull metoda de spalare care sa asigure eliminarea totala a suspensiilor retinute in strat cu resurse minime
bull drenaj de mare rezistenta hidraulica (cu placi cu crepine)
Se bazeaza pe principiul introducerii unei rezistente hidraulice de 15 - 20 cm coloana de apa (reducerea brusca de sectiune la intrarea apei in tija crepinei) care asigura uniformizarea intensitatilor de spalare pe suprafata cuvei (abateri de plusmn 3-5) In figura 330 se prezinta schema drenajului cu placi cu crepine
Se pun conditii severe din punct de vedere constructiv pentru realizarea drenajului
bull asigurarea etansarii perfecte
bull asigurarea cotei exacte si unice pentru pozitia orificiilor de aer
bull rezistenta cosurilor crepinelor
bull asigurarea formarii unui nivel de separatie apa - aer uniform si constant pe toata suprafata cuvei
Cele mai performante filtre din punct de vedere al spalarii sunt filtrele cu baleiaj la spalare (figura 331)
INSPECTIA SANITARA SI MOMTORIZAREA CALITATII APEI
55
55
in perioada de spalare a filtrului nivelul in cuva se afla la cota NS jgheaburile J nu mai deverseaza si prin orificiile de la baza jgheaburilor se creeaza un curent de baleiaj (1-2 dm3sm2) cu apa decantata care impinge suspensiile spre jgheabul de colectare Se reduc astfel timpii de spalare (cu 50) si intensitatile si volumele de apa de spalare
Prin curgerea ascendenta a aerului masa de nisip vibreaza si peliculele de namol se desprind de granule Curentul ascendent de apa le antreneaza Spalarea numai cu aer induce vibrarea masei de nisip si depunerea namolului in zona inferioara a stratului De aceea este contraindicata spalarea numai cu aer in faza 1
In general echipamentele pentru asigurarea debitelor apa de spalare se adopta un utilaj (pompa) in faza 1 si inca o pompa de acelasi tip pentru faza a Il-a
3105 Asigurarea repartitiei uniforme a influentului
Pentru asigurarea repartitiei uniforme a apei decantate se utilizeaza diverse sisteme Cel mai performant este sistemul cu deversori neinecati conform cu schema din figura 332
3106 Sistemele hidraulice
Sistemele hidraulice asigura deservirea statiei de filtre atat in procesul de filtrare cat si in procesul de spalare Acestea se vor dimensiona conform vitezelor economice prezentate in tabelul urmator
3107 Reglajului debitului si nivelului de apa in cuva
Pentru filtrele care functioneaza cu nivel constant si debit variabil este foarte important ca nivelul apei in filtru se fie mentinut pseudo-constant Aceasta se asigura cu diverse sisteme de plutitori (regulator de nivel amonte) care comanda vana de pe conducta de apa filtrata sau cu sisteme electronice si hidraulice conform figurii 333
Figura 333 Sistem de reglare electronic al nivelului apei Tn filtru
Legends 1 Strat filtrant 2 Vana apa filtrata 3 Parghie comanda vana 4 Electrovana de comanda 5 Regulator electronic 6 Senzor de presiune pentru nivel filtru 7 Senzor de presiune sub planseu 8 Potentiometru 9 Indicator de
colmatare 10 Alimentare cu fluid de comanda
313 Afin area apei
Procesul de afmare a apei este constituit din combinatia intre procesul de post-oxidare cu ozon a apei filtrate urmat de adsorbtie pe carbune activ granular
3131 Post-oxidarea cu ozon
Ozonul (O3) se obtine din aer sau oxigen supus la descarcari electrice printr-un dielectric In figura 334 se prezinta un element dintr-un ozonor
figura 334 Element tubular de ozonor
1 - Intrare gaz vector (aeroxigen) 2 3 - Electrozi 4 - Dielectric 5 - Spatiu de descarcare electrica 6 - Gaz vector +
ozon 7 - Apa racire
Diferentele de potential la care se lucreaza sunt cuprinse intre 6000 - 18000 V functie de natura si grosimea dielectricului marimea spatiului de descarcare si presiunea absoluta de functionare
Concentratiile de ozon in gazul vector obisnuite sunt
bull 10-40gm - in cazul utilizarii aerului
bull 10-140 gm3 - in cazul utilizarii oxigenului
Pentru a realiza concentratii optime si stabilitatea procesului se cere punct de roua -60degC -80degC
Energia specifics pentru productia de ozon
bull 13-18 kWhkg O3 - produs din aer
bull 8-10 kWhkg O3 - produs din oxigen
Actiunea O3 asupra apelor de consum se poate sintetiza
bull imbunatatirea calitatilor organoleptice (gust miros culoare)
bull activitate bactericide si virulicida
bull oxidarea materiilor organice
bull oxidare micro-poluanti
bull imbunatatirea biodegradabilitatii in amonte de CAG
3132 Adsorbtie pe carbune activ granular (CAG)
Carbunele activ se poate obtine din carbuni minieri sau din coaja de nuca de cocos Majoritatea carbunilor minieri pot fi convertiti in carbune activ insa proprietatile carbunelui activ depind esential de calitatea initiala a carbunilor in special in ceea ce priveste duritatea acestora in acest sens se utilizeaza adesea coaja nucilor de cocos pentru fabricarea carbunelui activ
Exista o multitudine de procese de fabricare a carbunelui activ insa eel mai dezvoltat este piroliza urmata de activarea cu gaze de oxidare Piroliza (carbonizarea) presupune incalzirea materialului la temperaturi intre 600 si 900 degC in absenta aerului Pentru obtinerea unei porozitati ridicate se pot utiliza adaosuri de cloruri metalice (de exemplu ZnCl) Piroliza poate reprezenta unicul pas de activare in cazul in care se doreste obtinerea unui material cu 0 porozitate ridicata
A doua etapa este cea de oxidare care se realizeaza de obicei cu abur sau uneori cu aer Temperaturile sunt uzuale in gama de 600 - 900 degC Pe parcursul acestei etape se realizeaza 0 erodare a suprafetei interne a carbunelui si dezvoltarea unei retele extensive de micropori care cresc capacitatea de adsorbtie
58
Printre proprietatile principale ale carbunelui activ se enumera continutul de cenusa umiditatea densitatea marimea particulelor duritatea volumul si distributia dupa marime a porilor suprafata interna
31321 Continutul in cenusa
Continutul in cenusa este reprezentat de reziduul obtinut prin calcinarea la temperatura de 954 degC timp de 3 ore in aer Uzual continutul de cenusa variaza intre 3 si 10 Pentru reducerea cantitatii de cenusa se poate utiliza spalarea cu acid
31322 Umiditatea
Umiditatea se determina prin uscarea in cuptor timp de 3 ore a unei cantitati de 5 sau 10 g de carbune activ la temperatura 150 degC Se determina greutatea inainte si dupa uscare si racire in exicator Umiditatea in vrac a carbunelui activ este recomandabil sa fie limitata la maxim 5
31323 Densitatea
Sunt mai multe tipuri de densitati printre care se mentioneaza densitatea in vrac densitatea aparenta densitatea particulei si densitatea reala Densitatea in vrac sau densitatea aparenta reprezinta greutatea carbunelui activ uscat raportata la volumul pe care acesta il ocupa Aceasta se determina prin umplerea unui cilindru cu volumul de 100 ml cu carbune prin cadere libera dintr-o masina vibratoare si cantarirea volumului respectiv Valorile uzuale sunt in gama 05 - 06 gml pentru carbune activ fabricat din carbune minier respectiv 024 - 030 mg1 pentru carbune activ fabricat din lemn
Densitatea particulei reprezinta densitatea unei particule singulare Volumul pe care se bazeaza include volumul porilor precum si volumul materialului Densitatea particulei se determina in mod uzual cu mercur la presiunea atmosferica (mercurul umple spatiile goale din particula de carbune activ dar nu umple porii) Valorile uzuale sunt in gama 074 - 080 gml
Densitatea reala sau densitatea scheletului este cea determinate numai pe materialul (carbunele) propriu-zis Pentru determinarea acesteia se utilizeaza uzual o metoda de inlocuire cu heliu (heliul intra practic in toti porii materialului) Valorile uzuale sunt in gama 21 - 22 gml
31324 Marimea particulelor
Aceasta se determina prin cernerea a 100 sau 200 g de carbune printr-un sistem de site mecanice timp de 10 minute dupa care se cantaresc retinerile pe fiecare sita in parte Carbunele activ pudra se incadreaza de obicei in domeniul 005 mm - 15 mm
31325 Friabilitatea
Capacitatea carbunelui activ de a rezista la abraziune este unul dintre parametrii cei mai importanti Procedura de determinare a friabilitatii carbunelui activ presupune determinarea granulozitatii acestora inainte si dupa testul propriu-zis care consta in concasarea succesiva a carbunelui intr-un recipient alaturi de bile de otel inoxidabil Valorile uzuale ale indicelui de friabilitate sunt 65 - 80 (practic 70 - 75) ceea ce atesta faptul ca materialul este foarte usor friabil si este necesar atentie la procedura de spalare
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATIIAPEI 59
31326 Volumul si distributia dupa marime a porilor
Volumul porilor reprezinta volumul total al porilor din particula de carbune activ granular raportat la greutate Valorile uzuale sunt de ordinul 08 - 12 mlg pentru carbune activ fabricat din carbuni minieri respectiv 22-25 mlg pentru carbune activ fabricat din lemn Volumul total al porilor poate fi determinat printr-un test de adsorbtie cu azot desfasurate astfel incat azotul condensat sa intre in totalitate in porii carbunelui
Carbunele activ confine o structura complexa de pori de forme si marimi diferite Porii au de obicei o geometrie neregulata si sunt interconectati Dimensiunile porilor sunt uzual intre 10 A si 100000 A (001 cm) Distributia dupa marime a porilor depinde de tipul de material utilizat si de metoda si de durata procesului de activare
31327 Suprafata internaSuprafata interna a materialelor poroase in general se determinS cu ecuatia BET stabilita de
Brunauer Emmett si Teller Ecuatia descrie formarea de strate multiple de gaz condensat care apar atunci cand un gaz adsorbabil (de exemplu azotul) este in contact cu materialul poros Intr-un astfel de test se utilizeaza azot la temperatura de fierbere si presiunea atmosferica (-196 degC sau 77 K)
Ecuatia BET (expresia 318) a fost derivata presupunand urmatoarelebull rata de condensare a moleculelor din primul strat este egala cu rata de evaporare a
moleculelor din zonele acoperite cu un singur strat de moleculebull caldura de adsorbtie peste primul strat este constants si egala cu caldura de lichefiere
qqm=b(PPS)(1-PPs)(1-PPS+bPPS) ( 3 1 8 )
In care Ps - presiunea de vaporizare la saturatie la temperatura utilizata in test uzual 1 atm
q - cantitatea de substanta adsorbita la presiunea P
qm - cantitatea de substanta adsorbita numai cand se constata acoperirea totala a suprafetei cu un strat monomolecular
b - constanta determinata experimental
In figura 336 se prezinta o relatie tipica intre marimea porilor si suprafata totala Suprafata cumulativa este data de insumarea suprafetelor tuturor porilor cu un diametru dat sau mai mare Se remarca faptul ca marea majoritate a suprafetei este atribuita porilor de mici dimensiuni
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI60
3133 Teste uzuale de adsorbtie
In practica se utilizeaza o serie intreaga de teste pentru a determina capacitatea de adsorbtie pentru diferite tipuri de carbune activ Printre acestea se mentioneaza
- Indicele Iod reprezinta cantitatea de iod in miligrame pe gram adsorbit de un carbune activ la echilibru cu o solutie I2-KI cu concentratia 002 N indicele iod indica suprafata totala a porilor cu diametru de 10 A sau mai mare valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 800 - 1000 mgg
Indicele Melasa reprezinta un indicator al puterii de decolorare a carbunelui activ granular in contact cu 0 solutie de melasa la fierbere indicele melasa este in stricta legatura cu suprafata totala a porilor cu diametrul mai mare de 28 A valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 200 - 300
- Indicele Albastru de Metilen reprezinta cantitatea de albastru de metilen adsorbita de 1 g de carbune activ la echilibru in contact cu o solutie cu concentratia 1 mg1 de albastru de metilen Albastrul de metilen are greutatea moleculara 320 si indica suprafata totala a porilor cu diametrul de 15 A
- Activitatea tetraclorurii de carbon tetraclorura de carbon CC14 este un compus molecular mic si poate intra in toti porii In acest test un curent de aer este saturat cu CCI4 la 0 degC si este trecut printr-un strat de carbune activ mentinut la 25 degC pana cand nu se mai detecteaza nici o schimbare in greutate Activitatea este greutatea CCI4 adsorbita pe unitatea de greutate de carbune activ exprimata procentual Valorile uzuale ale acestui indicator sunt in gama 60 -80
- Indicele butan este similar activitatii tetraclorurii de carbon valoarea acestuia este exprimata grame de butan adsorbite pe 100 ml carbune activ valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 7 - 8 g 100 ml carbune activ
- Indicele FINAD stabilit de cercetatorul C Gomella si reprezinta un produs al mai multor indici F - fenol I - iod N - indol A - antipirina D - detergent
316 Deferizarea si demanganizarea apei
Fierul (Fe) si manganul (Mn) sunt elemente care se gasesc frecvent in mediul subteran si in apa apar in concentratii pana la 10 mg1 (Fe) si 2 mg1 (Mn) Prezenta fierului si manganului in apele potabile pot genera urmatoarele probleme
bull produce gust metalic dezagreabil
bull coloreaza tesaturile si echipamentele sanitare
bull formeaza precipitate in conducte care favorizeaza dezvoltarea bacteriilor feruginoase (Chrenothrix) acestea modifica regimul hidraulic calitatea apei distribute si favorizeaza fenomenele de coroziune
3161 Echilibrul fierului si manganului in apa
Fierul si manganul sunt prezente dizolvate in solutiile apoase sub forma Fe2+si Mn2+ Concentratia in oxigen a apelor subterane care contin Fe si Mn este nula Din namolurile situate in
2+ ~
zona anaeroba din hipolimnion se elibereaza ioni de Fe2+ si Mnz+ in apele lacurilor In numeroase ape naturale se remarca prezenta Fe3+ asociata cu substantele humice Stabilitatea fierului si manganului in apa depinde de numeroase variabile
bull pH-ul apei
bull concentratia diferitelor elemente chimice
bull potentialul de oxido-reducere (Eh) al solutiei
In figura 341 se prezinta diagrama de stabilitate a formelor fierului in solutie in aceasta diagrama o curba (linie) reprezinta locul geometric pentru care concentratia celor doua substante este aceeasi De exemplu linia 1 reprezinta solutia pentru care O2 si H2O au aceeasi valoare Aria cuprinsa intre curbele 1 si 2 reprezinta aria de stabilitate a compusilor de Fe Chimia manganului este asemanatoare cu cea a Fe Astfel la pH si Eh reduse Fe si Mn sunt stabile in forme bivalente
In particular referitor la acest flux general de apa Romania este o tare relativ saraca in apa
Cantitatea de apa medie anuala ce revine unui locuitor (din precipitatii) este de circa 1700 m3
(fata de o medie europeana de circa 100000 m3locuitoran de tara cea mai saraca - Egipt - 90
m3 locuitoran si fata de o medie mondiala de 6000 - 8000 m3 locuitoran) Stocul intern de
apa (cantitatea totala de apa cazuta intr-un an mediu pe suprafata tarii) este de circa 38 km3
locuitoran la care se mai adauga o cota parte din stocul Dunarii (circa 200 km3locuitoran)
In aceste conditii si la nivelul de dezvoltare industrials si agricola la care Romania a ajuns fara a putea spune ca apa este folosita in modul eel mai rational se utilizeaza deja circa 20 km3locuitoran (inclusiv pentru agriculture) In acest ciclu hidrologic apa mai asigura
bull reglarea temperaturii pe Pamant
bull dezvoltarea vegetatiei avand drept consecinta productia de oxigen prin fotosinteza si productia de masa organica (hrana combustibil)
bull producerea de energie hidraulica (cea mai importanta sursa de energie)
bull transporturile pe apa pe cai maritime sau de uscat (naturale sau artificiale)
bull uniformizarea poluarii pe Pamant
22 Surse subterane
Captarea surselor subterane se poate realiza cu
bull puturi sapate - sisteme de alimentare cu apa cu capacitati relativ reduse
bull fronturi de captare cu puturi forate
bull drenuri
In cele ce urmeaza se va face o descriere a principalelor elemente constitutive ale fiecarui sistem in parte pentru captarea apei subterane
221 Puturi sapate
Sunt constructii din beton slab armat cu sectiune de obicei circulars avand diametral de 1 -3 m executate in cheson Se utilizeaza pentru captari de mai mica importanta si pentru un numar de puturi relativ mic deoarece executia lor este destul de complicata si uneori nesigura Sunt recomandate in straturi acvifere la adancime mica (lt 10 m) cu permeabilitate ridicata
In tronsoanele de cheson care vor sta in apa se lasa goluri de 25 x 31 cm in care se amplaseaza ulterior barbacane prefabricate (elemente de beton cu slituri orizontale de circa 1 - 2
cm latime) Pe timpul lansarii golurile sunt acoperite la interior cu panouri de lemn pentru a evita intrarea nisipului si a reduce cantitatea de apa care intra in put Dupa ajungerea putului la cota si turnarea saltelei de inchidere de circa 50 cm grosime (in unele cazuri poate lipsi - daca stratul este format din argila) barbacanele se pot debloca Deblocarea se face manual dupa un epuisment prealabil si trebuie avut grija sa se faca deblocarea tuturor barbacanelor In caz contrar poate scadea mult suprafata de intrare in put si deci pot apare afuieri ca urmare a cresterii locale a vitezei de intrare a apei in barbacanele libere
Putul se inchide deasupra cu o placa de beton armat cu grosimea de 10 - 12 cm asezata la 50 cm peste nivelul apei in zone inundabile sau 50 cm peste nivelul terenului
Umplutura se incepe cu un strat de argila de circa 30 cm - care are rolul de a devia apa din precipitatii astfel incat infiltratia sa se faca prin stratul natural netulburat - si se termina cu o suprafata taluzata inierbata
Accesul in put se face printr-o deschidere protejata cu capac metalic In put se prevad trepte de acces din otel beton (020) prinse in perete - cu pasul de 030 m
Treptele se termina pe un podest din beton armat amplasat deasupra nivelului maxim al apei din put podest pe care se afia vana de inchidere a conductei pentru captarea apei din put
Putul este ventilat cu ajutorul unui cos din tabla sau teava de otel cu inaltimea de 80 - 180 cm asigurat cu casca de protectie contra precipitatiilor si sita de cupru (ochiuri de 1 mm) contra insectelor mici
Instalatia hidraulica se compune din sorb conducts de sifonare si vana etansa in cazul in care apa din puturi se capteaza cu un sistem central de sifonare pompa submersibila conducta de
INSPECTIA SANITARA SIMONITORIZAREA CALITATII APEI
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
8
8
refulare clapet de retinere vana de reglaj in cazul in care puturile sunt echipate cu pompe individuale speciale de tip submersibil
In unele cazuri putul poate fi echipat si cu pompe cu ax orizontal asezate peste nivelul apei pe o placa de beton armat In acest caz trebuie sa fie luate masuri de siguranta contra deteriorarii pompelor din cauza umezelii pentru amorsarea acestora precum si in vederea evitarii accidentarii personalului care manipuleaza aceste pompe
In instalatia hidraulica a putului se va monta intotdeauna si un debitmetru sau contor de apa (controland periodic debitul se poate vedea cum functioneaza putul) Contorul trebuie montat inainte de vana de reglaj pentru a putea fi scos din circuit prin izolarea putului respectiv fara a afecta functionarea celorlalte puturi ale captarii Totodata sunt necesare amenajari sau dispozitive pentru masurarea nivelului apei in scopul asigurarii functionarii putului cu o denivelare mai mica decat denivelarea maxima calculate sau stabilite la proba finala de receptie a putului
222 Puturi forate
Avand un domeniu de aplicatie mult mai larg (teoretic se pot face puturi forate in orice conditii) si beneficiind de o tehnica de lucru mult mai bine pusa la punct (prin preluarea din tehnica forajului pentru titei) precum si de utilaje astazi foarte perfectionate puturile forate au fost folosite la cele mai multe din captarile de apa subterana executate in tara
Puturile de mica adancime (20 - 30 m) au fost executate cu instalatii manuale procedeul uscat iar cele de adancime mai mare (in general nu s-au depasit 300 m pentru a nu capata o apa prea calda - peste 25degC) prin foraj hidraulic rotativ - procedeul direct Abia in ultimii ani s-a folosit si procedeul cu circulatie inversa folosind ca element de antrenare apa sau aerul (sistemul aer-lift)
Elementele componente ale unui put forat sunt urmatoarele
bull Cabina putului (camin din beton beton armat zidarie) care adaposteste instalatia hidraulica si uneori si instalatia electrica de forte si permite executarea de lucrari de remediere si intretinere a putului Atunci cand se gaseste total sau partial sub nivelul apei subterane se execute cu izolatie hidrofuga (figura 24)
bull Coloana definitivd este o coloana plina (burlan de foraj) de protectie a gaurii de foraj pe zona straturilor uscate sau a caror apa nu se capteaza
bull Coloana filtrantd este elemental eel mai important in functionarea putului Are rolul de a sustine peretele rocii stratului acvifer si de a lasa apa din strat sa intre in put O coloana de filtru buna trebuie deci sa indeplineasca simultan urmatoarele conditii (1) sa permite amplasarea elementului de captare a apei (2) sa aiba rezistenta mecanica suficient de mare pentru a nu se deforma la solicitarea din impingerea stratului subteran (3) sa aiba o suprafata activa libera cat mai mare (procentul de goluri notat cu n cu valori de 5 - 30 este un parametru caracteristic al coloanei) si rezistenta hidraulica mica la trecerea apei prin perete (4) sa reziste la agresivitatea apei sisau solului in care se amplaseaza pentru a nu fi distrusa sau colmatata (5) sa permite o buna deznisipare a putului atat la punerea in functiune cat si in timpul exploatarii (6) sa aiba un cost redus (7) sa se poata executa usor - pe cale industrials Ca material coloana se poate executa din otel (tub sau tabla roluita) protejat contra coroziunii fonta (tub gaurit sau foaie roluita cu slituri) sticla portelan materiale ceramice etc Cea mai utilizate este solutia cu coroana de pietris margaritar Dificultatea consta in modul de executie al acestuia In cazul in care este suficient un singur strat acesta se executa prin turnare de sus Daca materialul are granule cu marimi diferite se produce o sedimentare in aer si apa obtinandu-se un strat neuniform Pietrisul se poate introduce si prin circulatie de noroi - procedeu aplicat la noi cu rezultate bune (in noroiul care spala gaura de detritus se introduce pietrisul care este transportat in amplasament
ramanand intre peretele forajului si coloana de filtru se evita astfel sedimentarea materialului neuniform) In cazul in care sunt necesare mai multe straturi acestea se pot executa folosind numai turnarea de sus cu ajutorul unor coloane auxiliare (au fost executate puturi cu 3 straturi comportarea lor in exploatare fund foarte buna) Alegerea granulatiei se face dupa reguli cunoscute Pentru usurinta se poate aplica regula multiplicarii cu 4 a marimii medii a granulelor straturilor vecine (ca la filtrul invers) ultimul strat langa coloana de filtru avand granule mai mari decat golurile din coloana
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 10
Ventilatie
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
bull piesa de fund decantorul este o prelungire a coloanei de filtru cu o lungime de 2 - 5 m are rolul de a permite nisipului - care este antrenat de apa din strat normal sau accidental in timpul functionarii putului - sa se decanteze Periodic aceasta poate fi scos cu o lingura specials sau prin pompare
bull instalatia hidraulica este alcatuita in mod similar cu cea de la putul sapat Pentru a se asigura o colectare relativ uniforma a apei prin toata coloana de filtru este bine ca elemental de captare a apei din put (capatal liber al conductei de sifonare pompa submeribila) sa fie amplasat in jumatatea de jos a coloanei de filtru intr-o portiune a acesteia fara orificii (de cca 2 m) Uneori poate fi amplasat si la partea de sus a decantorului - atanci cand coloana de filtru a putului are o lungime mica Piesa care face trecerea de la conducta verticals la cea orizontala si care se mai numeste si casca putului este demontabila pentru a putea fi scoasa la deznisipare sau alte operatiuni de intretinere a putului
In cazul in care puturile vor fi echipate cu pompe individuale este obligatoriu ca pe conducta de refulare din put inainte de vanS sa se prevada un clapet de retinere Aceasta are rolul de a nu lasa apa din colector sa intre in put in cazul in care dintr-un motiv oarecare pompa nu mai functioneazS In orice caz dupS orice oprire pompele vor fi repornite (dupa regulile de pornire stabilite ale unei pompe centrifuge) altfel existand riscul innisipSrii si deteriorSrii putului intrucat din cauza coloanei de apa cu inSltime micS pompa tinde sa absoarba brusc un debit mare de apa (deci viteza de intrare in coloana putului poate depasi viteza admisibila)
223 Sistemul de colectare prin pompare
La debite mici si adancimi ale apei peste 20 m se folosesc pompe submersibile (pompa si motorul sunt executate monobloc si introduse in put fiind sustinute de conducta de refulare) iar
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
1
1
pentru debite mari si la adancimi sub 20 m se folosesc pompe cu ax vertical cu motorul in mediu uscat (amplasat in cabina supraterana) si pompa cufundata in apa In ultimul caz transmiterea cuplului motor se face prin intermediul unui arbore amplasat in axul conductei de refulare Linia piezometrica la sistemul de colectare cu pompe este aratata in figura 26 pentru doua situatii cu pomparea direct din put intr-un rezervor de inmagazinare respectiv cu pozarea unei statii de pompare intermediare prevazuta cu pompe cu ax orizontal Cea de-a doua varianta conduce la economii de energie
In cazul echiparii cu pompe este esential ca (1) debitul pompei sa fie eel mult egal cu debitul maxim al putului (2) pompele sa functioneze in regim constant in timp (3) dupa oprirea pompelor reporairea sa se faca manual cu respectarea regulilor generale si deschiderea vanei de refulare sa nu permita preluarea unui debit mai mare decat debitului putului
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 1
224 Captari cu dren
Drenul este un element constructiv permeabil orizontal nevizitabil (dren propriu-zis) sau vizitabil (galerie) care asezat in calea curentului subteran de apa il capteazS si conduce apa captata spre unui din capete la un put colector Prin urmare drenul indeplineste un rolul dublu
bull captarea apei din strat
bull transportul acesteia la putul colector Elementele
principale ale drenului sunt date in figura 27
Figura 27 Elementele captarii cu dren de coasta a - plan b - profil longitudinal prin dren c -
sectiune transversala tip d - detaliu de tub pentru dren
Pe o directie aproximativ perpendiculars pe directia de curgere a curentului de apa subteranS se sapa un sant de lStime convenabilS - sapSturS taluzatS in cazul in care debitul stratului este mai mic iar stratul este format din material grosier (pietris nisip mare) sau sapStura sub protectia a doi pereti de palplanse din lemn metal sau beton armat (mai rar) infipte in prealabil panS la stratul de bazS dacS stratul acvifer este puternic (bogat) iar materialul din strat confine in cantitate mare fractiuni fine SApStura se executS panS la stratul de bazS cand drenul perfect se aseazS chiar pe strat sau nu cand drenul se aseaza deasupra stratului de baza (dren imperfect) el captand numai o parte din apa stratului
Daca drenul este amplasat la baza unui strat acvifer a carei panta piezometrica in regim natural este mai mare de 001 drenul se numeste dren de coasta si se considers ca primeste apa dintr-o singurS parte iar dacS drenul este amplasat in strat acvifer cu panta piezometrica mai mica (ilt00l) drenul se numeste dren in bazin si se considers cS primeste apa din ambele pSrti
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 1
Dupa nivelarea fundului sapampturii (executatS cu panta de minim lo data in proiect) se monteazS tuburile de drenaj de obicei din beton dar pot fi si de argila arsa zidarie de piatrS azbociment bazalt etc
Daca se considers necesar se executa in prealabil un strat de beton de egalizare (de cca 10 - 20 cm) Tuburile se aseaza cap la cap (preferabila folosirea tuburilor cu talpS) fScand sau nu etansarea capetelor La circa 50 m distanta se lasa loc pentru executarea caminelor de vizitare care au radierul cu circa 50 cm mai coborat decat cota radierului tubului pentru a asigura un mic volum de depozitare a nisipului (antrenat eventual de apa) Diametrele tuburilor cresc spre putul colector schimbarea de diametre se face obligatoriu in dreptul unui cSmin intre 2 cSmine traseul drenului trebuie sa fie rectiliniu dar pe ansamblu drenul poate fi format dintr-o serie de aliniamente care se intersecteaza sub diferite unghiuri (mai mari de 90deg) Tubul de drenaj are orificii in jumStatea superioara orificiile sunt conice cu dimensiunea mai mica la exterior pentru a permite materialului granular care a intrat in orificii sa cada in dren Jumatatea de jos a drenului serveste pentru transporrul apei
In jurul tubului-dren se prevede un filtru invers din straturi de minim 10 cm grosime Straturile au marimea granulelor stabilitS ca la un filtru invers Un filtru invers este o succesiune de straturi din material granular asezate astfel incat granulele unui strat sa nu treaca prin golurile stratului urmator in sensul in care circulS apa Pentru a avea indeplinitS aceasta conditie este suficient ca raportul intre diametrele medii a doua straturi adiacente sa fie maxim 4 -5
Peste straturile filtrului invers se face umplutura din material local bine compactat daca este cazul extragand si palplansele o data cu avansarea umpluturii acestea se pot scoate si ulterior folosind insa un utilaj mai puternic si avand grijS sa nu se deterioreze stratul interior de material
La circa 50 cm deasupra nivelului stratului de apa se executa cu una sau doua pante o saltea de argila de circa 30 cm grosime Rolul sau este de a devia apele din precipitatii ce tind sa se infiltreze spre dren direct prin zona de umplutura care este mai prealabila Se continua umplutura peste saltea se compacteazS si se lasa cu bombament pentru ca la o eventualS tasare in timp sa nu ramana un sant superficial in care sa bSlteascS apa Se amenajeaza caminele cu umplutura de 50 cm peste nivelul apei de inundatie la asigurarea de 1 se executa putul colector si se echipeazS cu o stavilS de perete si un deversor triunghiular la debusarea drenului in cazul drenurilor lungi putul colector se aseaza la jumatatea frontului obtinand un dren cu doua ramuri care pot fi sau nu simetrice dupa particularitStile drenului Putul colector poate servi numai ca bazin de aspiratie pentru pompe (inaltimea stratului de apa de circa 10 - 120 peste sorb) cat si ca statie de pompare in care caz partea de deasupra se amenajeaza corespunzator
Daca apa captata contine substante care precipita usor in contact cu aerul (saruri de fier mangan) si se depun pe peretii drenului riscand sa-1 colmateze in timp atunci drenul se executa vizitabil Pentru a permite circulatia personalului de intretinere se executa si o mica pasarela in lungul drenului La drenuri ce capteazS apa potabila vor fi luate masuri de protectie sanitara
226 Tratarea apei din surse subterane
Calitatea apei subterane este influentatS de urmStorii parametri
bull nature mineralogies si geologicS a subsolului terenului in care se formeaza (sau curge)
bull calitatea apelor infiltrate de la suprafata terenului (numai pentru strate freatice)
In functie de influenta pe care apele meteorice o au asupra calitatii apei subterane straturile acvifere se clasifica in
bull strate freatice cantonate la adancimi mici sub suprafata terenului calitatea apei este influentatS direct de infiltratiile de la suprafata terenului sau exfiltratii din sisteme pozate subteran (retele canalizare fose conducte de petrol si gaze)
bull strate captive situate la adancimi de la 50 m la 150 - 200 m in subsolul terenului calitatea apei este putin (deloc) influentatS de apele infiltrate de la suprafatS
Acumularea si circulatia apei intr-un strat determina preluarea caracteristicilor rocilor stratului Se stabileste un echilibra intre caracteristicile apei si compozitia terenului in care este stocatS (sau curge) Rocile compacte cu fisuri sau caverne dau apei continut de gaz carbonic carbonati CO2 Principalele caracteristici ale apelor subterane se pot sintetiza
bull temperature - relativ constants ~ 10 -12degC
bull turbiditatea (MTS) - redusanula
bull culoare - data de materiile in solutie (acizi humici)
bull mineralizare - constants superioara apelor de suprafata
bull Fe Mn (bivalenti) - in general prezenti
bull CO2 agresiv - adesea prezent
bull O2 dizolvat - redusabsent
bull H2S - prezent in special in apele de adancime de carst
bull NH4 - prezent frecvent fara indice poluare
bull NO3 - continut ridicat pentru stratele freatice
bull Micropoluanti - in general absenti poluarile accidentale
bull Elemente vii - frecvent ferobacterii
bull Caracter eutrof-nul
Din punct de vedere al incarcarii s-a propus clasificarea surselor subterane in doua categorii
bull Surse cu incarcare redusa s-a luat in considerate existenta Fe2+ si Mn2+ in apa subterana in cantitati reduse dar care depasesc limitele impuse de Legea 4582002
bull Surse subterane incarcate in acceptiunea incdrcat se intelege depasirea continutului de Fe (pana la 50 ori) Mn (pana la 20 ori) azotati azotiti si H2S
In tabelul 21 se indica principalele caracteristici
Tabelul 21 Caracteristici principale surse subterane Denumire parametru Caracteristici apa
brutaFrecventa de depasire a prevederilor Legii 4582002 ()
Caracteristici necesare apa tratata
Tncarcare redusa
sursa incarcata
Tncarcare redusa
sursa incarcat
a
Directiva 9883EC
Legea 4582002
Fier total (mgl) 02-20 30-100 20 50 02 02Mangan (mgl) 005-05 08-10 20 50 005 005Azotati (mgl) lt50 80-120 - 80 50 50Azotiti (mgl) lt05 20 - 50 - 80 05 05Amoniu (mgl) lt05 10-20 - 50 05 05Hidrogen sulfurat (mgl) lt01 13-20 - 50 - 01
in situatia in care se utilizeaza 0 sursa subterana cu incarcare redusa potabilizarea apei se poate realiza printr-o schema indicata de figura urmatoare
Figura 28 Schema de tratare a apei din sursa subterana cu Tncarcare redusa Notatii Aerare - Bazin de contact pentru oxidare fier si mangan FRN - filtrare rapida pe strat de nisip pentru
retinere fier si mangan oxidat DZF - Dezinfectie cu clor
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
Schemele de potabilizare pentru surse incarcate sunt complexe asa cum rezulta din figura 29 Sunt necesare
bull procese de oxidare in sistemul multi - bariera (pre-oxidare si post-oxidare)
bull procese performante de oxidare sedimentare in stadiul I si II
bull procese de afinare
In astfel de situatii solutiile se stabilesc prin analiza mai multor variante de surse functie de consumatorii afectati o sursa mai departata (zeci de km) poate deveni avantajoasa vis-a-vis de costurile implicate in tratare
1
Figura 29 Schema de tratare apa din sursa subterana foarte
Incarcata INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
1
24 Captari din rauri
241 Captari Tn albie
2411 Captarea cu sorb
Se recomanda pentru captari provizorii mobile sau sezoniere Consta intr-un sorb amplasat convenabil in apa si stabilizat pentru protectie contra plutitorilor mari In figura 210 este schitata o captare fixa cu sorb
Sorbul este o confectie metalicS specials inchisa la un capat legata cu flanse la conducta de aspiratie cu celalalt capat si prevampzutS cu orificii pe suprafata laterals (cu dimensiuni suficient de mici pentru a nu intra plutitorii sau suspensiile mari) Pentru a avea viteze mici de intrare diametral sorbului este de 15 ori mai mare decat diametral conductei de aspiratie Pentru a nu aspira plutitori care sa-1 infunde sau a nu fi blocat in gheatS (hg = 03 - 04 m) si pentru ca gheata care se sparge in bucati la o viiturS de primavarS sa nu blocheze sorbul si sa-1 distrugS acesta trebuie sa fie asezat la minimum 05 m sub nivelul minim al raului la asigurarea normatS Pentru a capta aluviuni cat mai putine si de dimensiuni mai mici sorbul trebuie asezat la minimum 05 m peste fundul albiei Rezulta cS sorbul se poate prevedea in conditii normale in ape a caror adancime depSaeste 120 m (considerand ca sorbul are un diametra de minim 200 mm la un debit relativ mic)
Tot in scopul reducerii cantitatii de aluviuni antrenate sorbul se aseaza cu ajutorul unui cot in sensul de curgere al apei astfel incat apa sa intre in sorb prin intoarcere Sorbul se stabilizeaza in albie cu ajutorul unor piloti din lemn cu diametral de 0 10-12 cm batuti sub adancimea de afuiere in albie
In cazul captarilor mobile (folosite in special la irigatii) conducta de aspiratie se poate lasa aproape vertical in apa neingropata in mai cu asigurarea ca efectul dinamic al apei este atat de mic incat eforturile rezultate pot fi preluate de imbinari si conducte Sprijinirea se face prin amenajarea malului in trepte (trebuie avut grija sa nu fie depasita inaltimea de aspiratie a pompei amplasate pe mai)
2412 Captarea cu crib
Este o captare la care sorbul este protejat cu o constractie fixa stabila numita crib Cribul poate fi executat din elemente detasabile (grinzi din lemn elemente din beton armat de tip grinda) sau turnat pe loc (cu sorbul separat sau sorbul incorporat in constractie) In figura 211 se prezinta o captare cu crib
Grataral cribului se dimensioneaza la o viteza medie de trecere de 01 - 03 ms grataral se executa din bare rezistente la socul cu plutitorii iar amplasarea lor se face pe partea laterala sau aval a cribului (soc din cauza plutitorilor redus acces redus al aluviunilor din cauza intoarcerii curentului de apa aluviunile tree avand inertie mai mare)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 18
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
Apa captata prin crib poate fi aspirata de o pompa sau poate fi sifonata intr-un put colector cu rol de deznisipator si camera de aspiratie pentru pompe Vacuumul maxim pe conducta nu trebuie sa depaseasca 4-6 metri
Pentru sporirea sigurantei constructiei pot fi realizate mai multe criburi asezate in sah la 10-20 m in albie legate separat la pu|ul colector in cazul unor utilizatori importanti pot fi prevazute si criburi de rezerva Este esential ca toate criburile sa fie in stare de functionare altfel din cauza nisipului conductele de legatura si captarea se blocheaza Periodic conducta si cribul pot fi spalate prin aspirarea apei prin (n-1) criburi si refularea acesteia (sau a unei parti) prin cribul n care se spala Pentru aceasta instalatia hidraulica in putul colector trebuie gandita adecvat
Daca malul este inundabil si putul colector nu se poate departa pentru a iesi din zona inundabila vor fi luate masuri de indiguire a zonei sau de ridicare a putului la o cota cu minimum 050 m peste nivelul inundabil si aparare contra efectului dinamic al apei (accesul la put se va asigura pentru orice conditii)
A
In cazul in care nu se poate asigura adancimea pentru navigatie cu acordul beneficiarului zonei de navigatie se poate amplasa cribul mai sus luandu-se masuri corespunzatoare pentru marcarea pozitiei criburilor prin balize
242 Captari Tn mai
Captarea in mai se adopta in cazul unor debite importante cu o mare siguranta in functionare si cand situatia locala nu permite executarea de criburi
Captarea de mai are mai multe variante de constructii in functie de debitul captat si de destinatia apei captate Astfel pentru centre populate sau industrii unde debitul este totusi redus iar apa urmeaza sa suporte o tratare pentru corectarea calitatii pot fi prevazute captari cu cheson de mai Pentru debite mari de apa (mari unitati industriale centre populate mari irigatii CET-uri etc) se prevad captari in mai de tip bazin deschis
1
Figura 211 Captare cu cribLegenda 1 Put colector (cheson) 2 Crib din elemente prefabricate 3
Gratar 4 Saltea de fascine 5 Conducta de sifonare 6 Sistem de amorsare 7 Vacuum 8 Sorb 9 Conducta catre statia de pompare 10 Radier din beton armat
11 Cutitul chesonului 12 Strat depuneri
Captarea cu cheson este o constractie monolita care de obicei cuprinde si statia de pompare - echipata eel mai bine cu pompe cu ax vertical Schematic constructia unei captari de mai este prezentata in figura 212
B - B
c
Figura 212 Captare de mai cu cheson a-sectiune verticala 6-8 fo-detaliu sita c-sectiune orizontala
A - A
Legenda1 - camera de admisie si deznisipare a apei 2 - camera sitelor rotative 3 - camera cu rol de bazin de aspiratiepentru pompe 4 - camera uscata pentru pompe
INSPECTIA SANITARA SIMONITORIZAREA CALITATII APEI
Constructia este formata dintr-un cheson de dimensiuni mari asezat in malul raului astfel incat in fata ferestrelor de priza sa fie asigurat in permanent un nivel suficient de apa
Din cauza dimensiunilor si adancimii mari de fundare de obicei lansarea chesonului se face cu aer comprimat in partea de jos asigurandu-se o camera de lucru betonata ulterior Constructia este compartimentata vertical pe linii tehnologice dintre care una este intotdeauna de rezerva In interior se deosebesc patru camere (compartimente) cu urmatoarele roluri
1 Camera de admisie si deznisipare a apei (cu posibilitati de evacuare a nisipului depus)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
2
20
2 Camera sitelor rotative sitele rotative sunt formate din panouri de sita cu ochiuri relativ mici (1-3 mm) articulate si trecute peste doua tambururi - unui sus (motor) si altul jos (pasiv) apa trece prin panourile de sita sunt retinute pe sita impuritatile mari plutitorii in general si apoi panoul descarcat se ridica permanent ajungand deasupra nivelului apei in fata unui jet de spalare
3 Camera cu rol de bazin de aspiratie pentru pompele din camera 4
4 Camera uscata care adaposteste pompele treapta I (care trimit apa de la sursa la statia de tratare) In cazul in care nu se dispune de pompe cu ax vertical (care au motoarele montate pe platforma superioara) pot fi prevazute fi prevazute si pompe cu ax orizontal cu luarea unor masuri importante de pastrare uscata a camerelor
Cand sunt disponibile pompe cu ax vertical camerele 3 si 4 pot fi unificate In partea superioara a constructiei se prevad camera de comanda camera de manevra a vanelor si pompelor de epuisment camera motoarelor pompelor verticale si sala transformatoarelor (daca este cazul) Nivelul planseului se executa de obicei cu circa 07 m peste nivelul maxim al apelor raului cu asigurarea 1 In fata prizei se executa o pasarela de acces a personalului pentru curatarea gratarelor de la priza si indepartarea plutitorilor si ghetii Gratarele sunt rare cu distante intre bare de 3 - 10 cm
Admisia apei in priza se face prin doua serii de ferestre - o fereastra sub nivelul minim si o fereastra sub nivelul maxim Viteza de trecere a apei este de 02 - 03 ms iar nivelul de apa peste marginea de sus a ferestrei de minimum 050 m
La nivelurile mari in rau se lucreaza cu fereastra de sus pentru a evita antrenarea in priza a aluviunilor mari care sunt tarate de apa la partea de jos a albiei Pentru inchidere fiecare fereastra are in spate o stavila plana manevrabila de la suprafata In fata ferestrelor gratarele sunt rare din bare rotunde (teava) sau profile si se pot curata cu greble mecanice (la prizele mari) sau manual Gratarele trebuie sa fie executate cu atentie si iarna se pot inlocui cu gratare din lemn sau se pot lua masuri speciale pentru a se evita prinderea zaiului de barele metalice (bune conducatoare de caldura)
Zaiul este gheata in cristale fine care pluteste in masa de apa Pentru a evita blocarea cu gheata au fost imaginate mai multe sisteme toate fiind insa perfectabile Astfel la centralele termice sau industriale unde exista abur rezidual sau apa calda se transforms gratarul in radiator prin interiorul tevilor circuland agentul de incalzire sau se toarna apa calda inaintea gratarului astfel incat apa care trece prin gratar sa aiba 01 - 05degC In alte cazuri s-a transformat gratarul in rezistenta electrica legandu-1 la o sursa de tensiune convenabila (putere instalata de cca 10 kWhm2) consumul de energie este relativ mare iar pericolul de accidentare este ridicat S-a recurs si la imbracarea barelor gratarului in cauciuc ebonita sau mase plastice in scopul impiedicarii zaiului sa se prinda de bare In foarte multe cazuri insa se sparge gheata la priza cu unelte manuale atunci cand se constats ca nu mai intra apa suficienta operatiune foarte grea si riscanta In cazul in care apa raului contine in anumite perioade o cantitate mare de suspensii se poate aseza priza nu pe malul raului ci intr-un bazin executat pe malul raului iar apa raului parcurgandu-1 se produce deznisiparea
Foarte importante sunt forma sub care se amenajeaza intrarea apei din rau in bazin (existand riscul aparitiei depunerilor) si modul in care se reuseste sa se faca evacuarea depunerilor din bazin In literature de specialitate se citeaza si alte posibilitati de folosire a acestor bazine Uneori aceste bazine au fost executate sub forma de canale lungi cu priza la caparul eel mai departat Curatirea canalului se poate face prin dragare
Sunt situatii insa in care din motive locale debit mare si curgere gravitationala captarea poate fi mai simpla Captarea poate avea un singur compartiment pentru debite mici sau poate fi organizata pe linii pentru usurinta exploatarii Intrarea apei se face pe sub un timpan care evita socul plutitorilor cu gratarul si dirijarea acestora in aval Pentru punerea la uscat fiecare compartiment se prevede cu batardou demontabil Priza poate avea doua gratare in serie un gratar rar si un gratar des
O mare importanta o are directia de asezare a gratarului fata de directia circuitului de apa asezarea corecta este data de conditiile locale si uneori sunt necesare studii detaliate pe model in laborator Gratarul se poate aseza paralel cu curentul de apa putin oblic astfel incat apa sa atace gratarul sub unghiul eel mai favorabil sau frontal
243 Captari cu regularizarea albiei
Sunt situatii in care pe rau exista debitul de apa necesar pentru captare dar albia este atat de dezvoltata incat inaltimea apei nu permite derivarea debitului necesar In aceasta situatie este nevoie de inaltarea (cresterea) nivelului apei Una din solutii este de a ingusta albia prin lucrari artificiale de regularizare Intrucat asemenea lucrari de regularizare pot fi necesare si in alte cazuri (stabilirea albiei minore de exemplu) vor fi date cateva elemente generale urmand ca in caz de necesitate sa se apeleze la lucrari de specialitate Lucrdrile de regularizare se prevad si se executa cu respectarea urmatoarelor reguli generale
bull la ape mici curgerea sa fie cea dorita (stabila catre priza) iar la ape mari sa nu se produca inundatii in zonele vecine (sa nu se reduca din capacitatea de transport a albiei)
bull lucrarile sa se execute in etape pentru a se putea cunoaste reactiile la noile conditii si pentru a se putea cunoaste reactiile la noile conditii si pentru a se putea face corectari in etapele urmatoare
bull tipurile de lucrari sa se incadreze in peisaj
bull lucrarile sa nu stanjeasca circulatia apei pentru alte folosinte sau sa produca baltirea apei cu efecte de insalubritate
bull sa se prevada lucrari cu materialele din zona
bull sa fie folosita tendinta naturala de curgere a apei puterea si capacitatea colmatata a curentului
In figura 38 sunt schitate tipurile de lucrari mai des utilizate lucrari in albie (diguri de dirijare traverse de colmatare epiuri) si lucrari de aparare si consolidare a malurilor Elementele constructive tip sunt in general executate printr-o combinatie rationala de
bull combinatie de lemn cu piatra (casoaie suluri si saltele de fascine)
bull combinatie de piatra cu metal (gabioane)
bull anrocamente (piatra mare sparta)
bull beton beton armat sub forma de constructii masive sau elemente prefabricate
bull constructii vii formate din inierbare vegetatie mica (se ia in considerare capacitatea de transport a
albiei la ape mari)Apardrile de mai sunt lucrari de consolidare a malului raului impotriva efectului de eroziune al apei
la viteze mari Acestea pot fi lucrari foarte simple cum sunt taluzele inierbate cu unele elemente simple de fixare sau lucrari mai complicate ca taluz pavat cu elemente de beton zidarie de piatra rostuita sau nu
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
Figura 213 Lucrari de regularizare a albiei Tn zona prizeiLegends a - plan cu tipurile de lucrari b - tipuri de aparari de mai 1 - cu
casoaie 2 - cu dale din beton armat 3 - cu elemente mixte (zidarie de piatra secti Tnierbare) c - diguri epiuri executate din 1 - gabioane 2 - anrocamente
22
zidarie de sprijin din zidarie beton sau beton armat La constructive de mai trebuie tinut seama ca in afara de efectul de erodare si de afuiere a patului de sprijin actioneaza si impingerea malului
Digurile longitudinale sunt lucrari executate in albie care au rol de a dirija pe o portiune un spatiu relativ fix apa raului Se realizeaza din anrocamente cu marime suficienta pentru a nu fi antrenate de apa prefabricate de beton gabioane (piatra de rau balast inchis in casete de sarma zincata pentru a obtine o stabilitate generala mare - elemente simple ieftine si stabile atata timp cat sarma de la cos nu cedeaza sub efectul eroziunii si coroziunii) casoaie din lemn blocuri de beton legate elastic etc Capetele acestor diguri trebuie sa fie bine aparate eventual legate cu cate un epiu astfel incat curentul de apa sa nu patrunda in spatele digului Daca digurile sunt deversate vor fi luate masuri constructive contra afuieri sau spalarii patului cu efect imediat asupra stabilitatii constructiei
Epiurile sunt ca si digurile constructii permeabile rezistente la actiunea apei submersibile sau nu care dirijeaza apa raului pe un anumit spatiu si favorizeaza colmatarea treptatS a spatiului dintre ele Ca pozitie pot fi dirijate spre aval normal pe albie sau orientate spre amonte Se executa din aceleasi materiale ca si digurile Daca albia are un pat usor afuiabil inainte de executia digului propriu-zis se amenajeaza un pat elastic din saltele de fascine sau numai rulouri de fascine O atentie deosebitS se da capului epiului (partea terminals dinspre apa) care este elementul eel mai solicitat Totdeauna coada epiului trebuie bine incastrata in mai pentru a nu permite apei sa-1 ocoleasca
Traversele de colmatare sunt diguri scurte executate din umplutura de material local protejata cu anrocamente mari pe albia minora ce trebuie pSrSaitS sau pe bratele auxiliare care trebuie sa fie colmatate L ape mari spatiul dintre traverse se umple cu aluviuni si in timp traseul vechi al albiei minore dispare
Toate constructiile enumerate anterior si altele asemSnStoare imaginate de specialisti trebuie sa fie verificate si la efecte (in perioada de primavara nu trebuie sa se permita formarea de zSpoare -blocuri de gheata spartS aglomerata care favorizeaza inundatiile) Pe zonele de rau regularizate tipurile de constructii pentru captarea apei sunt similare cu cele pentru albia neregularizatS dar cu adancime suficientS a apei De altfel totdeauna cand se executa constructii legate de apa vor fi luate si masuri de stabilizare a albiei in zona afectata
244 Captari cu baraj de derivatie
In cazul in care pe rau nu se poate asigura nivelul minim necesar pentru captarea apei iar regularizarea albie nu este posibila sau rationala se recurge la executarea unei constructii pentru ridicarea artificials a acestuia dacS debitul captat este important iar fenomenele de iarnS nu pun probleme deosebite
Pentru a nu crea prejudicii pentru alti beneficiari constructia numita stdvilar sau baraj de derivatie trebuie sa asigure concomitent urmStoarele conditii
bull sa fie stabilS la actiunea dinamicS a apei
bull sa permita evacuarea debitelor mari fSrS a provoca inundatii sau deteriorarea altor constructii
bull sa permits evacuarea gheturilor de primSvarS
bull sa asigure navigatia plutaritul circulatia pestilor sau alte folosinte etc Forma
captSrii depinde de
bull marimea debitului captat raportul debit captat debit rau
bull variatia debitului raului si aluviunilor transportate
bull posibilitStile de executie
bull amplasamentul efectiv al prizei (natura albiei adancimea stratului impermeabil inSltimea malurilor etc)
In continuare sunt date cateva exemple de constructii caracteristice pentru asemenea prize
Captarea pentru debit mare realizabilS pe un rau mare pentru localitSti industrii irigatii energie etc Are alcStuirea generals din figura 214
Intre douS culei (o culee este o constractie de legSturS intre constructia dintre albie si mai) se executS elementul de barare a albiei adicS de ridicare a nivelului apei la cota minimS necesarS Aceasta poate fi un prag - baraj deversor dacS lungimea disponibilS si cota malului permit
evacuarea debitelor mari de rau sau baraj cu stavile mobile (stavilar) care se pot ridica sau culca (intr-un locas special prevazut) in radier lasand libera sectiunea pentru evacuarea apelor mari Sunt si cazuri in care din cauza deschiderii mari a albiei s-a adoptat o solutie mixta partial cu stavile partial cu baraj deversor sau uneori si cu baraj nedeversant
Pe malul opus captarii se executa daca este cazul ecluza pentru navigatie sau plutarit cu dimensiunile cerate de beneficiar si aproape totdeauna o scara de pesti pentru a asigura circulatia libera a pestilor intre cele doua biefuri (un bief este zona de rau aflata amonte sau aval de constructia considerate) Pe acelasi mai cu priza se gasesc doua deschideri de spalare prevazute cu vane plane care stau totdeauna partial deschise astfel incat debitul de apa care nu se capteaza sa nu deverseze peste baraj ci sa treaca pe sub aceste stavile
Se reaminteste ca in nici un caz nu este permisa captarea integrals a debitului raului in sectiunea respectiva o parte a debitului raului trebuie sa treaca in aval pentru mentinerea intr-o stare salubra a zonei (altfel devine depozit de gunoaie pe timp de ape scazute) asigurarea apei pentru vietuitoare si vegetatie Debitul ramas in albie este numit debit de servitute (Qs) Spalarea este necesara intracat prin ridicarea locala a nivelului apei s-a realizat in amonte o reducere locala a pantei energetice a curentului de apa Aceasta reducere conduce la micsorarea capacitatii de transport deci micul lac ce se creeaza in spatele barajului se umple repede cu aluviuni Umplerea se face si in dreptul gratarului fiind periclitata adancimea de intrare minima altfel spus se realizeaza ridicarea locala a fundului albiei Lasand libera circulatia apei langa gratar se produce continuu o spalare a depunerilor din cauza vitezei mari realizate sub stavilele de spalare
in unele cazuri prima pila a barajului a fost prelungita cu un pinten formand un fel de canal in fata prizei Apa circuland cu o viteza comparabila cu cea existenta in rau inainte de barare evita producerea de depuneri in fata prizei
Atat in dreptul stavilelor de spalare cat si al barajului deversor in aval se executa un disipator de energie al carui rol este de a reduce viteza apei la o limita care sa nu produca eroziuni spalari in aval de constractie spalari care ar putea periclita stabilitatea acesteia
Priza este o deschidere in culee protejata cu un gratar contra plutitorilor Pentru a evita antrenarea aluviunilor mari in priza aceasta se prevede cu un rag (grataral se aseaza deasupra fundului albiei la 05 - 10 m) Pentru a nu favoriza blocarea gratarului cu plutitori viteza de trecere este redusa 01 - 05 ms din care cauza priza are o forma de palnie Intrarea poate fi inchisa cu stavile Daca deschiderea totala este mare ea se poate reduce cu ajutorul unor pile intermediare Lungimea unei stavile nu va depasi 250 m altfel dispozitivele de ridicare a stavilelor devin greoaie In pile inaintea nisei stavilei se lasa profile U inglobate in beton cu deschiderea spre apa pentru a se putea lansa batardoul (umplutura din elemente grinzi de lemn sau metal) in scopul punerii la uscat a incintei pentru eventuale reparatii Deoarece dupa gratar viteza apei scade mult se produc depuneri care pot afecta circulatia pe canalul de legatura Spalarea lor se poate face cu o golire secundara - de spalare (vezi figura 214) Daca se inchide plecarea spre beneficiar (stavila V2) si se deschide stavila V3 se poate asigura o circulatie fortata cu 0 viteza cu 0 viteza mare (diferenta de nivel amonte-aval este mare) Daca debitul pe rau este suficient iar gratarele au o suprafata mai mare decat cea strict necesara se poate merge cu vana V3 partial deschisa - spalarea facandu-se continuu Pentru evitarea antrenarii plutitorilor mari si a ghetii in sloiuri la gratar se amenajeaza un perete de lemn scufundat partial (05 m) sau o linie de busteni legati articulat (care plutesc) Fenomenele de iarna sunt cele mai dificile la aceste prize
Captarea tiroleza este 0 captare cu gratar pe creasta (figura 215a) care se adopta in cazul in care debitul raului la ape mici este redus si nu poate asigura spalarea zonei din fata prizei iar debitul captat fiind mic captarea in mai se face greu (la aceasta constractie de captare se executa si o priza de iarna in cazul in care grataral ingheata) Captarea se aplica in zone de munte la rauri cu caracter torential pentru debite nu prea mari (sub lm3s) In unele situatii masivul de beton nu se vede din albie fiind alcatuit dintr-un prag de fund - cu gratar la nivelul fundului apei (grataral este inclinat aval pentru a evita blocarea cu aluviuni mari)
Captarea sub albie se adopta in situatia unor localitati de munte pentru care singura sansa de apa o constituie raul sau paraul care izvoraste de la cote inalte al carui debit scade foarte mult in perioadele de iarna si vara si in cazul care fenomenele de inghet dureaza timp indelungat In aceasta situatie 0 captare in albia raului va fi serios stanjenita iar exploatarea va pune probleme deosebite Pentru evitarea unora din aceste probleme au fost imaginate si executate captari sub fundul albiei intr-o zona in care albia este bine dezvoltata si are un pat de 2-3 m de aluviuni Constructia transversals dreneaza apa la unui din capetele sale unde pe malul raului dintr-un put este prelevata si transportata Aceasta captare se deosebeste insa de captarea subterana a apei infiltrate prin mai sau sub fundul albiei (cu drenuri radicale) deoarece apa captata are tot caracteristicile unei ape de suprafata dramul parcurs prin patul aluvionar fiind foarte scurt o asemenea apa are o turbiditate mai mica decat apa captata direct din rau
Schema unei captari sub albie numita uneori si caucaziana este data in figura 215b iar schema unei captari proiectata pentru extinderea provizorie a alimentarii cu apa a unei localitati din tara - la un debit de 10 dm3s in figura 215C
Din figura se observa ca in patul aluvionar al raului se executa o constractie permeabila care dreneaza apa ce se scurge prin subteran sau care se infiltreaza direct asupra constractiei In fata acestei constructii si deasupra ei se executa un blocaj din anrocamente care sa permita accesul mai bun al apei si totodata sa stabilizeze constructia contra efectului dinamic la ape mari (captarea lucreaza ca un prag de fund stabilizator)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 25
Captarea este relativ simpla usor de executat si cu rezultate bune in exploatare Trebuie insa data o atentie deosebita posibilei colmatari a zonei de acces la elementul drenant din cauza apei ce confine fibre de dimensiuni mici (celuloza si hartie) material ce se colmateaza etc
26 Captari din lacuri
Tara noastra nu dispune de lacuri naturale de volume importante care sa poata folosi drept sursa de apa Din aceasta cauza captarile vor fi analizate din punct de vedere al prelevarii apei din lacurile artificiale
In etapa actuala in tara noastra executarea de captari cu debite importante din majoritatea raurilor interioare nu se pot face fara o regularizare a debitului deoarece desi regimul precipitatiilor este relativ uniform (200-2000 mman) distributia in timp este foarte neuniforma Aceasta face ca in perioadele de primavara si toamna debitele sa fie foarte mari iar in perioada de vara si mai ales iarna debitele sa scada la valori extrem de mici cu totul insuficiente pentru alimentarea folosintelor Regularizarea debitelor se face prin lacuri de acumulare special create (bazine uriase cu volume de zeci de milioane-miliarde de metri cubi) care acumuleaza apa din rau in perioadele de viitura si permit folosirea acesteia la debitele dorite
Este insa evident ca un asemenea lac nu se poate crea decat printr-o constructie specials de blocare a albiei numita baraj constructie care prin amploare si efort de investitie pune probleme deosebite Din aceasta cauza executarea unor asemenea lucrari se face prin cooperare cu alti beneficiari lacul urmand sa aiba o folosinta complexa dupa cum urmeaza
bull va reduce viiturile si va permite protej area localitatilor si scoaterea unor suprafete de sub efectul inundatilor redandu-le circuitului agricol
bull volumul de apa acumulat confine o cantitate mare de energie hidraulica energie care poate fi transformata in cadrul centralelor hidroelectrice in energie electrica si data in circuitul energetic al tarii
bull o parte din volumul de apa acumulat poate fi preluat pentru irigarea unor importante suprafete de teren
bull parte din lac poate fi amenajat ca zona de agrement dezvoltand zona din punct de vedere turistic
bull se poate imbunatati regimul de curgere in aval cu efect si asupra calitatii apei
Din punct de vedere al alimentarii cu apa lacul are eel putin in prima perioada un efect favorabil apa prelevata fiind in general mai limpede si mai constants sub raport calitativ Aceasta presupune insa preluarea apei direct din lac (varianta I din figura 216) lucru care poate dezavantaja pe alti beneficiari (cei care se ocupa de producerea energiei de exemplu)
Pe de alta parte apa stationand mult timp in lac isi modifica calitatea iar prin descompunerea depunerilor si dezvoltarea unor microorganisme specifice apa poate sa capete gust neplacut (gustul este diferit de eel al apei de rau care este apa curgatoare) De aceea uneori apa este acumulata dar nu este captata din lac ci uzinata si lasata sa curga pe vechea albie pentru a se aera (varianta Il-a din figura 216) Solutia este
Figura 215 Captari speciale a - captare tiroleza b - captare cu galerie transversala pe fundul albiei c -
dren sub fundul albiei
favorabila in cazul in care utilizatorul de apa se afla la distanta mare Daca centrala functioneaza continuu atunci captarea se poate face in curent liber daca insa centrala (UHE) functioneaza in regim de varf (cum de obicei functioneaza asemenea centrale cateva ore in cursul zilei) atunci avalul inainte de priza trebuie prevazut un lac de compensare zilnica a debitelor lac care sa retina apa uzinata in regim neuniform si sa permita captarea unui debit relativ constant Cele doua variante aratate schematic in figura 216 trebuie comparate ca avantaje si dezavantaje
Priza de apa poate fi realizata in corpul barajului in aval de baraj sau in lac Elementele care conduc la stabilirea solutiei sunt
bull pozitia utilizatorului de apa fata de lac captare din lac daca acesta este amplasat amonte si departe de baraj in baraj sau aval pentru un consumator aval sau din alt bazin hidrografic
bull marimea lacului variatia nivelului apei in lac
bull existenta unei salbe de lacuri pe raul respectiv
bull utilizarea rationala complexa a apei acumulate (de regula la stabilirea amplasamentului lacului se statueaza si modul de folosire al apei)
bull tipul de baraj si simultaneitatea executiei barajului cu priza pentru folosinte de apa in general dupa executarea barajului priza poate fi numai in aval sau in lac
bull conditiile reale de teren trebuie tinut seama ca baraj ele cu lacuri mari de acumulare sunt situate in zona de deal - munte
bull conditiile rationale de tratare a apei obtinute din lac
261 Priza tn aval de baraj
Se poate executa oricand inainte si dupa executia barajului in forme si la debite adecvate Sunt posibile urmatoarele tipuri de captari
bull captari in curent liber de forma celor descrise anterior pe raul pe care debitul regularizat prin lac are valori mult mai mari
bull captari in baraj sau in lac in cazul in care lacul are ca principals folosinta alimentarea cu apa sau cand barajul este realizat pentru un lac de compensare a debitelor rezultate de la functionarea unor centrale hidroelectrice din amonte
bull captari in lac in cazul in care lacul compenseaza folosinta energetica iar beneficiarul este departe de baraj in amonte
262 Prize Tn corpul barajului
Sunt gandite si executate odata cu barajul astfel incat sa nu pericliteze siguranta in functionare a acestuia dar sa poata preleva apa de calitatea cea mai buna existenta la un moment dat in lac
In cele ce urmeaza sunt date exemple de captari de apa executate in baraj Daca barajul este din beton priza este de regula comuna cu barajul (figura 217)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 27
apa curgatoare Barajul care realizeaza lacul de compensare este din materiale locale cu un sistem de stavile pentru spalarea depunerilor de viitura (figura 219)
In figura 220 este schitata captarea dintr-un lac al carui baraj este executat din materiale locale cu miez de etansare din argila Captarea se executa total izolat de baraj (in malul natural sau in lac figura 221 - pentru a nu-i produce dificultati barajului prin exfiltrarea apei pe langa sistemul de transport al apei) si pentru ca priza sa nu aiba dificultati la tasari neuniforme ale barajului Apa captata din priza turn de la cote diferite functie de calitatea acesteia este evacuata prin conducte sau galerii amplasate in malul natural
Acest tip de captare poate fi aplicata si in alta pozitie in cuprinsul lacului pentru beneficiari riverani - amonte de baraj
Cand principala folosinta a lacului este de combatere a undei de viitura captarea poate avea o forma speciala (figura 222) Captarea este amplasata la o cota deasupra rezervei destinata acumularii depunerilor din lac si trebuie sa evite blocarea cu corpuri mari ce pot cadea prin apa intrucat nu este accesibila decat la ape mici - lac gol sau lac golit
263 Captari in lac
Se utilizeaza atunci cand in amplasament nivelul apei este asigurat intotdeauna deasupra unor valori limita Se pot practica o captare de tip turn (figura 221) cand debitul captat este important iar nivelul lacului relativ constant o captare plutitoare cand alimentarea cu apa este sezoniera sau conditiile de iarna nu sunt severe o captare de fund cand lacul este de adancime mare si cu un volum de apa important (figura 223a)
Captarea de fund este formata dintr-un sorb (pot fi prevazute mai multe asemenea constructii separate) asezat pe o confectie metalica stabila de tip tetrapod Se amplaseaza deasupra nivelului (apreciat) de colmatare si sub nivelul minim al apei din lac (acoperire mai mare pentru a o feri de plutitori) Zona captarii va fi balizata pentru a fi ferita de accesul plutitorilor si a putea fi usor reperata pentru control se marcheaza si zona de protectie daca este cazul Conducta de legatura (suficient de elastica daca are lungime mare) se lanseaza prin plutire si poate permite ridicarea prizei in caz de nevoie Captarea va fi amplasata la o asemenea adancime incat sa nu fie deplasata de valuri si totodata nu intr-o zona in care valurile pot pune in miscare depunerile de pe fund si deteriora calitatea apei Captarea este tipica pentru prelevarea apei din lacurile naturale (figura 223b)
Existenta lacurilor de acumulare ridicS probleme importante sub trei aspecte generale aspecte care pot influenta calitatea apei captate siguranta in functionare a prizei sau si a zonelor vecine
bull pentru lacurile mici problema cea mai importanta este legata de colmatarea cu aluviuni lipsa masurilor de protejare amenajare si stabilizare a solului in bazinul hidrografic conduce la antrenarea unei mari cantitati de sol (mai ales fertil) care blocheaza in scurt timp volumul lacului
bull pentru lacurile cu volum mediu (milioane de m3) problema cea mai importanta este eutrofizarea apei lacului
bull pentru lacurile mari (sute de milioane m3) problema importanta este imbdtrdnirea lacului (o eutrofizare lenta avand ca punct final obtinerea unei ape de calitate total deosebitS de aceea a raului din care pro vine)
Eutrofizarea lacurilor este o problema acuta a multor lacuri din zone de ses si colinare Cauza principals este aportul de substante fertilizante (fosfor carbon azot) Fosforul (adus in apa in special din apele uzate orSaenesti - neepurate adecvat) in cantitSti mici favorizeaza randamentul de functionare a fitoplanctonului care la randul lui favorizeazS fixarea azotului cu ajutorul bacteriilor Dezvoltarea fitoplanctonului favorizeazS dezvoltarea zooplanctonului si deci a populatiei de pesti
DacS fluxul energetic si aportul de substante este moderat atunci ciclul se incheie devine stabil si lacul isi pSatreaza calitatea de lac oligotrof (figura 224a) In cazul in care cantitatea de fosfor creste creste volumul de fitoplancton deoarece nu exista suficient azot si lantul se rupe Zooplanctonul si pesti mor substantia organicS creste bacteriile consumS oxigenul si lacul devine eutrof acoperindu-se cu vegetatie (care are rSdacinile in malul situat pe fundul lacului si frunzele la suprafata realizand fotosinteza figura 224b) Consumarea oxigenului de cStre substantele in descompunere si capacitatea redusa de aerare fac ca apa lacului sa aibS de regulS un continut mai redus de oxigen
Daca se reduce cantitatea de nutrient (in special fosforul) dupa un timp calitatea apei se imbunatateste neajungand insa la calitatea initials (se considers ca un continut Tn fosfor de 10-20 mgl este acceptabil)
Imbdtrdnirea lacurilor este fenomenul de modificare continuS a calitatii apei lacului ca urmare a noului echilibru ce se realizeazS intre aportul de substante si circulatia apei Apa care ajunge in lac este o apa cu continut ridicat de substante minerale si organice Acestea se depun se descompun intra in reactie formand substante noi cu continut de Fe N S C (H2S CH4) substante care modifies chimismul apei Pe baza aportului de substante si sub influenta luminii creste productia de masa organica (schema lacului oligotrof) Apare un fenomen nou de circulatie a apei in lac vara apa de la suprafata este calda deci mai usoarS toamna insa apa se rSceste devine mai rece decat apa de la fundul lacului (are cca 4degC sub 15 - 20 m temperature ramane relativ constants) deci devine mai grea (densitatea creste la scaderea temperaturii) si coboarS inlocuind apa mai calda de adancime apa care se ridicS (depunerile mai pot fi agitate si de valurile de la suprafata)
Pozitia captarii in lacurile adanci trebuie sa fie totdeauna in zona medie cu temperature relativ constants (6 - 12degC) si unde nu se simte direct influenta descompunerilor ce se produc la fundul lacului (sau tulbureala datS de depunerile rSacolite)
28 Procese de pre-tratare aplicarea de algicide
Algele sau cianobacteriile (algele verzi-albastre) din lacurile si acumularile de stocare pot crea probleme de gust si miros precum si aparitia unor substante ce provoaca imbolnaviri (toxine) Pentru controlul dezvoltarii algelor sau cianobacteriilor se pot folosi compusi care distrug algele (algicidele) Daca are loc un eveniment legat de utilizarea algicidelor (calitatea apei este afectata de utilizarea unui algicid) pot avea loc urmatoarele
bull daca se utilizeaza algicide in exces substanta chimica poate provoca imbolnaviri
bull daca volumul de alge sau cianobacterii este prea mare si nu poate fi controlat de algicid toxinele din alge cianobacterii pot provoca imbolnaviri
bull daca se utilizeaza ca algicid paiele de orz substantele din paie pot reactiona cu dezinfectantele si forma subproduse ce provoaca imbolnaviri
Aplicarea de algicide in sursa de apa poate prezenta riscuri pentru sanatatea si siguranta muncii operatorilor Acestea sunt recunoscute dar nu vor fi discutate deoarece astfel de riscuri fac obiectul legislatiei muncii si protectiei muncii Algele sau cianobacteriile din sursa de apa pot interfera cu functionarea statiei de tratare Un bun control al cresterii lor face sa se diminueze necesitatea pre-oxidarii Se reduce de asemenea cantitatea de dezinfectant ce se pierde in reactia cu algele sau cu substantele pe care acestea le elimina in apa
31 Alcatuirea statiilor de tratare a apei
Rolul statiei de tratare este de a corecta calitatea apei brute pana la atingerea cerintelor utilizatorului Exista o multitudine de procese de tratare care se utilizeaza in practica insa schema generala a unei statii de tratare (figura 31) cuprinde
bull trepte multiple de oxidare (pre-oxidare post-oxidare) cu scopul de a oxida compusi chimici dar si de a realiza bariere succesive in calea micro-organismelor
bull procese de limpezire a apei care constau in
o coagulare-floculare cu reactivi chimici in camere de reactie special amenajate
o decantarea apei pentru retinerea suspensiilor coagulate
o filtrarea pe strat de nisip pentru finalizarea procesului de limpezire
bull afinarea apei constituita din oxidare cu ozon urmata de adsorbtie pe carbune activ granular cu scopul indepartarii anumitor compusi chimici toxici
bull dezinfectia apei pentru indepartarea totala a virusurilor bacteriilor si altor micro-organisme din apa treapta obligatorie in Romania conform Legii privind Calitatea Apei Potabile nr 4582002
3
Pentru eliminarea duritatii se pot adopta scheme cu schimbatori de ioni sau cu reactivi chimici (var si soda) in functie de tipul duritatii (temporara sau permanenta)
Orice statie de tratare este deservita de anumite facilitati pentru intretinerea proprie Printre acestea se mentioneaza
bull statia de reactivi chimici cu rolul de a stoca prepara si doza reactivii necesari procesului de tratare (coagulanti floculanti agenti dezinfectanti corectie pH etc)
bull sisteme de spalare filtre rapide constituite din statii de pompe si de suflante
bull laborator pentru a determina corectitudinea procesului de tratare dar si calitatea apei produse
bull alte facilitati printre care se mentioneaza sisteme de recuperare a apei de la spalare filtre si a namolului din decantoare
311 Exemple de statii de tratare
O schema de tratare cu filtrare directa este prezentata in figura 32 Uzina de apa a orasului Los Angeles - SUA (Los Angeles Aqueduct Filtration Plant) are o capacitate instalata de 185 m3s filiera tratare fiind prezentata in cele ce urmeaza
bull pre-oxidare cu ozon 4 generatoare care produc 3780 kg CVzi (doza medie ozon 15 mgdm3) 4 bazine de contact (timp de contact minim 49 min)
bull coagulare (amestec rapid) 8 camere de reactie echipate cu agitatoare dinamice timp minim de amestec 086 s pentru doua camere inseriate Reactivi utilizati clorura ferica sulfat de aluminiu polimeri anionici si neionici soda caustica clor
bull floculare 36 camere de reactie lenta timp minim de reactie lenta 8 min pentru 3 bazine inseriate
bull filtrare 24 unitati (aria unei unitati A=160 m2) strat de antracit cu inaltimea de 24 m viteza de filtrare 175 mh care asigura un timp de contact de 10 minute
bull dezinfectie finala cu clor (doza maxima clor 56 mgdm3)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 3
Un alt exemplu de schema de tratare care nu cuprinde treapta de decantare este uzina de apa Ivry (Franta) modernizata in 1987 (debit instalat Q = 300000 m3zi) Dupa modernizare uzina cuprinde urmatoarele procese (figura 33)
bull pre-oxidare cu ozon doza uzuala 10 mg CVdm3
bull coagulare (amestec rapid) cu clorura ferica (5 - 10 mgdm3) si polimer anionic (0025 -005 mgdm3)
bull pre-filtrare faza I - (coagulare pe masa de contact) 18 unitati de 815 m2 strat biolit 10 m viteza de filtrare maxima 10 mh
bull floculare cu clorura ferica (2-6 mg Fe3+dm3) si polimer (005 - 10 mgdm3)
bull pre-filtrare faza II - nisip 22 unitati de 81 m viteza de filtrare 9 mh
bull filtrare lenta 30 cuve (23000 m2) viteza maxima de filtrare 13 mzi inaltime strat 07 m
bull post-ozonare timp de contact 4 minute doza uzuala 04 - 06 mg CVdm3
bull filtrare pe CAG inaltime strat 10 m viteza de filtrare 10 mh
bull dezinfectare finala cu hipoclorit de sodiu
In figura 34 este prezentata o schema tehnologica a unei uzine de apa aplicata in cateva mari uzine de tratare (Qgt2000 m3h) ce preiau apa bruta direct din fluviul Ruhr Schema asigura o eliminare optima a microorganismelor Concentratia de Cryptosporidium in apa raului Ruhr variaza de la 0 la 5 unit(100 dm3) iar concentratia chisturilor Giardia de la 8 la 250 unitdm3 Nu au fost detectate aceste organisme in treptele premergatoare dezinfectarii Se remarca prezenta treptelor de filtrare incepand cu filtrarea mecanica pe microsite in capatul amonte al filierei de tratare si continuand cu un pachet de trei trepte de filtrare (dublu strat carbune activ granular si filtre lente) care asigura o eficienta foarte mare din punct de vedere microbiologic
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 3
Figura 34 Filiera tehnologica uzina de apa Mulheim an der Ruhr
(Germania)
Un exemplu de schema tehnologica combinata (Q=32 m3s) este prezentata in figura 35 Apa bruta (fluviul Elba) este puternic incarcata in poluanti Filtrarea primara (bazine de infiltratie) reduce de cateva ori incarcarea microbiologica iar in cazul folosirii treptelor de floculare sedimentare si filtrare reducerea incarcarii microbiologice este de circa 9999
Prin curgerea in stratul subteran se obtine o apa ce se incadreaza in normele privind calitatea apei potabile Dezinfectia finala este aplicata pentru a preveni cresterea masei bacteriene in sistemele de distributie Uzina este prevazuta a fi modernizata cu treapta de oxidare cu ozon si filtre multistrat
In Elvetia sunt intalnite in principal scheme complexe de tratare avand la baza procese biologice (figura 36) Treptele de tratare clasice (pre-oxidare cu ozon coagulare-floculare filtrare rapida) sunt urmate de corectia pH-ului si postozonare in fmalul filierei de tratare se prevad reactoare biologice inseriate (filtre CAG activate biologic urmate de filtre lente) Se urmareste in principal reducerea indicatorilor biologici si bacteriologici prin reducerea concentratiilor de carbon organic asimilabil (AOC lt 10 ug Cdm ) Se remarca absenta dezinfectarii finale Se obtine o apa biostabila introducerea acesteia intr-o retea de distributie nu necesita prezenta unui dezinfectant rezidual Se asigura in acest mod o siguranta ridicata la consumator in ceea ce priveste potentialul de formare al trihalometanilor
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 3
33 Procese de oxidare
Procesele de oxidare pot fi intalnite in toate statiile de tratare in doua sectiuni caracteristice ale schemei
bull pre-oxidare in capatul amonte al filierei pentru oxidarea substantei organice plancton inactivare microorganisme obiectul principal este asigurarea functionarii optime a proceselor de tratare si evitarea contaminarii acesteia
bull post-oxidarea amplasat dupa procesele de tratare conventionale (decantare si filtrare rapida pe strat de nisip) urmareste oxidarea totala a micro poluantilor reducerea materiilor organice naturale si inactivarea totala in ape limpezi a compusilor biologici si bacteriologici
331 Pre-oxidare
In mod obisnuit se utilizeaza urmatorii agenti oxidanti clor ozon dioxid de clor 3311 Clorul(Ch)
Clorul se utilizeaza in mod uzual cu doze cuprinse in domeniul 1 - 3 mgl cu timp de contact minim Tc=30 minute in anumite situatii (inflorire algala sau poluare accidentala) dozele pot fi mai mari dar se urmareste evitarea formarii sub-produsilor organo-clorurati (de exemplu trihalometani THM) prin efectuarea de incercari pe apa sursei pentru a se stabili potentialul de formare
Clorul este adoptat frecvent datorita costurilor reduse implicate Reactia clorului trebuie urmarita cu atentie luand in consideratie agentii reducatori (H2S Mn2+ Fe3+) si materiile organice naturale in diagrama din figura 37 se poate urmari procesul de reactie al clorului in apa (clorare la breakpoint) Punctul critic se atinge daca raportul masic intre clor si amoniac variaza intre 81 -101 (teoretic 761)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 40
3312 Ozonul(03)
Ozonul este un gaz violet instabil care degaja un miros iritant caracteristic
Se produce prin descarcari electrice la diferente de potential ridicate intre doi electrozi intre care curge aer sau oxigen pur Eficienta productiei depinde de diferenta de potential frecventa caracteristicile materialului dielectric si spatiul care separa dielectricele Progresele tehnologice din ultimii 20-30 ani au condus la reducerea consumului de energie la 10 - 12 kWh 1 kg O3
Dozele uzuale de ozon sunt in gama 1 - 3 mgCVdm3 iar timpul de contact uzual este Tc=10 minute Se tinde spre adoptarea solutiei cu doua reactoare in serie ca in figura 38 Adancimea apei in reactoare poate atinge 6-75 m
Conceptual reactoarele de ozon functioneaza pe baza interceptarii curentului de apa descendent de catre voalul de bule mici de ozon in miscare ascendents
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
0
4
3313 Dioxidul de clor (CIO2)
Se poate obtine din clorit de sodiu si clor conform reactiei
2NaC102 + Cl2rarr2C102 + 2NaCl (31)
Stoechiometric 1 g dioxid de clor se obtine din 134 g clorita de sodiu si 05 g de clor
Este instabil si exploziv la temperaturi T gt (-40degC) Se produce imediat inainte de injectia in apa La 20degC si presiune partiala de 53 kPa solubilitatea este 4 gdm3
Avantajele utilizarii CIO2 sunt
bull nu formeaza sub-produsi de tip trihalometani (THM)
bull are putere oxidanta mai buna oxideaza fenoli si este foarte eficace la pH peste 85
Dozele utilizate frecvent 01 - 05 mgl timpul de contact fiind Tc = 10 min Se mentioneaza ca pentru doze mai mare de 05 mgl exista riscul formarii de sub-produsi de tip clorati
Reactoarele de pre-oxidare utilizeaza agitatoare mecanice (rezistente la coroziune) care asigura amestecul mecanic cu randamente ridicate intre apa de tratat si solutia de CIO2
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 4
332 Post-oxidare
In filierele de tratare se dezvolta din ce in ce mai mult conceptul de post-oxidare cu ozon pe apa limpezita dupa filtrele rapide de nisip pentru ca eficienta transferului creste se reduc dozele de ozon si oxidarea micro-poluantilor devine mai eficienta
incadrarea procesului de post-oxidare in schema statiei de tratare se realizeaza totdeauna ca infigura 310 n
Dozele de 03 in post-oxidare nu depasesc 2 mgl Principiile reactoarelor de ozon sunt identice cu cele utilizate in pre-oxidare
Post-oxidarea cu ozon combinata cu adsorbtia pe CAG este procesul (denumit afinare) capabil sa asigure
- eliminare totala compusi biologici microbiologici si micropoluanti
- reducere materiilor organice naturale astfel incat TOC lt 25 g Cl
- eliminare pesticide
333 Alegerea oxidantului
Alegerea oxidantului se bazeaza pe analiza calitatii apei caracterizarea marimii poluarii care poate apare (continut materii organice naturale carbon organic total numar de microorganisme perioade duraf deg ce aparitie)
Alegerea agentului oxidant are la baza costuri si implicatii in filiera tehnologica
Tabelul 35 Caracteristici principale Tn alegerea oxidantilor Nr crt
Oxidant Avantaje Dezavantaje
1 Clor-Cl2 - costuri reduse- cunoastere operare- este remanent (rezidual) in reteaua de
distributie
formeaza THM - necesita timpi de contact mari
2 Dioxid de clor - C102 - capacitate de oxidare mai ridicata in raport cu Cl2
- nu formeaza THM- este remanent (rezidual) in reteaua de
distributie
- necesita preparare si dozare instantanee- la doze prea mari poate forma cloraticosturi mai mari in raport cu Cl2
3 Ozon - 03 - cea mai mare capacitate de oxidare- nu formeaza THM
- necesita preparare si dozare instantaneeconsumuri energetice mari- poate forma subprodusi de tip bromaji sau
aldehide- nu este remanent (rezidual) in reteaua de
distributie
4
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 4
Figura 311 Fortele
ce actioneaza asupra
particulelor aflate Tn
apa
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
3511 Deznisipatoare
Sunt destinate sa retina particulele de tip nisip pentru protectia utilajelor din schema statiei de tratare Schema unui deznisipator orizontal este data in figura 313
Figura 313 Deznisipator orizontal longitudinal
1 Gratar 2 Bare de linistire 3 Nisa pentru reparatii Tn caz de avarie 4 Stavilar de intrare 5 Vane de golire 6 Stavilarde iesire 7 Galerie de golire
In zona de intrare a apei in deznisipator se monteaza un gratar rar pentru impiedicarea accesului corpurilor mari in interiorul bazinului Pentru linistirea curentului se monteaza bare verticale de linistire Peretii laterali ai deznisipatorului se executa cu evazare catre exterior pentru a permite preluarea impingerilor survenite din podul de gheata care se formeaza pe timp de iarna la suprafata bazinului Panta radierului bazinului trebuie sa permita evacuarea depunerilor in zona din aval a bazinului Evacuarea depunerilor se poate realiza cu mai multe sisteme
bull prin hidro-mecanizare cu scoaterea din functiune a unui compartiment
bull prin golirea totala a compartimentului (numai pentru debite foarte reduse)
bull cu electro-pompe speciale purtate de o grinda rulanta
3512 Decantoare statice
Sunt destinate surselor cu variatii mari de turbiditate la care 50 - 60 din suspensii sunt de natura minerala (gravimetrice) in figura 314 se prezinta schema unui decantor orizontal longitudinal Elementele principale ale bazinului sunt
bull zona de intrare in care se gaseste un perete de linistire a curentului in partea superioara respectiv canalul de evacuare a depunerilor in partea inferioara
bull decantorul propriu-zis cu radier cu panta catre basa de evacuare a namolului amplasata in zona incipienta a bazinului
bull zona de evacuare a apei decantate care este bordata de un gratar cu rolul impiedicarii accesului plutitorilor
Curatirea decantoarelor orizontale se realizeaza
bull Intermitent prin golire si evacuare depuneri hidraulic sau mecanic
bull Continuu cu ajutorul podurilor racloare care strang depunerile in base special amenajate
Dificultatile in operarea decantoarelor statice se pot sintetiza
bull sunt influentate de factori atmosferici vant gheata insorire
bull miscarea este turbulenta ca structura si particule fine pot fi repuse in stare de suspensie
bull echilibrarea fluxului hidraulic se realizeaza cu dificultate
bull eficienta retinerii nu depaseste 10-15 NTU la apa decantata
37 Filtrarea apei - generalitati
Filtrarea este procesul de limpezire finala a apei (stadiul II) la curgerea printr-un mediu poros de obicei format din nisip cuartos Procesul simuleaza infiltratia apelor superficiale in mediile poroase din subsolul pamantului Procesul este cunoscut si aplicat de mult timp (primul brevet s-a emis in 1830)
Schema generala (figura 323) indica filtrul ca fiind format dintr-un bazin (cuva) in care apa curge in sens descendent traverseaza mediul poros sustinut de un drenaj si ajunge intr-un rezervor de apa filtrata amplasat sub drenaj Sistemul este dotat cu toate instalatiile de introducere -prelevare apa preaplin si golire
Parametrii fundamentali ai procesului de filtrare sunt
bull viteza de filtrare definita (ca viteza aparenta) cu relatia urmatoare
vF = Q A [ m h ] [mzi] (313)
In care
Q - debitul de apa filtrata
A - suprafata orizontala a stratului filtrant in
functie de viteza de filtrare se pot clasifica in
o filtre lente (biologice) - VF = 01 - 025 [mh]
o filtre rapide - vF = 4 - 10 [mh|
o filtre ultra-rapide
bull mediul filtrant - in general nisip cuartos care sa realizeze prin uniformitatea granulelor un volum de goluri in care sa se acumuleze suspensia retinuta din apa caracteristicile sunt diferite pe tipuri de filtre
bull pierderea de sarcina (hr) exprimata ca diferenta intre nivelul apei in cuva filtrului si nivelul apei in rezervorul de apa filtrata este data de colmatarea stratului si este variabila in timp
49
38 Filtre lente
Se bazeaza pe formarea unei membrane biologice constituita din colonii de bacterii aerobe -amplasata la suprafata stratului de nisip (pe primii 2-3 cm) Elementul fundamental este dezvoltarea membranei (in 1 - 3 zile) functie de caracteristicile apei Dupa o perioada (30 - 50 zile) membrana se colmateaza si incepe sa se rupa degradand calitatea apei Aceasta se razuieste (se curata) manual sau mecanic si procesul este reluat In figura 52 se indica schema unui filtru lent
Dispoizitiv de curatat_____________________________membrana biologtca
Figura 325 indica tipurile de organisme care pot fi intalnite pe o adancime de 30 cm in nisipul filtrului lent
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
Nisipul din filtrul lent trebuie sa aiba urmatorii parametri
bull granulozitatea in domeniul dg = 035 - 050 mm
bull coeficientul de neuniformitate ult 15
(314)
In care d6o - diametral ochiurilor sitei prin care trece 60 din materialul cernut
d1o - diametral ochiurilor sitei prin care trece 10 din materialul cernut
01
50
bull inaltimea stratului de nisip H=90-100 cm cand grosimea stratului de nisip ajunge dupa curatiri succesive la 70 - 80 cm este necesara completarea la inaltimea initiala
Solutia filtrelor lente se prevede la debite relativ mici (max 10000 m zi) si surse de apa in general curate (lipsite de alge culoare poluanti toxici) Se pot obtine rezultate performante la ape necoagulate Operarea sistemelor de filtre lente este simpla Procesul de filtrare lenta este asimilat cu procese fizice si biologice Acestea din urma necesita o atentie si urmarire continua in etapele de operare a filtrelor in special referitor la starea coloniilor de bacterii aerobe din membrana biologica
310Filtre rapide
In figura 326 se prezinta schema unui filtru rapid Acesta este constituit din urmatoarele elemente componente
bull sistem admisie apa in cuva - are rolul echirepartitiei debitului catre cuvele de filtre
bull stratul filtrant peste care exista un strat de apa
bull drenaj cu rolul de a sustine stratul filtrant si de a transforma bulele mari in bule fine in procesul de spalare inversa
bull sistem de mentinere a nivelului apei in filtru (pentru filtrele cu functionare in sistem nivel constant si debit variabil)
bull statie de pompare apa de la spalare filtre si statie de suflante
bull instalatii hidraulice grupate in galeria tehnologica cu rolul de a asigura toate utilitatile necesare functionarii corecte a procesului (conducte si vane apa filtrata apa spalare aer spalare preaplin golire etc)
bull rezervor de apa filtrata amplasat de obicei sub toata statia sau in anumite cazuri numai sub galeria tehnologica
Procesul consta in doua etape
bull filtrarea apei parcurgand in sens descendent stratul de nisip si drenajul
bull spalarea filtrului in sens ascendent in doua faze distincte
o faza 1 (durata Ti=5-10 min)
o faza 2 - limpezire (durata Ti=10-15 min)
51
in ultimii 30-40 de ani in lume a existat o preocupare constants pentru perfectionarea procesului in sensul obtinerii performantei in calitatea apei filtrate (turbiditatea sa se incadreze in domeniulOl - 10 NTU)
Mecanismele de retinere in filtrele rapide se pot sintetiza ca in schema urmatoare
3101 Mediul filtrant
Calitatile materialului filtrant sunt urmatoarele
bull domeniul de granulozitate dg = 085 - 2 mm
bull coeficientul de neuniformitate u=d6odio lt 15
bull fractiunile inferioare diametrului 085 mm si superioare dmax 2 mm inferioare procentual la 10 in greutate
bull diametrul efectiv def = dio = 09-1 mm
bull sa realizeze un numar de goluri (porozitate) mare (pgt40)
bull forma granulelor apropiata de sfera pentru obtinerea unui grad de acoperire ridicat
bull continut de roci cuartoase recomandabil peste 95
bull sa aiba duritate (gt 7 in scara Mohs) pentru a nu se sfarama la spalare
Calitatea materialului filtrant influenteaza viteza de filtrare O serie de studii au indicat domeniul optim de granulozitate al nisipului de filtru conform figurii 328
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 52
3102 Calitatea influentului fn corelatie cu materialul filtrant
Pentru realizarea unei retineri eficiente a suspensiilor se impune ca in influentul filtrelor acestea sa fie floculate Aceasta se caracterizeaza prin coeficientul de coeziune al suspensiilor floculate (namol retinut) aceasta caracterizeaza capacitatea de rezistenta la forfecare si depinde de doza de floculant si natura (minerala sau organica a suspensiilor)
Procesul de optimizare a filtrarii rapide a apei ia in considerate principiul un filtru va functiona optim cand va produce cea mai mare cantitate de apa intre doua spalari succesive aceasta se va realiza cand timpul in care se atinge pierderea de sarcina limita este egal cu timpul in care se calitatea apei filtrate se inrautateste la limita maxim acceptabila (Ti = T2) sau penetrarea impuritatilor in interiorul masei filtrante se va efectua cu aceeasi viteza cu care creste pierderea de sarcina Expresiile celor doua perioade au fost determinate de cercetatorii Richard si Croce-Spinelli
Tx = a bull σ - 0 9 5 bull k-075bull def-045bull h0
n95bull v -185 (316)
T l = b bull σ-075 k - 0 7 5 bull dlef
1 5 Δhr05 bull vF
-065 (317)
In care Ti - perioada in care turbiditatea apei filtrate atinge valoarea limita (1 NTU)
T2 - perioada in care se atinge pierderea de sarcina limita (15 - 18 m)
a b - coeficienti empirici (experimentali)
hn - grosime strat nisip
Δhr- viteza de crestere a pierderii de sarcina
INSPECTIA SANITARA SI MOMTORIZAREA CALITATII APEI
VF - viteza de filtrare
k - coeficient de coeziune al namolului
a - depozitul specific (volumul de suspensii raportat la volumul de material filtrant)
Se constata ca fiecare filtru poate conduce la un ciclu optim functie de calitatea nisipului grosimea stratului calitatea flocularii suspensiilor din apa influenta si viteza de filtrare
3103 Variatia pierderii de sarcina
Urmarirea pierderii de sarcina este importanta pentru ca poate pune in evidenta functionarea filtrului Operarea optima a unui filtru se realizeaza prin urmarirea in timp a variatiei pierderii de sarcina si turbiditatii Masurile pentru realizarea acestui optim sunt
53
bull reducerea vitezei - cele mai performante filtre lucreaza cu viteze de filtrare variabile astfel incat colmatarea stratului sa se realizeze fara socuri
bull adaugarea unui polimer (doze 01 - 02 mgl) in influent pentru a mari rezistenta particulelor floculate
bull imbunatatirea calitatii nisipului
Presiune (m col H20)
Figura 329 Estimarea pierderii de sarcina Tn
stratul filtrant
3104 Spalarea filtrelor
Se realizeaza in contra curent de apa si aer comprimat Elementele tehnice care intervin esential in obtinerea performantelor spalarii sunt
bull calitate drenaj - din punct de vedere al uniformitatii debitelor de apa si aer
bull colectarea uniforma a apei de la spalare
bull metoda de spalare care sa asigure eliminarea totala a suspensiilor retinute in strat cu resurse minime
bull drenaj de mare rezistenta hidraulica (cu placi cu crepine)
Se bazeaza pe principiul introducerii unei rezistente hidraulice de 15 - 20 cm coloana de apa (reducerea brusca de sectiune la intrarea apei in tija crepinei) care asigura uniformizarea intensitatilor de spalare pe suprafata cuvei (abateri de plusmn 3-5) In figura 330 se prezinta schema drenajului cu placi cu crepine
Se pun conditii severe din punct de vedere constructiv pentru realizarea drenajului
bull asigurarea etansarii perfecte
bull asigurarea cotei exacte si unice pentru pozitia orificiilor de aer
bull rezistenta cosurilor crepinelor
bull asigurarea formarii unui nivel de separatie apa - aer uniform si constant pe toata suprafata cuvei
Cele mai performante filtre din punct de vedere al spalarii sunt filtrele cu baleiaj la spalare (figura 331)
INSPECTIA SANITARA SI MOMTORIZAREA CALITATII APEI
55
55
in perioada de spalare a filtrului nivelul in cuva se afla la cota NS jgheaburile J nu mai deverseaza si prin orificiile de la baza jgheaburilor se creeaza un curent de baleiaj (1-2 dm3sm2) cu apa decantata care impinge suspensiile spre jgheabul de colectare Se reduc astfel timpii de spalare (cu 50) si intensitatile si volumele de apa de spalare
Prin curgerea ascendenta a aerului masa de nisip vibreaza si peliculele de namol se desprind de granule Curentul ascendent de apa le antreneaza Spalarea numai cu aer induce vibrarea masei de nisip si depunerea namolului in zona inferioara a stratului De aceea este contraindicata spalarea numai cu aer in faza 1
In general echipamentele pentru asigurarea debitelor apa de spalare se adopta un utilaj (pompa) in faza 1 si inca o pompa de acelasi tip pentru faza a Il-a
3105 Asigurarea repartitiei uniforme a influentului
Pentru asigurarea repartitiei uniforme a apei decantate se utilizeaza diverse sisteme Cel mai performant este sistemul cu deversori neinecati conform cu schema din figura 332
3106 Sistemele hidraulice
Sistemele hidraulice asigura deservirea statiei de filtre atat in procesul de filtrare cat si in procesul de spalare Acestea se vor dimensiona conform vitezelor economice prezentate in tabelul urmator
3107 Reglajului debitului si nivelului de apa in cuva
Pentru filtrele care functioneaza cu nivel constant si debit variabil este foarte important ca nivelul apei in filtru se fie mentinut pseudo-constant Aceasta se asigura cu diverse sisteme de plutitori (regulator de nivel amonte) care comanda vana de pe conducta de apa filtrata sau cu sisteme electronice si hidraulice conform figurii 333
Figura 333 Sistem de reglare electronic al nivelului apei Tn filtru
Legends 1 Strat filtrant 2 Vana apa filtrata 3 Parghie comanda vana 4 Electrovana de comanda 5 Regulator electronic 6 Senzor de presiune pentru nivel filtru 7 Senzor de presiune sub planseu 8 Potentiometru 9 Indicator de
colmatare 10 Alimentare cu fluid de comanda
313 Afin area apei
Procesul de afmare a apei este constituit din combinatia intre procesul de post-oxidare cu ozon a apei filtrate urmat de adsorbtie pe carbune activ granular
3131 Post-oxidarea cu ozon
Ozonul (O3) se obtine din aer sau oxigen supus la descarcari electrice printr-un dielectric In figura 334 se prezinta un element dintr-un ozonor
figura 334 Element tubular de ozonor
1 - Intrare gaz vector (aeroxigen) 2 3 - Electrozi 4 - Dielectric 5 - Spatiu de descarcare electrica 6 - Gaz vector +
ozon 7 - Apa racire
Diferentele de potential la care se lucreaza sunt cuprinse intre 6000 - 18000 V functie de natura si grosimea dielectricului marimea spatiului de descarcare si presiunea absoluta de functionare
Concentratiile de ozon in gazul vector obisnuite sunt
bull 10-40gm - in cazul utilizarii aerului
bull 10-140 gm3 - in cazul utilizarii oxigenului
Pentru a realiza concentratii optime si stabilitatea procesului se cere punct de roua -60degC -80degC
Energia specifics pentru productia de ozon
bull 13-18 kWhkg O3 - produs din aer
bull 8-10 kWhkg O3 - produs din oxigen
Actiunea O3 asupra apelor de consum se poate sintetiza
bull imbunatatirea calitatilor organoleptice (gust miros culoare)
bull activitate bactericide si virulicida
bull oxidarea materiilor organice
bull oxidare micro-poluanti
bull imbunatatirea biodegradabilitatii in amonte de CAG
3132 Adsorbtie pe carbune activ granular (CAG)
Carbunele activ se poate obtine din carbuni minieri sau din coaja de nuca de cocos Majoritatea carbunilor minieri pot fi convertiti in carbune activ insa proprietatile carbunelui activ depind esential de calitatea initiala a carbunilor in special in ceea ce priveste duritatea acestora in acest sens se utilizeaza adesea coaja nucilor de cocos pentru fabricarea carbunelui activ
Exista o multitudine de procese de fabricare a carbunelui activ insa eel mai dezvoltat este piroliza urmata de activarea cu gaze de oxidare Piroliza (carbonizarea) presupune incalzirea materialului la temperaturi intre 600 si 900 degC in absenta aerului Pentru obtinerea unei porozitati ridicate se pot utiliza adaosuri de cloruri metalice (de exemplu ZnCl) Piroliza poate reprezenta unicul pas de activare in cazul in care se doreste obtinerea unui material cu 0 porozitate ridicata
A doua etapa este cea de oxidare care se realizeaza de obicei cu abur sau uneori cu aer Temperaturile sunt uzuale in gama de 600 - 900 degC Pe parcursul acestei etape se realizeaza 0 erodare a suprafetei interne a carbunelui si dezvoltarea unei retele extensive de micropori care cresc capacitatea de adsorbtie
58
Printre proprietatile principale ale carbunelui activ se enumera continutul de cenusa umiditatea densitatea marimea particulelor duritatea volumul si distributia dupa marime a porilor suprafata interna
31321 Continutul in cenusa
Continutul in cenusa este reprezentat de reziduul obtinut prin calcinarea la temperatura de 954 degC timp de 3 ore in aer Uzual continutul de cenusa variaza intre 3 si 10 Pentru reducerea cantitatii de cenusa se poate utiliza spalarea cu acid
31322 Umiditatea
Umiditatea se determina prin uscarea in cuptor timp de 3 ore a unei cantitati de 5 sau 10 g de carbune activ la temperatura 150 degC Se determina greutatea inainte si dupa uscare si racire in exicator Umiditatea in vrac a carbunelui activ este recomandabil sa fie limitata la maxim 5
31323 Densitatea
Sunt mai multe tipuri de densitati printre care se mentioneaza densitatea in vrac densitatea aparenta densitatea particulei si densitatea reala Densitatea in vrac sau densitatea aparenta reprezinta greutatea carbunelui activ uscat raportata la volumul pe care acesta il ocupa Aceasta se determina prin umplerea unui cilindru cu volumul de 100 ml cu carbune prin cadere libera dintr-o masina vibratoare si cantarirea volumului respectiv Valorile uzuale sunt in gama 05 - 06 gml pentru carbune activ fabricat din carbune minier respectiv 024 - 030 mg1 pentru carbune activ fabricat din lemn
Densitatea particulei reprezinta densitatea unei particule singulare Volumul pe care se bazeaza include volumul porilor precum si volumul materialului Densitatea particulei se determina in mod uzual cu mercur la presiunea atmosferica (mercurul umple spatiile goale din particula de carbune activ dar nu umple porii) Valorile uzuale sunt in gama 074 - 080 gml
Densitatea reala sau densitatea scheletului este cea determinate numai pe materialul (carbunele) propriu-zis Pentru determinarea acesteia se utilizeaza uzual o metoda de inlocuire cu heliu (heliul intra practic in toti porii materialului) Valorile uzuale sunt in gama 21 - 22 gml
31324 Marimea particulelor
Aceasta se determina prin cernerea a 100 sau 200 g de carbune printr-un sistem de site mecanice timp de 10 minute dupa care se cantaresc retinerile pe fiecare sita in parte Carbunele activ pudra se incadreaza de obicei in domeniul 005 mm - 15 mm
31325 Friabilitatea
Capacitatea carbunelui activ de a rezista la abraziune este unul dintre parametrii cei mai importanti Procedura de determinare a friabilitatii carbunelui activ presupune determinarea granulozitatii acestora inainte si dupa testul propriu-zis care consta in concasarea succesiva a carbunelui intr-un recipient alaturi de bile de otel inoxidabil Valorile uzuale ale indicelui de friabilitate sunt 65 - 80 (practic 70 - 75) ceea ce atesta faptul ca materialul este foarte usor friabil si este necesar atentie la procedura de spalare
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATIIAPEI 59
31326 Volumul si distributia dupa marime a porilor
Volumul porilor reprezinta volumul total al porilor din particula de carbune activ granular raportat la greutate Valorile uzuale sunt de ordinul 08 - 12 mlg pentru carbune activ fabricat din carbuni minieri respectiv 22-25 mlg pentru carbune activ fabricat din lemn Volumul total al porilor poate fi determinat printr-un test de adsorbtie cu azot desfasurate astfel incat azotul condensat sa intre in totalitate in porii carbunelui
Carbunele activ confine o structura complexa de pori de forme si marimi diferite Porii au de obicei o geometrie neregulata si sunt interconectati Dimensiunile porilor sunt uzual intre 10 A si 100000 A (001 cm) Distributia dupa marime a porilor depinde de tipul de material utilizat si de metoda si de durata procesului de activare
31327 Suprafata internaSuprafata interna a materialelor poroase in general se determinS cu ecuatia BET stabilita de
Brunauer Emmett si Teller Ecuatia descrie formarea de strate multiple de gaz condensat care apar atunci cand un gaz adsorbabil (de exemplu azotul) este in contact cu materialul poros Intr-un astfel de test se utilizeaza azot la temperatura de fierbere si presiunea atmosferica (-196 degC sau 77 K)
Ecuatia BET (expresia 318) a fost derivata presupunand urmatoarelebull rata de condensare a moleculelor din primul strat este egala cu rata de evaporare a
moleculelor din zonele acoperite cu un singur strat de moleculebull caldura de adsorbtie peste primul strat este constants si egala cu caldura de lichefiere
qqm=b(PPS)(1-PPs)(1-PPS+bPPS) ( 3 1 8 )
In care Ps - presiunea de vaporizare la saturatie la temperatura utilizata in test uzual 1 atm
q - cantitatea de substanta adsorbita la presiunea P
qm - cantitatea de substanta adsorbita numai cand se constata acoperirea totala a suprafetei cu un strat monomolecular
b - constanta determinata experimental
In figura 336 se prezinta o relatie tipica intre marimea porilor si suprafata totala Suprafata cumulativa este data de insumarea suprafetelor tuturor porilor cu un diametru dat sau mai mare Se remarca faptul ca marea majoritate a suprafetei este atribuita porilor de mici dimensiuni
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI60
3133 Teste uzuale de adsorbtie
In practica se utilizeaza o serie intreaga de teste pentru a determina capacitatea de adsorbtie pentru diferite tipuri de carbune activ Printre acestea se mentioneaza
- Indicele Iod reprezinta cantitatea de iod in miligrame pe gram adsorbit de un carbune activ la echilibru cu o solutie I2-KI cu concentratia 002 N indicele iod indica suprafata totala a porilor cu diametru de 10 A sau mai mare valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 800 - 1000 mgg
Indicele Melasa reprezinta un indicator al puterii de decolorare a carbunelui activ granular in contact cu 0 solutie de melasa la fierbere indicele melasa este in stricta legatura cu suprafata totala a porilor cu diametrul mai mare de 28 A valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 200 - 300
- Indicele Albastru de Metilen reprezinta cantitatea de albastru de metilen adsorbita de 1 g de carbune activ la echilibru in contact cu o solutie cu concentratia 1 mg1 de albastru de metilen Albastrul de metilen are greutatea moleculara 320 si indica suprafata totala a porilor cu diametrul de 15 A
- Activitatea tetraclorurii de carbon tetraclorura de carbon CC14 este un compus molecular mic si poate intra in toti porii In acest test un curent de aer este saturat cu CCI4 la 0 degC si este trecut printr-un strat de carbune activ mentinut la 25 degC pana cand nu se mai detecteaza nici o schimbare in greutate Activitatea este greutatea CCI4 adsorbita pe unitatea de greutate de carbune activ exprimata procentual Valorile uzuale ale acestui indicator sunt in gama 60 -80
- Indicele butan este similar activitatii tetraclorurii de carbon valoarea acestuia este exprimata grame de butan adsorbite pe 100 ml carbune activ valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 7 - 8 g 100 ml carbune activ
- Indicele FINAD stabilit de cercetatorul C Gomella si reprezinta un produs al mai multor indici F - fenol I - iod N - indol A - antipirina D - detergent
316 Deferizarea si demanganizarea apei
Fierul (Fe) si manganul (Mn) sunt elemente care se gasesc frecvent in mediul subteran si in apa apar in concentratii pana la 10 mg1 (Fe) si 2 mg1 (Mn) Prezenta fierului si manganului in apele potabile pot genera urmatoarele probleme
bull produce gust metalic dezagreabil
bull coloreaza tesaturile si echipamentele sanitare
bull formeaza precipitate in conducte care favorizeaza dezvoltarea bacteriilor feruginoase (Chrenothrix) acestea modifica regimul hidraulic calitatea apei distribute si favorizeaza fenomenele de coroziune
3161 Echilibrul fierului si manganului in apa
Fierul si manganul sunt prezente dizolvate in solutiile apoase sub forma Fe2+si Mn2+ Concentratia in oxigen a apelor subterane care contin Fe si Mn este nula Din namolurile situate in
2+ ~
zona anaeroba din hipolimnion se elibereaza ioni de Fe2+ si Mnz+ in apele lacurilor In numeroase ape naturale se remarca prezenta Fe3+ asociata cu substantele humice Stabilitatea fierului si manganului in apa depinde de numeroase variabile
bull pH-ul apei
bull concentratia diferitelor elemente chimice
bull potentialul de oxido-reducere (Eh) al solutiei
In figura 341 se prezinta diagrama de stabilitate a formelor fierului in solutie in aceasta diagrama o curba (linie) reprezinta locul geometric pentru care concentratia celor doua substante este aceeasi De exemplu linia 1 reprezinta solutia pentru care O2 si H2O au aceeasi valoare Aria cuprinsa intre curbele 1 si 2 reprezinta aria de stabilitate a compusilor de Fe Chimia manganului este asemanatoare cu cea a Fe Astfel la pH si Eh reduse Fe si Mn sunt stabile in forme bivalente
Accesul in put se face printr-o deschidere protejata cu capac metalic In put se prevad trepte de acces din otel beton (020) prinse in perete - cu pasul de 030 m
Treptele se termina pe un podest din beton armat amplasat deasupra nivelului maxim al apei din put podest pe care se afia vana de inchidere a conductei pentru captarea apei din put
Putul este ventilat cu ajutorul unui cos din tabla sau teava de otel cu inaltimea de 80 - 180 cm asigurat cu casca de protectie contra precipitatiilor si sita de cupru (ochiuri de 1 mm) contra insectelor mici
Instalatia hidraulica se compune din sorb conducts de sifonare si vana etansa in cazul in care apa din puturi se capteaza cu un sistem central de sifonare pompa submersibila conducta de
INSPECTIA SANITARA SIMONITORIZAREA CALITATII APEI
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
8
8
refulare clapet de retinere vana de reglaj in cazul in care puturile sunt echipate cu pompe individuale speciale de tip submersibil
In unele cazuri putul poate fi echipat si cu pompe cu ax orizontal asezate peste nivelul apei pe o placa de beton armat In acest caz trebuie sa fie luate masuri de siguranta contra deteriorarii pompelor din cauza umezelii pentru amorsarea acestora precum si in vederea evitarii accidentarii personalului care manipuleaza aceste pompe
In instalatia hidraulica a putului se va monta intotdeauna si un debitmetru sau contor de apa (controland periodic debitul se poate vedea cum functioneaza putul) Contorul trebuie montat inainte de vana de reglaj pentru a putea fi scos din circuit prin izolarea putului respectiv fara a afecta functionarea celorlalte puturi ale captarii Totodata sunt necesare amenajari sau dispozitive pentru masurarea nivelului apei in scopul asigurarii functionarii putului cu o denivelare mai mica decat denivelarea maxima calculate sau stabilite la proba finala de receptie a putului
222 Puturi forate
Avand un domeniu de aplicatie mult mai larg (teoretic se pot face puturi forate in orice conditii) si beneficiind de o tehnica de lucru mult mai bine pusa la punct (prin preluarea din tehnica forajului pentru titei) precum si de utilaje astazi foarte perfectionate puturile forate au fost folosite la cele mai multe din captarile de apa subterana executate in tara
Puturile de mica adancime (20 - 30 m) au fost executate cu instalatii manuale procedeul uscat iar cele de adancime mai mare (in general nu s-au depasit 300 m pentru a nu capata o apa prea calda - peste 25degC) prin foraj hidraulic rotativ - procedeul direct Abia in ultimii ani s-a folosit si procedeul cu circulatie inversa folosind ca element de antrenare apa sau aerul (sistemul aer-lift)
Elementele componente ale unui put forat sunt urmatoarele
bull Cabina putului (camin din beton beton armat zidarie) care adaposteste instalatia hidraulica si uneori si instalatia electrica de forte si permite executarea de lucrari de remediere si intretinere a putului Atunci cand se gaseste total sau partial sub nivelul apei subterane se execute cu izolatie hidrofuga (figura 24)
bull Coloana definitivd este o coloana plina (burlan de foraj) de protectie a gaurii de foraj pe zona straturilor uscate sau a caror apa nu se capteaza
bull Coloana filtrantd este elemental eel mai important in functionarea putului Are rolul de a sustine peretele rocii stratului acvifer si de a lasa apa din strat sa intre in put O coloana de filtru buna trebuie deci sa indeplineasca simultan urmatoarele conditii (1) sa permite amplasarea elementului de captare a apei (2) sa aiba rezistenta mecanica suficient de mare pentru a nu se deforma la solicitarea din impingerea stratului subteran (3) sa aiba o suprafata activa libera cat mai mare (procentul de goluri notat cu n cu valori de 5 - 30 este un parametru caracteristic al coloanei) si rezistenta hidraulica mica la trecerea apei prin perete (4) sa reziste la agresivitatea apei sisau solului in care se amplaseaza pentru a nu fi distrusa sau colmatata (5) sa permite o buna deznisipare a putului atat la punerea in functiune cat si in timpul exploatarii (6) sa aiba un cost redus (7) sa se poata executa usor - pe cale industrials Ca material coloana se poate executa din otel (tub sau tabla roluita) protejat contra coroziunii fonta (tub gaurit sau foaie roluita cu slituri) sticla portelan materiale ceramice etc Cea mai utilizate este solutia cu coroana de pietris margaritar Dificultatea consta in modul de executie al acestuia In cazul in care este suficient un singur strat acesta se executa prin turnare de sus Daca materialul are granule cu marimi diferite se produce o sedimentare in aer si apa obtinandu-se un strat neuniform Pietrisul se poate introduce si prin circulatie de noroi - procedeu aplicat la noi cu rezultate bune (in noroiul care spala gaura de detritus se introduce pietrisul care este transportat in amplasament
ramanand intre peretele forajului si coloana de filtru se evita astfel sedimentarea materialului neuniform) In cazul in care sunt necesare mai multe straturi acestea se pot executa folosind numai turnarea de sus cu ajutorul unor coloane auxiliare (au fost executate puturi cu 3 straturi comportarea lor in exploatare fund foarte buna) Alegerea granulatiei se face dupa reguli cunoscute Pentru usurinta se poate aplica regula multiplicarii cu 4 a marimii medii a granulelor straturilor vecine (ca la filtrul invers) ultimul strat langa coloana de filtru avand granule mai mari decat golurile din coloana
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 10
Ventilatie
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
bull piesa de fund decantorul este o prelungire a coloanei de filtru cu o lungime de 2 - 5 m are rolul de a permite nisipului - care este antrenat de apa din strat normal sau accidental in timpul functionarii putului - sa se decanteze Periodic aceasta poate fi scos cu o lingura specials sau prin pompare
bull instalatia hidraulica este alcatuita in mod similar cu cea de la putul sapat Pentru a se asigura o colectare relativ uniforma a apei prin toata coloana de filtru este bine ca elemental de captare a apei din put (capatal liber al conductei de sifonare pompa submeribila) sa fie amplasat in jumatatea de jos a coloanei de filtru intr-o portiune a acesteia fara orificii (de cca 2 m) Uneori poate fi amplasat si la partea de sus a decantorului - atanci cand coloana de filtru a putului are o lungime mica Piesa care face trecerea de la conducta verticals la cea orizontala si care se mai numeste si casca putului este demontabila pentru a putea fi scoasa la deznisipare sau alte operatiuni de intretinere a putului
In cazul in care puturile vor fi echipate cu pompe individuale este obligatoriu ca pe conducta de refulare din put inainte de vanS sa se prevada un clapet de retinere Aceasta are rolul de a nu lasa apa din colector sa intre in put in cazul in care dintr-un motiv oarecare pompa nu mai functioneazS In orice caz dupS orice oprire pompele vor fi repornite (dupa regulile de pornire stabilite ale unei pompe centrifuge) altfel existand riscul innisipSrii si deteriorSrii putului intrucat din cauza coloanei de apa cu inSltime micS pompa tinde sa absoarba brusc un debit mare de apa (deci viteza de intrare in coloana putului poate depasi viteza admisibila)
223 Sistemul de colectare prin pompare
La debite mici si adancimi ale apei peste 20 m se folosesc pompe submersibile (pompa si motorul sunt executate monobloc si introduse in put fiind sustinute de conducta de refulare) iar
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
1
1
pentru debite mari si la adancimi sub 20 m se folosesc pompe cu ax vertical cu motorul in mediu uscat (amplasat in cabina supraterana) si pompa cufundata in apa In ultimul caz transmiterea cuplului motor se face prin intermediul unui arbore amplasat in axul conductei de refulare Linia piezometrica la sistemul de colectare cu pompe este aratata in figura 26 pentru doua situatii cu pomparea direct din put intr-un rezervor de inmagazinare respectiv cu pozarea unei statii de pompare intermediare prevazuta cu pompe cu ax orizontal Cea de-a doua varianta conduce la economii de energie
In cazul echiparii cu pompe este esential ca (1) debitul pompei sa fie eel mult egal cu debitul maxim al putului (2) pompele sa functioneze in regim constant in timp (3) dupa oprirea pompelor reporairea sa se faca manual cu respectarea regulilor generale si deschiderea vanei de refulare sa nu permita preluarea unui debit mai mare decat debitului putului
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 1
224 Captari cu dren
Drenul este un element constructiv permeabil orizontal nevizitabil (dren propriu-zis) sau vizitabil (galerie) care asezat in calea curentului subteran de apa il capteazS si conduce apa captata spre unui din capete la un put colector Prin urmare drenul indeplineste un rolul dublu
bull captarea apei din strat
bull transportul acesteia la putul colector Elementele
principale ale drenului sunt date in figura 27
Figura 27 Elementele captarii cu dren de coasta a - plan b - profil longitudinal prin dren c -
sectiune transversala tip d - detaliu de tub pentru dren
Pe o directie aproximativ perpendiculars pe directia de curgere a curentului de apa subteranS se sapa un sant de lStime convenabilS - sapSturS taluzatS in cazul in care debitul stratului este mai mic iar stratul este format din material grosier (pietris nisip mare) sau sapStura sub protectia a doi pereti de palplanse din lemn metal sau beton armat (mai rar) infipte in prealabil panS la stratul de bazS dacS stratul acvifer este puternic (bogat) iar materialul din strat confine in cantitate mare fractiuni fine SApStura se executS panS la stratul de bazS cand drenul perfect se aseazS chiar pe strat sau nu cand drenul se aseaza deasupra stratului de baza (dren imperfect) el captand numai o parte din apa stratului
Daca drenul este amplasat la baza unui strat acvifer a carei panta piezometrica in regim natural este mai mare de 001 drenul se numeste dren de coasta si se considers ca primeste apa dintr-o singurS parte iar dacS drenul este amplasat in strat acvifer cu panta piezometrica mai mica (ilt00l) drenul se numeste dren in bazin si se considers cS primeste apa din ambele pSrti
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 1
Dupa nivelarea fundului sapampturii (executatS cu panta de minim lo data in proiect) se monteazS tuburile de drenaj de obicei din beton dar pot fi si de argila arsa zidarie de piatrS azbociment bazalt etc
Daca se considers necesar se executa in prealabil un strat de beton de egalizare (de cca 10 - 20 cm) Tuburile se aseaza cap la cap (preferabila folosirea tuburilor cu talpS) fScand sau nu etansarea capetelor La circa 50 m distanta se lasa loc pentru executarea caminelor de vizitare care au radierul cu circa 50 cm mai coborat decat cota radierului tubului pentru a asigura un mic volum de depozitare a nisipului (antrenat eventual de apa) Diametrele tuburilor cresc spre putul colector schimbarea de diametre se face obligatoriu in dreptul unui cSmin intre 2 cSmine traseul drenului trebuie sa fie rectiliniu dar pe ansamblu drenul poate fi format dintr-o serie de aliniamente care se intersecteaza sub diferite unghiuri (mai mari de 90deg) Tubul de drenaj are orificii in jumStatea superioara orificiile sunt conice cu dimensiunea mai mica la exterior pentru a permite materialului granular care a intrat in orificii sa cada in dren Jumatatea de jos a drenului serveste pentru transporrul apei
In jurul tubului-dren se prevede un filtru invers din straturi de minim 10 cm grosime Straturile au marimea granulelor stabilitS ca la un filtru invers Un filtru invers este o succesiune de straturi din material granular asezate astfel incat granulele unui strat sa nu treaca prin golurile stratului urmator in sensul in care circulS apa Pentru a avea indeplinitS aceasta conditie este suficient ca raportul intre diametrele medii a doua straturi adiacente sa fie maxim 4 -5
Peste straturile filtrului invers se face umplutura din material local bine compactat daca este cazul extragand si palplansele o data cu avansarea umpluturii acestea se pot scoate si ulterior folosind insa un utilaj mai puternic si avand grijS sa nu se deterioreze stratul interior de material
La circa 50 cm deasupra nivelului stratului de apa se executa cu una sau doua pante o saltea de argila de circa 30 cm grosime Rolul sau este de a devia apele din precipitatii ce tind sa se infiltreze spre dren direct prin zona de umplutura care este mai prealabila Se continua umplutura peste saltea se compacteazS si se lasa cu bombament pentru ca la o eventualS tasare in timp sa nu ramana un sant superficial in care sa bSlteascS apa Se amenajeaza caminele cu umplutura de 50 cm peste nivelul apei de inundatie la asigurarea de 1 se executa putul colector si se echipeazS cu o stavilS de perete si un deversor triunghiular la debusarea drenului in cazul drenurilor lungi putul colector se aseaza la jumatatea frontului obtinand un dren cu doua ramuri care pot fi sau nu simetrice dupa particularitStile drenului Putul colector poate servi numai ca bazin de aspiratie pentru pompe (inaltimea stratului de apa de circa 10 - 120 peste sorb) cat si ca statie de pompare in care caz partea de deasupra se amenajeaza corespunzator
Daca apa captata contine substante care precipita usor in contact cu aerul (saruri de fier mangan) si se depun pe peretii drenului riscand sa-1 colmateze in timp atunci drenul se executa vizitabil Pentru a permite circulatia personalului de intretinere se executa si o mica pasarela in lungul drenului La drenuri ce capteazS apa potabila vor fi luate masuri de protectie sanitara
226 Tratarea apei din surse subterane
Calitatea apei subterane este influentatS de urmStorii parametri
bull nature mineralogies si geologicS a subsolului terenului in care se formeaza (sau curge)
bull calitatea apelor infiltrate de la suprafata terenului (numai pentru strate freatice)
In functie de influenta pe care apele meteorice o au asupra calitatii apei subterane straturile acvifere se clasifica in
bull strate freatice cantonate la adancimi mici sub suprafata terenului calitatea apei este influentatS direct de infiltratiile de la suprafata terenului sau exfiltratii din sisteme pozate subteran (retele canalizare fose conducte de petrol si gaze)
bull strate captive situate la adancimi de la 50 m la 150 - 200 m in subsolul terenului calitatea apei este putin (deloc) influentatS de apele infiltrate de la suprafatS
Acumularea si circulatia apei intr-un strat determina preluarea caracteristicilor rocilor stratului Se stabileste un echilibra intre caracteristicile apei si compozitia terenului in care este stocatS (sau curge) Rocile compacte cu fisuri sau caverne dau apei continut de gaz carbonic carbonati CO2 Principalele caracteristici ale apelor subterane se pot sintetiza
bull temperature - relativ constants ~ 10 -12degC
bull turbiditatea (MTS) - redusanula
bull culoare - data de materiile in solutie (acizi humici)
bull mineralizare - constants superioara apelor de suprafata
bull Fe Mn (bivalenti) - in general prezenti
bull CO2 agresiv - adesea prezent
bull O2 dizolvat - redusabsent
bull H2S - prezent in special in apele de adancime de carst
bull NH4 - prezent frecvent fara indice poluare
bull NO3 - continut ridicat pentru stratele freatice
bull Micropoluanti - in general absenti poluarile accidentale
bull Elemente vii - frecvent ferobacterii
bull Caracter eutrof-nul
Din punct de vedere al incarcarii s-a propus clasificarea surselor subterane in doua categorii
bull Surse cu incarcare redusa s-a luat in considerate existenta Fe2+ si Mn2+ in apa subterana in cantitati reduse dar care depasesc limitele impuse de Legea 4582002
bull Surse subterane incarcate in acceptiunea incdrcat se intelege depasirea continutului de Fe (pana la 50 ori) Mn (pana la 20 ori) azotati azotiti si H2S
In tabelul 21 se indica principalele caracteristici
Tabelul 21 Caracteristici principale surse subterane Denumire parametru Caracteristici apa
brutaFrecventa de depasire a prevederilor Legii 4582002 ()
Caracteristici necesare apa tratata
Tncarcare redusa
sursa incarcata
Tncarcare redusa
sursa incarcat
a
Directiva 9883EC
Legea 4582002
Fier total (mgl) 02-20 30-100 20 50 02 02Mangan (mgl) 005-05 08-10 20 50 005 005Azotati (mgl) lt50 80-120 - 80 50 50Azotiti (mgl) lt05 20 - 50 - 80 05 05Amoniu (mgl) lt05 10-20 - 50 05 05Hidrogen sulfurat (mgl) lt01 13-20 - 50 - 01
in situatia in care se utilizeaza 0 sursa subterana cu incarcare redusa potabilizarea apei se poate realiza printr-o schema indicata de figura urmatoare
Figura 28 Schema de tratare a apei din sursa subterana cu Tncarcare redusa Notatii Aerare - Bazin de contact pentru oxidare fier si mangan FRN - filtrare rapida pe strat de nisip pentru
retinere fier si mangan oxidat DZF - Dezinfectie cu clor
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
Schemele de potabilizare pentru surse incarcate sunt complexe asa cum rezulta din figura 29 Sunt necesare
bull procese de oxidare in sistemul multi - bariera (pre-oxidare si post-oxidare)
bull procese performante de oxidare sedimentare in stadiul I si II
bull procese de afinare
In astfel de situatii solutiile se stabilesc prin analiza mai multor variante de surse functie de consumatorii afectati o sursa mai departata (zeci de km) poate deveni avantajoasa vis-a-vis de costurile implicate in tratare
1
Figura 29 Schema de tratare apa din sursa subterana foarte
Incarcata INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
1
24 Captari din rauri
241 Captari Tn albie
2411 Captarea cu sorb
Se recomanda pentru captari provizorii mobile sau sezoniere Consta intr-un sorb amplasat convenabil in apa si stabilizat pentru protectie contra plutitorilor mari In figura 210 este schitata o captare fixa cu sorb
Sorbul este o confectie metalicS specials inchisa la un capat legata cu flanse la conducta de aspiratie cu celalalt capat si prevampzutS cu orificii pe suprafata laterals (cu dimensiuni suficient de mici pentru a nu intra plutitorii sau suspensiile mari) Pentru a avea viteze mici de intrare diametral sorbului este de 15 ori mai mare decat diametral conductei de aspiratie Pentru a nu aspira plutitori care sa-1 infunde sau a nu fi blocat in gheatS (hg = 03 - 04 m) si pentru ca gheata care se sparge in bucati la o viiturS de primavarS sa nu blocheze sorbul si sa-1 distrugS acesta trebuie sa fie asezat la minimum 05 m sub nivelul minim al raului la asigurarea normatS Pentru a capta aluviuni cat mai putine si de dimensiuni mai mici sorbul trebuie asezat la minimum 05 m peste fundul albiei Rezulta cS sorbul se poate prevedea in conditii normale in ape a caror adancime depSaeste 120 m (considerand ca sorbul are un diametra de minim 200 mm la un debit relativ mic)
Tot in scopul reducerii cantitatii de aluviuni antrenate sorbul se aseaza cu ajutorul unui cot in sensul de curgere al apei astfel incat apa sa intre in sorb prin intoarcere Sorbul se stabilizeaza in albie cu ajutorul unor piloti din lemn cu diametral de 0 10-12 cm batuti sub adancimea de afuiere in albie
In cazul captarilor mobile (folosite in special la irigatii) conducta de aspiratie se poate lasa aproape vertical in apa neingropata in mai cu asigurarea ca efectul dinamic al apei este atat de mic incat eforturile rezultate pot fi preluate de imbinari si conducte Sprijinirea se face prin amenajarea malului in trepte (trebuie avut grija sa nu fie depasita inaltimea de aspiratie a pompei amplasate pe mai)
2412 Captarea cu crib
Este o captare la care sorbul este protejat cu o constractie fixa stabila numita crib Cribul poate fi executat din elemente detasabile (grinzi din lemn elemente din beton armat de tip grinda) sau turnat pe loc (cu sorbul separat sau sorbul incorporat in constractie) In figura 211 se prezinta o captare cu crib
Grataral cribului se dimensioneaza la o viteza medie de trecere de 01 - 03 ms grataral se executa din bare rezistente la socul cu plutitorii iar amplasarea lor se face pe partea laterala sau aval a cribului (soc din cauza plutitorilor redus acces redus al aluviunilor din cauza intoarcerii curentului de apa aluviunile tree avand inertie mai mare)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 18
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
Apa captata prin crib poate fi aspirata de o pompa sau poate fi sifonata intr-un put colector cu rol de deznisipator si camera de aspiratie pentru pompe Vacuumul maxim pe conducta nu trebuie sa depaseasca 4-6 metri
Pentru sporirea sigurantei constructiei pot fi realizate mai multe criburi asezate in sah la 10-20 m in albie legate separat la pu|ul colector in cazul unor utilizatori importanti pot fi prevazute si criburi de rezerva Este esential ca toate criburile sa fie in stare de functionare altfel din cauza nisipului conductele de legatura si captarea se blocheaza Periodic conducta si cribul pot fi spalate prin aspirarea apei prin (n-1) criburi si refularea acesteia (sau a unei parti) prin cribul n care se spala Pentru aceasta instalatia hidraulica in putul colector trebuie gandita adecvat
Daca malul este inundabil si putul colector nu se poate departa pentru a iesi din zona inundabila vor fi luate masuri de indiguire a zonei sau de ridicare a putului la o cota cu minimum 050 m peste nivelul inundabil si aparare contra efectului dinamic al apei (accesul la put se va asigura pentru orice conditii)
A
In cazul in care nu se poate asigura adancimea pentru navigatie cu acordul beneficiarului zonei de navigatie se poate amplasa cribul mai sus luandu-se masuri corespunzatoare pentru marcarea pozitiei criburilor prin balize
242 Captari Tn mai
Captarea in mai se adopta in cazul unor debite importante cu o mare siguranta in functionare si cand situatia locala nu permite executarea de criburi
Captarea de mai are mai multe variante de constructii in functie de debitul captat si de destinatia apei captate Astfel pentru centre populate sau industrii unde debitul este totusi redus iar apa urmeaza sa suporte o tratare pentru corectarea calitatii pot fi prevazute captari cu cheson de mai Pentru debite mari de apa (mari unitati industriale centre populate mari irigatii CET-uri etc) se prevad captari in mai de tip bazin deschis
1
Figura 211 Captare cu cribLegenda 1 Put colector (cheson) 2 Crib din elemente prefabricate 3
Gratar 4 Saltea de fascine 5 Conducta de sifonare 6 Sistem de amorsare 7 Vacuum 8 Sorb 9 Conducta catre statia de pompare 10 Radier din beton armat
11 Cutitul chesonului 12 Strat depuneri
Captarea cu cheson este o constractie monolita care de obicei cuprinde si statia de pompare - echipata eel mai bine cu pompe cu ax vertical Schematic constructia unei captari de mai este prezentata in figura 212
B - B
c
Figura 212 Captare de mai cu cheson a-sectiune verticala 6-8 fo-detaliu sita c-sectiune orizontala
A - A
Legenda1 - camera de admisie si deznisipare a apei 2 - camera sitelor rotative 3 - camera cu rol de bazin de aspiratiepentru pompe 4 - camera uscata pentru pompe
INSPECTIA SANITARA SIMONITORIZAREA CALITATII APEI
Constructia este formata dintr-un cheson de dimensiuni mari asezat in malul raului astfel incat in fata ferestrelor de priza sa fie asigurat in permanent un nivel suficient de apa
Din cauza dimensiunilor si adancimii mari de fundare de obicei lansarea chesonului se face cu aer comprimat in partea de jos asigurandu-se o camera de lucru betonata ulterior Constructia este compartimentata vertical pe linii tehnologice dintre care una este intotdeauna de rezerva In interior se deosebesc patru camere (compartimente) cu urmatoarele roluri
1 Camera de admisie si deznisipare a apei (cu posibilitati de evacuare a nisipului depus)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
2
20
2 Camera sitelor rotative sitele rotative sunt formate din panouri de sita cu ochiuri relativ mici (1-3 mm) articulate si trecute peste doua tambururi - unui sus (motor) si altul jos (pasiv) apa trece prin panourile de sita sunt retinute pe sita impuritatile mari plutitorii in general si apoi panoul descarcat se ridica permanent ajungand deasupra nivelului apei in fata unui jet de spalare
3 Camera cu rol de bazin de aspiratie pentru pompele din camera 4
4 Camera uscata care adaposteste pompele treapta I (care trimit apa de la sursa la statia de tratare) In cazul in care nu se dispune de pompe cu ax vertical (care au motoarele montate pe platforma superioara) pot fi prevazute fi prevazute si pompe cu ax orizontal cu luarea unor masuri importante de pastrare uscata a camerelor
Cand sunt disponibile pompe cu ax vertical camerele 3 si 4 pot fi unificate In partea superioara a constructiei se prevad camera de comanda camera de manevra a vanelor si pompelor de epuisment camera motoarelor pompelor verticale si sala transformatoarelor (daca este cazul) Nivelul planseului se executa de obicei cu circa 07 m peste nivelul maxim al apelor raului cu asigurarea 1 In fata prizei se executa o pasarela de acces a personalului pentru curatarea gratarelor de la priza si indepartarea plutitorilor si ghetii Gratarele sunt rare cu distante intre bare de 3 - 10 cm
Admisia apei in priza se face prin doua serii de ferestre - o fereastra sub nivelul minim si o fereastra sub nivelul maxim Viteza de trecere a apei este de 02 - 03 ms iar nivelul de apa peste marginea de sus a ferestrei de minimum 050 m
La nivelurile mari in rau se lucreaza cu fereastra de sus pentru a evita antrenarea in priza a aluviunilor mari care sunt tarate de apa la partea de jos a albiei Pentru inchidere fiecare fereastra are in spate o stavila plana manevrabila de la suprafata In fata ferestrelor gratarele sunt rare din bare rotunde (teava) sau profile si se pot curata cu greble mecanice (la prizele mari) sau manual Gratarele trebuie sa fie executate cu atentie si iarna se pot inlocui cu gratare din lemn sau se pot lua masuri speciale pentru a se evita prinderea zaiului de barele metalice (bune conducatoare de caldura)
Zaiul este gheata in cristale fine care pluteste in masa de apa Pentru a evita blocarea cu gheata au fost imaginate mai multe sisteme toate fiind insa perfectabile Astfel la centralele termice sau industriale unde exista abur rezidual sau apa calda se transforms gratarul in radiator prin interiorul tevilor circuland agentul de incalzire sau se toarna apa calda inaintea gratarului astfel incat apa care trece prin gratar sa aiba 01 - 05degC In alte cazuri s-a transformat gratarul in rezistenta electrica legandu-1 la o sursa de tensiune convenabila (putere instalata de cca 10 kWhm2) consumul de energie este relativ mare iar pericolul de accidentare este ridicat S-a recurs si la imbracarea barelor gratarului in cauciuc ebonita sau mase plastice in scopul impiedicarii zaiului sa se prinda de bare In foarte multe cazuri insa se sparge gheata la priza cu unelte manuale atunci cand se constats ca nu mai intra apa suficienta operatiune foarte grea si riscanta In cazul in care apa raului contine in anumite perioade o cantitate mare de suspensii se poate aseza priza nu pe malul raului ci intr-un bazin executat pe malul raului iar apa raului parcurgandu-1 se produce deznisiparea
Foarte importante sunt forma sub care se amenajeaza intrarea apei din rau in bazin (existand riscul aparitiei depunerilor) si modul in care se reuseste sa se faca evacuarea depunerilor din bazin In literature de specialitate se citeaza si alte posibilitati de folosire a acestor bazine Uneori aceste bazine au fost executate sub forma de canale lungi cu priza la caparul eel mai departat Curatirea canalului se poate face prin dragare
Sunt situatii insa in care din motive locale debit mare si curgere gravitationala captarea poate fi mai simpla Captarea poate avea un singur compartiment pentru debite mici sau poate fi organizata pe linii pentru usurinta exploatarii Intrarea apei se face pe sub un timpan care evita socul plutitorilor cu gratarul si dirijarea acestora in aval Pentru punerea la uscat fiecare compartiment se prevede cu batardou demontabil Priza poate avea doua gratare in serie un gratar rar si un gratar des
O mare importanta o are directia de asezare a gratarului fata de directia circuitului de apa asezarea corecta este data de conditiile locale si uneori sunt necesare studii detaliate pe model in laborator Gratarul se poate aseza paralel cu curentul de apa putin oblic astfel incat apa sa atace gratarul sub unghiul eel mai favorabil sau frontal
243 Captari cu regularizarea albiei
Sunt situatii in care pe rau exista debitul de apa necesar pentru captare dar albia este atat de dezvoltata incat inaltimea apei nu permite derivarea debitului necesar In aceasta situatie este nevoie de inaltarea (cresterea) nivelului apei Una din solutii este de a ingusta albia prin lucrari artificiale de regularizare Intrucat asemenea lucrari de regularizare pot fi necesare si in alte cazuri (stabilirea albiei minore de exemplu) vor fi date cateva elemente generale urmand ca in caz de necesitate sa se apeleze la lucrari de specialitate Lucrdrile de regularizare se prevad si se executa cu respectarea urmatoarelor reguli generale
bull la ape mici curgerea sa fie cea dorita (stabila catre priza) iar la ape mari sa nu se produca inundatii in zonele vecine (sa nu se reduca din capacitatea de transport a albiei)
bull lucrarile sa se execute in etape pentru a se putea cunoaste reactiile la noile conditii si pentru a se putea cunoaste reactiile la noile conditii si pentru a se putea face corectari in etapele urmatoare
bull tipurile de lucrari sa se incadreze in peisaj
bull lucrarile sa nu stanjeasca circulatia apei pentru alte folosinte sau sa produca baltirea apei cu efecte de insalubritate
bull sa se prevada lucrari cu materialele din zona
bull sa fie folosita tendinta naturala de curgere a apei puterea si capacitatea colmatata a curentului
In figura 38 sunt schitate tipurile de lucrari mai des utilizate lucrari in albie (diguri de dirijare traverse de colmatare epiuri) si lucrari de aparare si consolidare a malurilor Elementele constructive tip sunt in general executate printr-o combinatie rationala de
bull combinatie de lemn cu piatra (casoaie suluri si saltele de fascine)
bull combinatie de piatra cu metal (gabioane)
bull anrocamente (piatra mare sparta)
bull beton beton armat sub forma de constructii masive sau elemente prefabricate
bull constructii vii formate din inierbare vegetatie mica (se ia in considerare capacitatea de transport a
albiei la ape mari)Apardrile de mai sunt lucrari de consolidare a malului raului impotriva efectului de eroziune al apei
la viteze mari Acestea pot fi lucrari foarte simple cum sunt taluzele inierbate cu unele elemente simple de fixare sau lucrari mai complicate ca taluz pavat cu elemente de beton zidarie de piatra rostuita sau nu
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
Figura 213 Lucrari de regularizare a albiei Tn zona prizeiLegends a - plan cu tipurile de lucrari b - tipuri de aparari de mai 1 - cu
casoaie 2 - cu dale din beton armat 3 - cu elemente mixte (zidarie de piatra secti Tnierbare) c - diguri epiuri executate din 1 - gabioane 2 - anrocamente
22
zidarie de sprijin din zidarie beton sau beton armat La constructive de mai trebuie tinut seama ca in afara de efectul de erodare si de afuiere a patului de sprijin actioneaza si impingerea malului
Digurile longitudinale sunt lucrari executate in albie care au rol de a dirija pe o portiune un spatiu relativ fix apa raului Se realizeaza din anrocamente cu marime suficienta pentru a nu fi antrenate de apa prefabricate de beton gabioane (piatra de rau balast inchis in casete de sarma zincata pentru a obtine o stabilitate generala mare - elemente simple ieftine si stabile atata timp cat sarma de la cos nu cedeaza sub efectul eroziunii si coroziunii) casoaie din lemn blocuri de beton legate elastic etc Capetele acestor diguri trebuie sa fie bine aparate eventual legate cu cate un epiu astfel incat curentul de apa sa nu patrunda in spatele digului Daca digurile sunt deversate vor fi luate masuri constructive contra afuieri sau spalarii patului cu efect imediat asupra stabilitatii constructiei
Epiurile sunt ca si digurile constructii permeabile rezistente la actiunea apei submersibile sau nu care dirijeaza apa raului pe un anumit spatiu si favorizeaza colmatarea treptatS a spatiului dintre ele Ca pozitie pot fi dirijate spre aval normal pe albie sau orientate spre amonte Se executa din aceleasi materiale ca si digurile Daca albia are un pat usor afuiabil inainte de executia digului propriu-zis se amenajeaza un pat elastic din saltele de fascine sau numai rulouri de fascine O atentie deosebitS se da capului epiului (partea terminals dinspre apa) care este elementul eel mai solicitat Totdeauna coada epiului trebuie bine incastrata in mai pentru a nu permite apei sa-1 ocoleasca
Traversele de colmatare sunt diguri scurte executate din umplutura de material local protejata cu anrocamente mari pe albia minora ce trebuie pSrSaitS sau pe bratele auxiliare care trebuie sa fie colmatate L ape mari spatiul dintre traverse se umple cu aluviuni si in timp traseul vechi al albiei minore dispare
Toate constructiile enumerate anterior si altele asemSnStoare imaginate de specialisti trebuie sa fie verificate si la efecte (in perioada de primavara nu trebuie sa se permita formarea de zSpoare -blocuri de gheata spartS aglomerata care favorizeaza inundatiile) Pe zonele de rau regularizate tipurile de constructii pentru captarea apei sunt similare cu cele pentru albia neregularizatS dar cu adancime suficientS a apei De altfel totdeauna cand se executa constructii legate de apa vor fi luate si masuri de stabilizare a albiei in zona afectata
244 Captari cu baraj de derivatie
In cazul in care pe rau nu se poate asigura nivelul minim necesar pentru captarea apei iar regularizarea albie nu este posibila sau rationala se recurge la executarea unei constructii pentru ridicarea artificials a acestuia dacS debitul captat este important iar fenomenele de iarnS nu pun probleme deosebite
Pentru a nu crea prejudicii pentru alti beneficiari constructia numita stdvilar sau baraj de derivatie trebuie sa asigure concomitent urmStoarele conditii
bull sa fie stabilS la actiunea dinamicS a apei
bull sa permita evacuarea debitelor mari fSrS a provoca inundatii sau deteriorarea altor constructii
bull sa permits evacuarea gheturilor de primSvarS
bull sa asigure navigatia plutaritul circulatia pestilor sau alte folosinte etc Forma
captSrii depinde de
bull marimea debitului captat raportul debit captat debit rau
bull variatia debitului raului si aluviunilor transportate
bull posibilitStile de executie
bull amplasamentul efectiv al prizei (natura albiei adancimea stratului impermeabil inSltimea malurilor etc)
In continuare sunt date cateva exemple de constructii caracteristice pentru asemenea prize
Captarea pentru debit mare realizabilS pe un rau mare pentru localitSti industrii irigatii energie etc Are alcStuirea generals din figura 214
Intre douS culei (o culee este o constractie de legSturS intre constructia dintre albie si mai) se executS elementul de barare a albiei adicS de ridicare a nivelului apei la cota minimS necesarS Aceasta poate fi un prag - baraj deversor dacS lungimea disponibilS si cota malului permit
evacuarea debitelor mari de rau sau baraj cu stavile mobile (stavilar) care se pot ridica sau culca (intr-un locas special prevazut) in radier lasand libera sectiunea pentru evacuarea apelor mari Sunt si cazuri in care din cauza deschiderii mari a albiei s-a adoptat o solutie mixta partial cu stavile partial cu baraj deversor sau uneori si cu baraj nedeversant
Pe malul opus captarii se executa daca este cazul ecluza pentru navigatie sau plutarit cu dimensiunile cerate de beneficiar si aproape totdeauna o scara de pesti pentru a asigura circulatia libera a pestilor intre cele doua biefuri (un bief este zona de rau aflata amonte sau aval de constructia considerate) Pe acelasi mai cu priza se gasesc doua deschideri de spalare prevazute cu vane plane care stau totdeauna partial deschise astfel incat debitul de apa care nu se capteaza sa nu deverseze peste baraj ci sa treaca pe sub aceste stavile
Se reaminteste ca in nici un caz nu este permisa captarea integrals a debitului raului in sectiunea respectiva o parte a debitului raului trebuie sa treaca in aval pentru mentinerea intr-o stare salubra a zonei (altfel devine depozit de gunoaie pe timp de ape scazute) asigurarea apei pentru vietuitoare si vegetatie Debitul ramas in albie este numit debit de servitute (Qs) Spalarea este necesara intracat prin ridicarea locala a nivelului apei s-a realizat in amonte o reducere locala a pantei energetice a curentului de apa Aceasta reducere conduce la micsorarea capacitatii de transport deci micul lac ce se creeaza in spatele barajului se umple repede cu aluviuni Umplerea se face si in dreptul gratarului fiind periclitata adancimea de intrare minima altfel spus se realizeaza ridicarea locala a fundului albiei Lasand libera circulatia apei langa gratar se produce continuu o spalare a depunerilor din cauza vitezei mari realizate sub stavilele de spalare
in unele cazuri prima pila a barajului a fost prelungita cu un pinten formand un fel de canal in fata prizei Apa circuland cu o viteza comparabila cu cea existenta in rau inainte de barare evita producerea de depuneri in fata prizei
Atat in dreptul stavilelor de spalare cat si al barajului deversor in aval se executa un disipator de energie al carui rol este de a reduce viteza apei la o limita care sa nu produca eroziuni spalari in aval de constractie spalari care ar putea periclita stabilitatea acesteia
Priza este o deschidere in culee protejata cu un gratar contra plutitorilor Pentru a evita antrenarea aluviunilor mari in priza aceasta se prevede cu un rag (grataral se aseaza deasupra fundului albiei la 05 - 10 m) Pentru a nu favoriza blocarea gratarului cu plutitori viteza de trecere este redusa 01 - 05 ms din care cauza priza are o forma de palnie Intrarea poate fi inchisa cu stavile Daca deschiderea totala este mare ea se poate reduce cu ajutorul unor pile intermediare Lungimea unei stavile nu va depasi 250 m altfel dispozitivele de ridicare a stavilelor devin greoaie In pile inaintea nisei stavilei se lasa profile U inglobate in beton cu deschiderea spre apa pentru a se putea lansa batardoul (umplutura din elemente grinzi de lemn sau metal) in scopul punerii la uscat a incintei pentru eventuale reparatii Deoarece dupa gratar viteza apei scade mult se produc depuneri care pot afecta circulatia pe canalul de legatura Spalarea lor se poate face cu o golire secundara - de spalare (vezi figura 214) Daca se inchide plecarea spre beneficiar (stavila V2) si se deschide stavila V3 se poate asigura o circulatie fortata cu 0 viteza cu 0 viteza mare (diferenta de nivel amonte-aval este mare) Daca debitul pe rau este suficient iar gratarele au o suprafata mai mare decat cea strict necesara se poate merge cu vana V3 partial deschisa - spalarea facandu-se continuu Pentru evitarea antrenarii plutitorilor mari si a ghetii in sloiuri la gratar se amenajeaza un perete de lemn scufundat partial (05 m) sau o linie de busteni legati articulat (care plutesc) Fenomenele de iarna sunt cele mai dificile la aceste prize
Captarea tiroleza este 0 captare cu gratar pe creasta (figura 215a) care se adopta in cazul in care debitul raului la ape mici este redus si nu poate asigura spalarea zonei din fata prizei iar debitul captat fiind mic captarea in mai se face greu (la aceasta constractie de captare se executa si o priza de iarna in cazul in care grataral ingheata) Captarea se aplica in zone de munte la rauri cu caracter torential pentru debite nu prea mari (sub lm3s) In unele situatii masivul de beton nu se vede din albie fiind alcatuit dintr-un prag de fund - cu gratar la nivelul fundului apei (grataral este inclinat aval pentru a evita blocarea cu aluviuni mari)
Captarea sub albie se adopta in situatia unor localitati de munte pentru care singura sansa de apa o constituie raul sau paraul care izvoraste de la cote inalte al carui debit scade foarte mult in perioadele de iarna si vara si in cazul care fenomenele de inghet dureaza timp indelungat In aceasta situatie 0 captare in albia raului va fi serios stanjenita iar exploatarea va pune probleme deosebite Pentru evitarea unora din aceste probleme au fost imaginate si executate captari sub fundul albiei intr-o zona in care albia este bine dezvoltata si are un pat de 2-3 m de aluviuni Constructia transversals dreneaza apa la unui din capetele sale unde pe malul raului dintr-un put este prelevata si transportata Aceasta captare se deosebeste insa de captarea subterana a apei infiltrate prin mai sau sub fundul albiei (cu drenuri radicale) deoarece apa captata are tot caracteristicile unei ape de suprafata dramul parcurs prin patul aluvionar fiind foarte scurt o asemenea apa are o turbiditate mai mica decat apa captata direct din rau
Schema unei captari sub albie numita uneori si caucaziana este data in figura 215b iar schema unei captari proiectata pentru extinderea provizorie a alimentarii cu apa a unei localitati din tara - la un debit de 10 dm3s in figura 215C
Din figura se observa ca in patul aluvionar al raului se executa o constractie permeabila care dreneaza apa ce se scurge prin subteran sau care se infiltreaza direct asupra constractiei In fata acestei constructii si deasupra ei se executa un blocaj din anrocamente care sa permita accesul mai bun al apei si totodata sa stabilizeze constructia contra efectului dinamic la ape mari (captarea lucreaza ca un prag de fund stabilizator)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 25
Captarea este relativ simpla usor de executat si cu rezultate bune in exploatare Trebuie insa data o atentie deosebita posibilei colmatari a zonei de acces la elementul drenant din cauza apei ce confine fibre de dimensiuni mici (celuloza si hartie) material ce se colmateaza etc
26 Captari din lacuri
Tara noastra nu dispune de lacuri naturale de volume importante care sa poata folosi drept sursa de apa Din aceasta cauza captarile vor fi analizate din punct de vedere al prelevarii apei din lacurile artificiale
In etapa actuala in tara noastra executarea de captari cu debite importante din majoritatea raurilor interioare nu se pot face fara o regularizare a debitului deoarece desi regimul precipitatiilor este relativ uniform (200-2000 mman) distributia in timp este foarte neuniforma Aceasta face ca in perioadele de primavara si toamna debitele sa fie foarte mari iar in perioada de vara si mai ales iarna debitele sa scada la valori extrem de mici cu totul insuficiente pentru alimentarea folosintelor Regularizarea debitelor se face prin lacuri de acumulare special create (bazine uriase cu volume de zeci de milioane-miliarde de metri cubi) care acumuleaza apa din rau in perioadele de viitura si permit folosirea acesteia la debitele dorite
Este insa evident ca un asemenea lac nu se poate crea decat printr-o constructie specials de blocare a albiei numita baraj constructie care prin amploare si efort de investitie pune probleme deosebite Din aceasta cauza executarea unor asemenea lucrari se face prin cooperare cu alti beneficiari lacul urmand sa aiba o folosinta complexa dupa cum urmeaza
bull va reduce viiturile si va permite protej area localitatilor si scoaterea unor suprafete de sub efectul inundatilor redandu-le circuitului agricol
bull volumul de apa acumulat confine o cantitate mare de energie hidraulica energie care poate fi transformata in cadrul centralelor hidroelectrice in energie electrica si data in circuitul energetic al tarii
bull o parte din volumul de apa acumulat poate fi preluat pentru irigarea unor importante suprafete de teren
bull parte din lac poate fi amenajat ca zona de agrement dezvoltand zona din punct de vedere turistic
bull se poate imbunatati regimul de curgere in aval cu efect si asupra calitatii apei
Din punct de vedere al alimentarii cu apa lacul are eel putin in prima perioada un efect favorabil apa prelevata fiind in general mai limpede si mai constants sub raport calitativ Aceasta presupune insa preluarea apei direct din lac (varianta I din figura 216) lucru care poate dezavantaja pe alti beneficiari (cei care se ocupa de producerea energiei de exemplu)
Pe de alta parte apa stationand mult timp in lac isi modifica calitatea iar prin descompunerea depunerilor si dezvoltarea unor microorganisme specifice apa poate sa capete gust neplacut (gustul este diferit de eel al apei de rau care este apa curgatoare) De aceea uneori apa este acumulata dar nu este captata din lac ci uzinata si lasata sa curga pe vechea albie pentru a se aera (varianta Il-a din figura 216) Solutia este
Figura 215 Captari speciale a - captare tiroleza b - captare cu galerie transversala pe fundul albiei c -
dren sub fundul albiei
favorabila in cazul in care utilizatorul de apa se afla la distanta mare Daca centrala functioneaza continuu atunci captarea se poate face in curent liber daca insa centrala (UHE) functioneaza in regim de varf (cum de obicei functioneaza asemenea centrale cateva ore in cursul zilei) atunci avalul inainte de priza trebuie prevazut un lac de compensare zilnica a debitelor lac care sa retina apa uzinata in regim neuniform si sa permita captarea unui debit relativ constant Cele doua variante aratate schematic in figura 216 trebuie comparate ca avantaje si dezavantaje
Priza de apa poate fi realizata in corpul barajului in aval de baraj sau in lac Elementele care conduc la stabilirea solutiei sunt
bull pozitia utilizatorului de apa fata de lac captare din lac daca acesta este amplasat amonte si departe de baraj in baraj sau aval pentru un consumator aval sau din alt bazin hidrografic
bull marimea lacului variatia nivelului apei in lac
bull existenta unei salbe de lacuri pe raul respectiv
bull utilizarea rationala complexa a apei acumulate (de regula la stabilirea amplasamentului lacului se statueaza si modul de folosire al apei)
bull tipul de baraj si simultaneitatea executiei barajului cu priza pentru folosinte de apa in general dupa executarea barajului priza poate fi numai in aval sau in lac
bull conditiile reale de teren trebuie tinut seama ca baraj ele cu lacuri mari de acumulare sunt situate in zona de deal - munte
bull conditiile rationale de tratare a apei obtinute din lac
261 Priza tn aval de baraj
Se poate executa oricand inainte si dupa executia barajului in forme si la debite adecvate Sunt posibile urmatoarele tipuri de captari
bull captari in curent liber de forma celor descrise anterior pe raul pe care debitul regularizat prin lac are valori mult mai mari
bull captari in baraj sau in lac in cazul in care lacul are ca principals folosinta alimentarea cu apa sau cand barajul este realizat pentru un lac de compensare a debitelor rezultate de la functionarea unor centrale hidroelectrice din amonte
bull captari in lac in cazul in care lacul compenseaza folosinta energetica iar beneficiarul este departe de baraj in amonte
262 Prize Tn corpul barajului
Sunt gandite si executate odata cu barajul astfel incat sa nu pericliteze siguranta in functionare a acestuia dar sa poata preleva apa de calitatea cea mai buna existenta la un moment dat in lac
In cele ce urmeaza sunt date exemple de captari de apa executate in baraj Daca barajul este din beton priza este de regula comuna cu barajul (figura 217)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 27
apa curgatoare Barajul care realizeaza lacul de compensare este din materiale locale cu un sistem de stavile pentru spalarea depunerilor de viitura (figura 219)
In figura 220 este schitata captarea dintr-un lac al carui baraj este executat din materiale locale cu miez de etansare din argila Captarea se executa total izolat de baraj (in malul natural sau in lac figura 221 - pentru a nu-i produce dificultati barajului prin exfiltrarea apei pe langa sistemul de transport al apei) si pentru ca priza sa nu aiba dificultati la tasari neuniforme ale barajului Apa captata din priza turn de la cote diferite functie de calitatea acesteia este evacuata prin conducte sau galerii amplasate in malul natural
Acest tip de captare poate fi aplicata si in alta pozitie in cuprinsul lacului pentru beneficiari riverani - amonte de baraj
Cand principala folosinta a lacului este de combatere a undei de viitura captarea poate avea o forma speciala (figura 222) Captarea este amplasata la o cota deasupra rezervei destinata acumularii depunerilor din lac si trebuie sa evite blocarea cu corpuri mari ce pot cadea prin apa intrucat nu este accesibila decat la ape mici - lac gol sau lac golit
263 Captari in lac
Se utilizeaza atunci cand in amplasament nivelul apei este asigurat intotdeauna deasupra unor valori limita Se pot practica o captare de tip turn (figura 221) cand debitul captat este important iar nivelul lacului relativ constant o captare plutitoare cand alimentarea cu apa este sezoniera sau conditiile de iarna nu sunt severe o captare de fund cand lacul este de adancime mare si cu un volum de apa important (figura 223a)
Captarea de fund este formata dintr-un sorb (pot fi prevazute mai multe asemenea constructii separate) asezat pe o confectie metalica stabila de tip tetrapod Se amplaseaza deasupra nivelului (apreciat) de colmatare si sub nivelul minim al apei din lac (acoperire mai mare pentru a o feri de plutitori) Zona captarii va fi balizata pentru a fi ferita de accesul plutitorilor si a putea fi usor reperata pentru control se marcheaza si zona de protectie daca este cazul Conducta de legatura (suficient de elastica daca are lungime mare) se lanseaza prin plutire si poate permite ridicarea prizei in caz de nevoie Captarea va fi amplasata la o asemenea adancime incat sa nu fie deplasata de valuri si totodata nu intr-o zona in care valurile pot pune in miscare depunerile de pe fund si deteriora calitatea apei Captarea este tipica pentru prelevarea apei din lacurile naturale (figura 223b)
Existenta lacurilor de acumulare ridicS probleme importante sub trei aspecte generale aspecte care pot influenta calitatea apei captate siguranta in functionare a prizei sau si a zonelor vecine
bull pentru lacurile mici problema cea mai importanta este legata de colmatarea cu aluviuni lipsa masurilor de protejare amenajare si stabilizare a solului in bazinul hidrografic conduce la antrenarea unei mari cantitati de sol (mai ales fertil) care blocheaza in scurt timp volumul lacului
bull pentru lacurile cu volum mediu (milioane de m3) problema cea mai importanta este eutrofizarea apei lacului
bull pentru lacurile mari (sute de milioane m3) problema importanta este imbdtrdnirea lacului (o eutrofizare lenta avand ca punct final obtinerea unei ape de calitate total deosebitS de aceea a raului din care pro vine)
Eutrofizarea lacurilor este o problema acuta a multor lacuri din zone de ses si colinare Cauza principals este aportul de substante fertilizante (fosfor carbon azot) Fosforul (adus in apa in special din apele uzate orSaenesti - neepurate adecvat) in cantitSti mici favorizeaza randamentul de functionare a fitoplanctonului care la randul lui favorizeazS fixarea azotului cu ajutorul bacteriilor Dezvoltarea fitoplanctonului favorizeazS dezvoltarea zooplanctonului si deci a populatiei de pesti
DacS fluxul energetic si aportul de substante este moderat atunci ciclul se incheie devine stabil si lacul isi pSatreaza calitatea de lac oligotrof (figura 224a) In cazul in care cantitatea de fosfor creste creste volumul de fitoplancton deoarece nu exista suficient azot si lantul se rupe Zooplanctonul si pesti mor substantia organicS creste bacteriile consumS oxigenul si lacul devine eutrof acoperindu-se cu vegetatie (care are rSdacinile in malul situat pe fundul lacului si frunzele la suprafata realizand fotosinteza figura 224b) Consumarea oxigenului de cStre substantele in descompunere si capacitatea redusa de aerare fac ca apa lacului sa aibS de regulS un continut mai redus de oxigen
Daca se reduce cantitatea de nutrient (in special fosforul) dupa un timp calitatea apei se imbunatateste neajungand insa la calitatea initials (se considers ca un continut Tn fosfor de 10-20 mgl este acceptabil)
Imbdtrdnirea lacurilor este fenomenul de modificare continuS a calitatii apei lacului ca urmare a noului echilibru ce se realizeazS intre aportul de substante si circulatia apei Apa care ajunge in lac este o apa cu continut ridicat de substante minerale si organice Acestea se depun se descompun intra in reactie formand substante noi cu continut de Fe N S C (H2S CH4) substante care modifies chimismul apei Pe baza aportului de substante si sub influenta luminii creste productia de masa organica (schema lacului oligotrof) Apare un fenomen nou de circulatie a apei in lac vara apa de la suprafata este calda deci mai usoarS toamna insa apa se rSceste devine mai rece decat apa de la fundul lacului (are cca 4degC sub 15 - 20 m temperature ramane relativ constants) deci devine mai grea (densitatea creste la scaderea temperaturii) si coboarS inlocuind apa mai calda de adancime apa care se ridicS (depunerile mai pot fi agitate si de valurile de la suprafata)
Pozitia captarii in lacurile adanci trebuie sa fie totdeauna in zona medie cu temperature relativ constants (6 - 12degC) si unde nu se simte direct influenta descompunerilor ce se produc la fundul lacului (sau tulbureala datS de depunerile rSacolite)
28 Procese de pre-tratare aplicarea de algicide
Algele sau cianobacteriile (algele verzi-albastre) din lacurile si acumularile de stocare pot crea probleme de gust si miros precum si aparitia unor substante ce provoaca imbolnaviri (toxine) Pentru controlul dezvoltarii algelor sau cianobacteriilor se pot folosi compusi care distrug algele (algicidele) Daca are loc un eveniment legat de utilizarea algicidelor (calitatea apei este afectata de utilizarea unui algicid) pot avea loc urmatoarele
bull daca se utilizeaza algicide in exces substanta chimica poate provoca imbolnaviri
bull daca volumul de alge sau cianobacterii este prea mare si nu poate fi controlat de algicid toxinele din alge cianobacterii pot provoca imbolnaviri
bull daca se utilizeaza ca algicid paiele de orz substantele din paie pot reactiona cu dezinfectantele si forma subproduse ce provoaca imbolnaviri
Aplicarea de algicide in sursa de apa poate prezenta riscuri pentru sanatatea si siguranta muncii operatorilor Acestea sunt recunoscute dar nu vor fi discutate deoarece astfel de riscuri fac obiectul legislatiei muncii si protectiei muncii Algele sau cianobacteriile din sursa de apa pot interfera cu functionarea statiei de tratare Un bun control al cresterii lor face sa se diminueze necesitatea pre-oxidarii Se reduce de asemenea cantitatea de dezinfectant ce se pierde in reactia cu algele sau cu substantele pe care acestea le elimina in apa
31 Alcatuirea statiilor de tratare a apei
Rolul statiei de tratare este de a corecta calitatea apei brute pana la atingerea cerintelor utilizatorului Exista o multitudine de procese de tratare care se utilizeaza in practica insa schema generala a unei statii de tratare (figura 31) cuprinde
bull trepte multiple de oxidare (pre-oxidare post-oxidare) cu scopul de a oxida compusi chimici dar si de a realiza bariere succesive in calea micro-organismelor
bull procese de limpezire a apei care constau in
o coagulare-floculare cu reactivi chimici in camere de reactie special amenajate
o decantarea apei pentru retinerea suspensiilor coagulate
o filtrarea pe strat de nisip pentru finalizarea procesului de limpezire
bull afinarea apei constituita din oxidare cu ozon urmata de adsorbtie pe carbune activ granular cu scopul indepartarii anumitor compusi chimici toxici
bull dezinfectia apei pentru indepartarea totala a virusurilor bacteriilor si altor micro-organisme din apa treapta obligatorie in Romania conform Legii privind Calitatea Apei Potabile nr 4582002
3
Pentru eliminarea duritatii se pot adopta scheme cu schimbatori de ioni sau cu reactivi chimici (var si soda) in functie de tipul duritatii (temporara sau permanenta)
Orice statie de tratare este deservita de anumite facilitati pentru intretinerea proprie Printre acestea se mentioneaza
bull statia de reactivi chimici cu rolul de a stoca prepara si doza reactivii necesari procesului de tratare (coagulanti floculanti agenti dezinfectanti corectie pH etc)
bull sisteme de spalare filtre rapide constituite din statii de pompe si de suflante
bull laborator pentru a determina corectitudinea procesului de tratare dar si calitatea apei produse
bull alte facilitati printre care se mentioneaza sisteme de recuperare a apei de la spalare filtre si a namolului din decantoare
311 Exemple de statii de tratare
O schema de tratare cu filtrare directa este prezentata in figura 32 Uzina de apa a orasului Los Angeles - SUA (Los Angeles Aqueduct Filtration Plant) are o capacitate instalata de 185 m3s filiera tratare fiind prezentata in cele ce urmeaza
bull pre-oxidare cu ozon 4 generatoare care produc 3780 kg CVzi (doza medie ozon 15 mgdm3) 4 bazine de contact (timp de contact minim 49 min)
bull coagulare (amestec rapid) 8 camere de reactie echipate cu agitatoare dinamice timp minim de amestec 086 s pentru doua camere inseriate Reactivi utilizati clorura ferica sulfat de aluminiu polimeri anionici si neionici soda caustica clor
bull floculare 36 camere de reactie lenta timp minim de reactie lenta 8 min pentru 3 bazine inseriate
bull filtrare 24 unitati (aria unei unitati A=160 m2) strat de antracit cu inaltimea de 24 m viteza de filtrare 175 mh care asigura un timp de contact de 10 minute
bull dezinfectie finala cu clor (doza maxima clor 56 mgdm3)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 3
Un alt exemplu de schema de tratare care nu cuprinde treapta de decantare este uzina de apa Ivry (Franta) modernizata in 1987 (debit instalat Q = 300000 m3zi) Dupa modernizare uzina cuprinde urmatoarele procese (figura 33)
bull pre-oxidare cu ozon doza uzuala 10 mg CVdm3
bull coagulare (amestec rapid) cu clorura ferica (5 - 10 mgdm3) si polimer anionic (0025 -005 mgdm3)
bull pre-filtrare faza I - (coagulare pe masa de contact) 18 unitati de 815 m2 strat biolit 10 m viteza de filtrare maxima 10 mh
bull floculare cu clorura ferica (2-6 mg Fe3+dm3) si polimer (005 - 10 mgdm3)
bull pre-filtrare faza II - nisip 22 unitati de 81 m viteza de filtrare 9 mh
bull filtrare lenta 30 cuve (23000 m2) viteza maxima de filtrare 13 mzi inaltime strat 07 m
bull post-ozonare timp de contact 4 minute doza uzuala 04 - 06 mg CVdm3
bull filtrare pe CAG inaltime strat 10 m viteza de filtrare 10 mh
bull dezinfectare finala cu hipoclorit de sodiu
In figura 34 este prezentata o schema tehnologica a unei uzine de apa aplicata in cateva mari uzine de tratare (Qgt2000 m3h) ce preiau apa bruta direct din fluviul Ruhr Schema asigura o eliminare optima a microorganismelor Concentratia de Cryptosporidium in apa raului Ruhr variaza de la 0 la 5 unit(100 dm3) iar concentratia chisturilor Giardia de la 8 la 250 unitdm3 Nu au fost detectate aceste organisme in treptele premergatoare dezinfectarii Se remarca prezenta treptelor de filtrare incepand cu filtrarea mecanica pe microsite in capatul amonte al filierei de tratare si continuand cu un pachet de trei trepte de filtrare (dublu strat carbune activ granular si filtre lente) care asigura o eficienta foarte mare din punct de vedere microbiologic
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 3
Figura 34 Filiera tehnologica uzina de apa Mulheim an der Ruhr
(Germania)
Un exemplu de schema tehnologica combinata (Q=32 m3s) este prezentata in figura 35 Apa bruta (fluviul Elba) este puternic incarcata in poluanti Filtrarea primara (bazine de infiltratie) reduce de cateva ori incarcarea microbiologica iar in cazul folosirii treptelor de floculare sedimentare si filtrare reducerea incarcarii microbiologice este de circa 9999
Prin curgerea in stratul subteran se obtine o apa ce se incadreaza in normele privind calitatea apei potabile Dezinfectia finala este aplicata pentru a preveni cresterea masei bacteriene in sistemele de distributie Uzina este prevazuta a fi modernizata cu treapta de oxidare cu ozon si filtre multistrat
In Elvetia sunt intalnite in principal scheme complexe de tratare avand la baza procese biologice (figura 36) Treptele de tratare clasice (pre-oxidare cu ozon coagulare-floculare filtrare rapida) sunt urmate de corectia pH-ului si postozonare in fmalul filierei de tratare se prevad reactoare biologice inseriate (filtre CAG activate biologic urmate de filtre lente) Se urmareste in principal reducerea indicatorilor biologici si bacteriologici prin reducerea concentratiilor de carbon organic asimilabil (AOC lt 10 ug Cdm ) Se remarca absenta dezinfectarii finale Se obtine o apa biostabila introducerea acesteia intr-o retea de distributie nu necesita prezenta unui dezinfectant rezidual Se asigura in acest mod o siguranta ridicata la consumator in ceea ce priveste potentialul de formare al trihalometanilor
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 3
33 Procese de oxidare
Procesele de oxidare pot fi intalnite in toate statiile de tratare in doua sectiuni caracteristice ale schemei
bull pre-oxidare in capatul amonte al filierei pentru oxidarea substantei organice plancton inactivare microorganisme obiectul principal este asigurarea functionarii optime a proceselor de tratare si evitarea contaminarii acesteia
bull post-oxidarea amplasat dupa procesele de tratare conventionale (decantare si filtrare rapida pe strat de nisip) urmareste oxidarea totala a micro poluantilor reducerea materiilor organice naturale si inactivarea totala in ape limpezi a compusilor biologici si bacteriologici
331 Pre-oxidare
In mod obisnuit se utilizeaza urmatorii agenti oxidanti clor ozon dioxid de clor 3311 Clorul(Ch)
Clorul se utilizeaza in mod uzual cu doze cuprinse in domeniul 1 - 3 mgl cu timp de contact minim Tc=30 minute in anumite situatii (inflorire algala sau poluare accidentala) dozele pot fi mai mari dar se urmareste evitarea formarii sub-produsilor organo-clorurati (de exemplu trihalometani THM) prin efectuarea de incercari pe apa sursei pentru a se stabili potentialul de formare
Clorul este adoptat frecvent datorita costurilor reduse implicate Reactia clorului trebuie urmarita cu atentie luand in consideratie agentii reducatori (H2S Mn2+ Fe3+) si materiile organice naturale in diagrama din figura 37 se poate urmari procesul de reactie al clorului in apa (clorare la breakpoint) Punctul critic se atinge daca raportul masic intre clor si amoniac variaza intre 81 -101 (teoretic 761)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 40
3312 Ozonul(03)
Ozonul este un gaz violet instabil care degaja un miros iritant caracteristic
Se produce prin descarcari electrice la diferente de potential ridicate intre doi electrozi intre care curge aer sau oxigen pur Eficienta productiei depinde de diferenta de potential frecventa caracteristicile materialului dielectric si spatiul care separa dielectricele Progresele tehnologice din ultimii 20-30 ani au condus la reducerea consumului de energie la 10 - 12 kWh 1 kg O3
Dozele uzuale de ozon sunt in gama 1 - 3 mgCVdm3 iar timpul de contact uzual este Tc=10 minute Se tinde spre adoptarea solutiei cu doua reactoare in serie ca in figura 38 Adancimea apei in reactoare poate atinge 6-75 m
Conceptual reactoarele de ozon functioneaza pe baza interceptarii curentului de apa descendent de catre voalul de bule mici de ozon in miscare ascendents
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
0
4
3313 Dioxidul de clor (CIO2)
Se poate obtine din clorit de sodiu si clor conform reactiei
2NaC102 + Cl2rarr2C102 + 2NaCl (31)
Stoechiometric 1 g dioxid de clor se obtine din 134 g clorita de sodiu si 05 g de clor
Este instabil si exploziv la temperaturi T gt (-40degC) Se produce imediat inainte de injectia in apa La 20degC si presiune partiala de 53 kPa solubilitatea este 4 gdm3
Avantajele utilizarii CIO2 sunt
bull nu formeaza sub-produsi de tip trihalometani (THM)
bull are putere oxidanta mai buna oxideaza fenoli si este foarte eficace la pH peste 85
Dozele utilizate frecvent 01 - 05 mgl timpul de contact fiind Tc = 10 min Se mentioneaza ca pentru doze mai mare de 05 mgl exista riscul formarii de sub-produsi de tip clorati
Reactoarele de pre-oxidare utilizeaza agitatoare mecanice (rezistente la coroziune) care asigura amestecul mecanic cu randamente ridicate intre apa de tratat si solutia de CIO2
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 4
332 Post-oxidare
In filierele de tratare se dezvolta din ce in ce mai mult conceptul de post-oxidare cu ozon pe apa limpezita dupa filtrele rapide de nisip pentru ca eficienta transferului creste se reduc dozele de ozon si oxidarea micro-poluantilor devine mai eficienta
incadrarea procesului de post-oxidare in schema statiei de tratare se realizeaza totdeauna ca infigura 310 n
Dozele de 03 in post-oxidare nu depasesc 2 mgl Principiile reactoarelor de ozon sunt identice cu cele utilizate in pre-oxidare
Post-oxidarea cu ozon combinata cu adsorbtia pe CAG este procesul (denumit afinare) capabil sa asigure
- eliminare totala compusi biologici microbiologici si micropoluanti
- reducere materiilor organice naturale astfel incat TOC lt 25 g Cl
- eliminare pesticide
333 Alegerea oxidantului
Alegerea oxidantului se bazeaza pe analiza calitatii apei caracterizarea marimii poluarii care poate apare (continut materii organice naturale carbon organic total numar de microorganisme perioade duraf deg ce aparitie)
Alegerea agentului oxidant are la baza costuri si implicatii in filiera tehnologica
Tabelul 35 Caracteristici principale Tn alegerea oxidantilor Nr crt
Oxidant Avantaje Dezavantaje
1 Clor-Cl2 - costuri reduse- cunoastere operare- este remanent (rezidual) in reteaua de
distributie
formeaza THM - necesita timpi de contact mari
2 Dioxid de clor - C102 - capacitate de oxidare mai ridicata in raport cu Cl2
- nu formeaza THM- este remanent (rezidual) in reteaua de
distributie
- necesita preparare si dozare instantanee- la doze prea mari poate forma cloraticosturi mai mari in raport cu Cl2
3 Ozon - 03 - cea mai mare capacitate de oxidare- nu formeaza THM
- necesita preparare si dozare instantaneeconsumuri energetice mari- poate forma subprodusi de tip bromaji sau
aldehide- nu este remanent (rezidual) in reteaua de
distributie
4
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 4
Figura 311 Fortele
ce actioneaza asupra
particulelor aflate Tn
apa
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
3511 Deznisipatoare
Sunt destinate sa retina particulele de tip nisip pentru protectia utilajelor din schema statiei de tratare Schema unui deznisipator orizontal este data in figura 313
Figura 313 Deznisipator orizontal longitudinal
1 Gratar 2 Bare de linistire 3 Nisa pentru reparatii Tn caz de avarie 4 Stavilar de intrare 5 Vane de golire 6 Stavilarde iesire 7 Galerie de golire
In zona de intrare a apei in deznisipator se monteaza un gratar rar pentru impiedicarea accesului corpurilor mari in interiorul bazinului Pentru linistirea curentului se monteaza bare verticale de linistire Peretii laterali ai deznisipatorului se executa cu evazare catre exterior pentru a permite preluarea impingerilor survenite din podul de gheata care se formeaza pe timp de iarna la suprafata bazinului Panta radierului bazinului trebuie sa permita evacuarea depunerilor in zona din aval a bazinului Evacuarea depunerilor se poate realiza cu mai multe sisteme
bull prin hidro-mecanizare cu scoaterea din functiune a unui compartiment
bull prin golirea totala a compartimentului (numai pentru debite foarte reduse)
bull cu electro-pompe speciale purtate de o grinda rulanta
3512 Decantoare statice
Sunt destinate surselor cu variatii mari de turbiditate la care 50 - 60 din suspensii sunt de natura minerala (gravimetrice) in figura 314 se prezinta schema unui decantor orizontal longitudinal Elementele principale ale bazinului sunt
bull zona de intrare in care se gaseste un perete de linistire a curentului in partea superioara respectiv canalul de evacuare a depunerilor in partea inferioara
bull decantorul propriu-zis cu radier cu panta catre basa de evacuare a namolului amplasata in zona incipienta a bazinului
bull zona de evacuare a apei decantate care este bordata de un gratar cu rolul impiedicarii accesului plutitorilor
Curatirea decantoarelor orizontale se realizeaza
bull Intermitent prin golire si evacuare depuneri hidraulic sau mecanic
bull Continuu cu ajutorul podurilor racloare care strang depunerile in base special amenajate
Dificultatile in operarea decantoarelor statice se pot sintetiza
bull sunt influentate de factori atmosferici vant gheata insorire
bull miscarea este turbulenta ca structura si particule fine pot fi repuse in stare de suspensie
bull echilibrarea fluxului hidraulic se realizeaza cu dificultate
bull eficienta retinerii nu depaseste 10-15 NTU la apa decantata
37 Filtrarea apei - generalitati
Filtrarea este procesul de limpezire finala a apei (stadiul II) la curgerea printr-un mediu poros de obicei format din nisip cuartos Procesul simuleaza infiltratia apelor superficiale in mediile poroase din subsolul pamantului Procesul este cunoscut si aplicat de mult timp (primul brevet s-a emis in 1830)
Schema generala (figura 323) indica filtrul ca fiind format dintr-un bazin (cuva) in care apa curge in sens descendent traverseaza mediul poros sustinut de un drenaj si ajunge intr-un rezervor de apa filtrata amplasat sub drenaj Sistemul este dotat cu toate instalatiile de introducere -prelevare apa preaplin si golire
Parametrii fundamentali ai procesului de filtrare sunt
bull viteza de filtrare definita (ca viteza aparenta) cu relatia urmatoare
vF = Q A [ m h ] [mzi] (313)
In care
Q - debitul de apa filtrata
A - suprafata orizontala a stratului filtrant in
functie de viteza de filtrare se pot clasifica in
o filtre lente (biologice) - VF = 01 - 025 [mh]
o filtre rapide - vF = 4 - 10 [mh|
o filtre ultra-rapide
bull mediul filtrant - in general nisip cuartos care sa realizeze prin uniformitatea granulelor un volum de goluri in care sa se acumuleze suspensia retinuta din apa caracteristicile sunt diferite pe tipuri de filtre
bull pierderea de sarcina (hr) exprimata ca diferenta intre nivelul apei in cuva filtrului si nivelul apei in rezervorul de apa filtrata este data de colmatarea stratului si este variabila in timp
49
38 Filtre lente
Se bazeaza pe formarea unei membrane biologice constituita din colonii de bacterii aerobe -amplasata la suprafata stratului de nisip (pe primii 2-3 cm) Elementul fundamental este dezvoltarea membranei (in 1 - 3 zile) functie de caracteristicile apei Dupa o perioada (30 - 50 zile) membrana se colmateaza si incepe sa se rupa degradand calitatea apei Aceasta se razuieste (se curata) manual sau mecanic si procesul este reluat In figura 52 se indica schema unui filtru lent
Dispoizitiv de curatat_____________________________membrana biologtca
Figura 325 indica tipurile de organisme care pot fi intalnite pe o adancime de 30 cm in nisipul filtrului lent
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
Nisipul din filtrul lent trebuie sa aiba urmatorii parametri
bull granulozitatea in domeniul dg = 035 - 050 mm
bull coeficientul de neuniformitate ult 15
(314)
In care d6o - diametral ochiurilor sitei prin care trece 60 din materialul cernut
d1o - diametral ochiurilor sitei prin care trece 10 din materialul cernut
01
50
bull inaltimea stratului de nisip H=90-100 cm cand grosimea stratului de nisip ajunge dupa curatiri succesive la 70 - 80 cm este necesara completarea la inaltimea initiala
Solutia filtrelor lente se prevede la debite relativ mici (max 10000 m zi) si surse de apa in general curate (lipsite de alge culoare poluanti toxici) Se pot obtine rezultate performante la ape necoagulate Operarea sistemelor de filtre lente este simpla Procesul de filtrare lenta este asimilat cu procese fizice si biologice Acestea din urma necesita o atentie si urmarire continua in etapele de operare a filtrelor in special referitor la starea coloniilor de bacterii aerobe din membrana biologica
310Filtre rapide
In figura 326 se prezinta schema unui filtru rapid Acesta este constituit din urmatoarele elemente componente
bull sistem admisie apa in cuva - are rolul echirepartitiei debitului catre cuvele de filtre
bull stratul filtrant peste care exista un strat de apa
bull drenaj cu rolul de a sustine stratul filtrant si de a transforma bulele mari in bule fine in procesul de spalare inversa
bull sistem de mentinere a nivelului apei in filtru (pentru filtrele cu functionare in sistem nivel constant si debit variabil)
bull statie de pompare apa de la spalare filtre si statie de suflante
bull instalatii hidraulice grupate in galeria tehnologica cu rolul de a asigura toate utilitatile necesare functionarii corecte a procesului (conducte si vane apa filtrata apa spalare aer spalare preaplin golire etc)
bull rezervor de apa filtrata amplasat de obicei sub toata statia sau in anumite cazuri numai sub galeria tehnologica
Procesul consta in doua etape
bull filtrarea apei parcurgand in sens descendent stratul de nisip si drenajul
bull spalarea filtrului in sens ascendent in doua faze distincte
o faza 1 (durata Ti=5-10 min)
o faza 2 - limpezire (durata Ti=10-15 min)
51
in ultimii 30-40 de ani in lume a existat o preocupare constants pentru perfectionarea procesului in sensul obtinerii performantei in calitatea apei filtrate (turbiditatea sa se incadreze in domeniulOl - 10 NTU)
Mecanismele de retinere in filtrele rapide se pot sintetiza ca in schema urmatoare
3101 Mediul filtrant
Calitatile materialului filtrant sunt urmatoarele
bull domeniul de granulozitate dg = 085 - 2 mm
bull coeficientul de neuniformitate u=d6odio lt 15
bull fractiunile inferioare diametrului 085 mm si superioare dmax 2 mm inferioare procentual la 10 in greutate
bull diametrul efectiv def = dio = 09-1 mm
bull sa realizeze un numar de goluri (porozitate) mare (pgt40)
bull forma granulelor apropiata de sfera pentru obtinerea unui grad de acoperire ridicat
bull continut de roci cuartoase recomandabil peste 95
bull sa aiba duritate (gt 7 in scara Mohs) pentru a nu se sfarama la spalare
Calitatea materialului filtrant influenteaza viteza de filtrare O serie de studii au indicat domeniul optim de granulozitate al nisipului de filtru conform figurii 328
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 52
3102 Calitatea influentului fn corelatie cu materialul filtrant
Pentru realizarea unei retineri eficiente a suspensiilor se impune ca in influentul filtrelor acestea sa fie floculate Aceasta se caracterizeaza prin coeficientul de coeziune al suspensiilor floculate (namol retinut) aceasta caracterizeaza capacitatea de rezistenta la forfecare si depinde de doza de floculant si natura (minerala sau organica a suspensiilor)
Procesul de optimizare a filtrarii rapide a apei ia in considerate principiul un filtru va functiona optim cand va produce cea mai mare cantitate de apa intre doua spalari succesive aceasta se va realiza cand timpul in care se atinge pierderea de sarcina limita este egal cu timpul in care se calitatea apei filtrate se inrautateste la limita maxim acceptabila (Ti = T2) sau penetrarea impuritatilor in interiorul masei filtrante se va efectua cu aceeasi viteza cu care creste pierderea de sarcina Expresiile celor doua perioade au fost determinate de cercetatorii Richard si Croce-Spinelli
Tx = a bull σ - 0 9 5 bull k-075bull def-045bull h0
n95bull v -185 (316)
T l = b bull σ-075 k - 0 7 5 bull dlef
1 5 Δhr05 bull vF
-065 (317)
In care Ti - perioada in care turbiditatea apei filtrate atinge valoarea limita (1 NTU)
T2 - perioada in care se atinge pierderea de sarcina limita (15 - 18 m)
a b - coeficienti empirici (experimentali)
hn - grosime strat nisip
Δhr- viteza de crestere a pierderii de sarcina
INSPECTIA SANITARA SI MOMTORIZAREA CALITATII APEI
VF - viteza de filtrare
k - coeficient de coeziune al namolului
a - depozitul specific (volumul de suspensii raportat la volumul de material filtrant)
Se constata ca fiecare filtru poate conduce la un ciclu optim functie de calitatea nisipului grosimea stratului calitatea flocularii suspensiilor din apa influenta si viteza de filtrare
3103 Variatia pierderii de sarcina
Urmarirea pierderii de sarcina este importanta pentru ca poate pune in evidenta functionarea filtrului Operarea optima a unui filtru se realizeaza prin urmarirea in timp a variatiei pierderii de sarcina si turbiditatii Masurile pentru realizarea acestui optim sunt
53
bull reducerea vitezei - cele mai performante filtre lucreaza cu viteze de filtrare variabile astfel incat colmatarea stratului sa se realizeze fara socuri
bull adaugarea unui polimer (doze 01 - 02 mgl) in influent pentru a mari rezistenta particulelor floculate
bull imbunatatirea calitatii nisipului
Presiune (m col H20)
Figura 329 Estimarea pierderii de sarcina Tn
stratul filtrant
3104 Spalarea filtrelor
Se realizeaza in contra curent de apa si aer comprimat Elementele tehnice care intervin esential in obtinerea performantelor spalarii sunt
bull calitate drenaj - din punct de vedere al uniformitatii debitelor de apa si aer
bull colectarea uniforma a apei de la spalare
bull metoda de spalare care sa asigure eliminarea totala a suspensiilor retinute in strat cu resurse minime
bull drenaj de mare rezistenta hidraulica (cu placi cu crepine)
Se bazeaza pe principiul introducerii unei rezistente hidraulice de 15 - 20 cm coloana de apa (reducerea brusca de sectiune la intrarea apei in tija crepinei) care asigura uniformizarea intensitatilor de spalare pe suprafata cuvei (abateri de plusmn 3-5) In figura 330 se prezinta schema drenajului cu placi cu crepine
Se pun conditii severe din punct de vedere constructiv pentru realizarea drenajului
bull asigurarea etansarii perfecte
bull asigurarea cotei exacte si unice pentru pozitia orificiilor de aer
bull rezistenta cosurilor crepinelor
bull asigurarea formarii unui nivel de separatie apa - aer uniform si constant pe toata suprafata cuvei
Cele mai performante filtre din punct de vedere al spalarii sunt filtrele cu baleiaj la spalare (figura 331)
INSPECTIA SANITARA SI MOMTORIZAREA CALITATII APEI
55
55
in perioada de spalare a filtrului nivelul in cuva se afla la cota NS jgheaburile J nu mai deverseaza si prin orificiile de la baza jgheaburilor se creeaza un curent de baleiaj (1-2 dm3sm2) cu apa decantata care impinge suspensiile spre jgheabul de colectare Se reduc astfel timpii de spalare (cu 50) si intensitatile si volumele de apa de spalare
Prin curgerea ascendenta a aerului masa de nisip vibreaza si peliculele de namol se desprind de granule Curentul ascendent de apa le antreneaza Spalarea numai cu aer induce vibrarea masei de nisip si depunerea namolului in zona inferioara a stratului De aceea este contraindicata spalarea numai cu aer in faza 1
In general echipamentele pentru asigurarea debitelor apa de spalare se adopta un utilaj (pompa) in faza 1 si inca o pompa de acelasi tip pentru faza a Il-a
3105 Asigurarea repartitiei uniforme a influentului
Pentru asigurarea repartitiei uniforme a apei decantate se utilizeaza diverse sisteme Cel mai performant este sistemul cu deversori neinecati conform cu schema din figura 332
3106 Sistemele hidraulice
Sistemele hidraulice asigura deservirea statiei de filtre atat in procesul de filtrare cat si in procesul de spalare Acestea se vor dimensiona conform vitezelor economice prezentate in tabelul urmator
3107 Reglajului debitului si nivelului de apa in cuva
Pentru filtrele care functioneaza cu nivel constant si debit variabil este foarte important ca nivelul apei in filtru se fie mentinut pseudo-constant Aceasta se asigura cu diverse sisteme de plutitori (regulator de nivel amonte) care comanda vana de pe conducta de apa filtrata sau cu sisteme electronice si hidraulice conform figurii 333
Figura 333 Sistem de reglare electronic al nivelului apei Tn filtru
Legends 1 Strat filtrant 2 Vana apa filtrata 3 Parghie comanda vana 4 Electrovana de comanda 5 Regulator electronic 6 Senzor de presiune pentru nivel filtru 7 Senzor de presiune sub planseu 8 Potentiometru 9 Indicator de
colmatare 10 Alimentare cu fluid de comanda
313 Afin area apei
Procesul de afmare a apei este constituit din combinatia intre procesul de post-oxidare cu ozon a apei filtrate urmat de adsorbtie pe carbune activ granular
3131 Post-oxidarea cu ozon
Ozonul (O3) se obtine din aer sau oxigen supus la descarcari electrice printr-un dielectric In figura 334 se prezinta un element dintr-un ozonor
figura 334 Element tubular de ozonor
1 - Intrare gaz vector (aeroxigen) 2 3 - Electrozi 4 - Dielectric 5 - Spatiu de descarcare electrica 6 - Gaz vector +
ozon 7 - Apa racire
Diferentele de potential la care se lucreaza sunt cuprinse intre 6000 - 18000 V functie de natura si grosimea dielectricului marimea spatiului de descarcare si presiunea absoluta de functionare
Concentratiile de ozon in gazul vector obisnuite sunt
bull 10-40gm - in cazul utilizarii aerului
bull 10-140 gm3 - in cazul utilizarii oxigenului
Pentru a realiza concentratii optime si stabilitatea procesului se cere punct de roua -60degC -80degC
Energia specifics pentru productia de ozon
bull 13-18 kWhkg O3 - produs din aer
bull 8-10 kWhkg O3 - produs din oxigen
Actiunea O3 asupra apelor de consum se poate sintetiza
bull imbunatatirea calitatilor organoleptice (gust miros culoare)
bull activitate bactericide si virulicida
bull oxidarea materiilor organice
bull oxidare micro-poluanti
bull imbunatatirea biodegradabilitatii in amonte de CAG
3132 Adsorbtie pe carbune activ granular (CAG)
Carbunele activ se poate obtine din carbuni minieri sau din coaja de nuca de cocos Majoritatea carbunilor minieri pot fi convertiti in carbune activ insa proprietatile carbunelui activ depind esential de calitatea initiala a carbunilor in special in ceea ce priveste duritatea acestora in acest sens se utilizeaza adesea coaja nucilor de cocos pentru fabricarea carbunelui activ
Exista o multitudine de procese de fabricare a carbunelui activ insa eel mai dezvoltat este piroliza urmata de activarea cu gaze de oxidare Piroliza (carbonizarea) presupune incalzirea materialului la temperaturi intre 600 si 900 degC in absenta aerului Pentru obtinerea unei porozitati ridicate se pot utiliza adaosuri de cloruri metalice (de exemplu ZnCl) Piroliza poate reprezenta unicul pas de activare in cazul in care se doreste obtinerea unui material cu 0 porozitate ridicata
A doua etapa este cea de oxidare care se realizeaza de obicei cu abur sau uneori cu aer Temperaturile sunt uzuale in gama de 600 - 900 degC Pe parcursul acestei etape se realizeaza 0 erodare a suprafetei interne a carbunelui si dezvoltarea unei retele extensive de micropori care cresc capacitatea de adsorbtie
58
Printre proprietatile principale ale carbunelui activ se enumera continutul de cenusa umiditatea densitatea marimea particulelor duritatea volumul si distributia dupa marime a porilor suprafata interna
31321 Continutul in cenusa
Continutul in cenusa este reprezentat de reziduul obtinut prin calcinarea la temperatura de 954 degC timp de 3 ore in aer Uzual continutul de cenusa variaza intre 3 si 10 Pentru reducerea cantitatii de cenusa se poate utiliza spalarea cu acid
31322 Umiditatea
Umiditatea se determina prin uscarea in cuptor timp de 3 ore a unei cantitati de 5 sau 10 g de carbune activ la temperatura 150 degC Se determina greutatea inainte si dupa uscare si racire in exicator Umiditatea in vrac a carbunelui activ este recomandabil sa fie limitata la maxim 5
31323 Densitatea
Sunt mai multe tipuri de densitati printre care se mentioneaza densitatea in vrac densitatea aparenta densitatea particulei si densitatea reala Densitatea in vrac sau densitatea aparenta reprezinta greutatea carbunelui activ uscat raportata la volumul pe care acesta il ocupa Aceasta se determina prin umplerea unui cilindru cu volumul de 100 ml cu carbune prin cadere libera dintr-o masina vibratoare si cantarirea volumului respectiv Valorile uzuale sunt in gama 05 - 06 gml pentru carbune activ fabricat din carbune minier respectiv 024 - 030 mg1 pentru carbune activ fabricat din lemn
Densitatea particulei reprezinta densitatea unei particule singulare Volumul pe care se bazeaza include volumul porilor precum si volumul materialului Densitatea particulei se determina in mod uzual cu mercur la presiunea atmosferica (mercurul umple spatiile goale din particula de carbune activ dar nu umple porii) Valorile uzuale sunt in gama 074 - 080 gml
Densitatea reala sau densitatea scheletului este cea determinate numai pe materialul (carbunele) propriu-zis Pentru determinarea acesteia se utilizeaza uzual o metoda de inlocuire cu heliu (heliul intra practic in toti porii materialului) Valorile uzuale sunt in gama 21 - 22 gml
31324 Marimea particulelor
Aceasta se determina prin cernerea a 100 sau 200 g de carbune printr-un sistem de site mecanice timp de 10 minute dupa care se cantaresc retinerile pe fiecare sita in parte Carbunele activ pudra se incadreaza de obicei in domeniul 005 mm - 15 mm
31325 Friabilitatea
Capacitatea carbunelui activ de a rezista la abraziune este unul dintre parametrii cei mai importanti Procedura de determinare a friabilitatii carbunelui activ presupune determinarea granulozitatii acestora inainte si dupa testul propriu-zis care consta in concasarea succesiva a carbunelui intr-un recipient alaturi de bile de otel inoxidabil Valorile uzuale ale indicelui de friabilitate sunt 65 - 80 (practic 70 - 75) ceea ce atesta faptul ca materialul este foarte usor friabil si este necesar atentie la procedura de spalare
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATIIAPEI 59
31326 Volumul si distributia dupa marime a porilor
Volumul porilor reprezinta volumul total al porilor din particula de carbune activ granular raportat la greutate Valorile uzuale sunt de ordinul 08 - 12 mlg pentru carbune activ fabricat din carbuni minieri respectiv 22-25 mlg pentru carbune activ fabricat din lemn Volumul total al porilor poate fi determinat printr-un test de adsorbtie cu azot desfasurate astfel incat azotul condensat sa intre in totalitate in porii carbunelui
Carbunele activ confine o structura complexa de pori de forme si marimi diferite Porii au de obicei o geometrie neregulata si sunt interconectati Dimensiunile porilor sunt uzual intre 10 A si 100000 A (001 cm) Distributia dupa marime a porilor depinde de tipul de material utilizat si de metoda si de durata procesului de activare
31327 Suprafata internaSuprafata interna a materialelor poroase in general se determinS cu ecuatia BET stabilita de
Brunauer Emmett si Teller Ecuatia descrie formarea de strate multiple de gaz condensat care apar atunci cand un gaz adsorbabil (de exemplu azotul) este in contact cu materialul poros Intr-un astfel de test se utilizeaza azot la temperatura de fierbere si presiunea atmosferica (-196 degC sau 77 K)
Ecuatia BET (expresia 318) a fost derivata presupunand urmatoarelebull rata de condensare a moleculelor din primul strat este egala cu rata de evaporare a
moleculelor din zonele acoperite cu un singur strat de moleculebull caldura de adsorbtie peste primul strat este constants si egala cu caldura de lichefiere
qqm=b(PPS)(1-PPs)(1-PPS+bPPS) ( 3 1 8 )
In care Ps - presiunea de vaporizare la saturatie la temperatura utilizata in test uzual 1 atm
q - cantitatea de substanta adsorbita la presiunea P
qm - cantitatea de substanta adsorbita numai cand se constata acoperirea totala a suprafetei cu un strat monomolecular
b - constanta determinata experimental
In figura 336 se prezinta o relatie tipica intre marimea porilor si suprafata totala Suprafata cumulativa este data de insumarea suprafetelor tuturor porilor cu un diametru dat sau mai mare Se remarca faptul ca marea majoritate a suprafetei este atribuita porilor de mici dimensiuni
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI60
3133 Teste uzuale de adsorbtie
In practica se utilizeaza o serie intreaga de teste pentru a determina capacitatea de adsorbtie pentru diferite tipuri de carbune activ Printre acestea se mentioneaza
- Indicele Iod reprezinta cantitatea de iod in miligrame pe gram adsorbit de un carbune activ la echilibru cu o solutie I2-KI cu concentratia 002 N indicele iod indica suprafata totala a porilor cu diametru de 10 A sau mai mare valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 800 - 1000 mgg
Indicele Melasa reprezinta un indicator al puterii de decolorare a carbunelui activ granular in contact cu 0 solutie de melasa la fierbere indicele melasa este in stricta legatura cu suprafata totala a porilor cu diametrul mai mare de 28 A valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 200 - 300
- Indicele Albastru de Metilen reprezinta cantitatea de albastru de metilen adsorbita de 1 g de carbune activ la echilibru in contact cu o solutie cu concentratia 1 mg1 de albastru de metilen Albastrul de metilen are greutatea moleculara 320 si indica suprafata totala a porilor cu diametrul de 15 A
- Activitatea tetraclorurii de carbon tetraclorura de carbon CC14 este un compus molecular mic si poate intra in toti porii In acest test un curent de aer este saturat cu CCI4 la 0 degC si este trecut printr-un strat de carbune activ mentinut la 25 degC pana cand nu se mai detecteaza nici o schimbare in greutate Activitatea este greutatea CCI4 adsorbita pe unitatea de greutate de carbune activ exprimata procentual Valorile uzuale ale acestui indicator sunt in gama 60 -80
- Indicele butan este similar activitatii tetraclorurii de carbon valoarea acestuia este exprimata grame de butan adsorbite pe 100 ml carbune activ valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 7 - 8 g 100 ml carbune activ
- Indicele FINAD stabilit de cercetatorul C Gomella si reprezinta un produs al mai multor indici F - fenol I - iod N - indol A - antipirina D - detergent
316 Deferizarea si demanganizarea apei
Fierul (Fe) si manganul (Mn) sunt elemente care se gasesc frecvent in mediul subteran si in apa apar in concentratii pana la 10 mg1 (Fe) si 2 mg1 (Mn) Prezenta fierului si manganului in apele potabile pot genera urmatoarele probleme
bull produce gust metalic dezagreabil
bull coloreaza tesaturile si echipamentele sanitare
bull formeaza precipitate in conducte care favorizeaza dezvoltarea bacteriilor feruginoase (Chrenothrix) acestea modifica regimul hidraulic calitatea apei distribute si favorizeaza fenomenele de coroziune
3161 Echilibrul fierului si manganului in apa
Fierul si manganul sunt prezente dizolvate in solutiile apoase sub forma Fe2+si Mn2+ Concentratia in oxigen a apelor subterane care contin Fe si Mn este nula Din namolurile situate in
2+ ~
zona anaeroba din hipolimnion se elibereaza ioni de Fe2+ si Mnz+ in apele lacurilor In numeroase ape naturale se remarca prezenta Fe3+ asociata cu substantele humice Stabilitatea fierului si manganului in apa depinde de numeroase variabile
bull pH-ul apei
bull concentratia diferitelor elemente chimice
bull potentialul de oxido-reducere (Eh) al solutiei
In figura 341 se prezinta diagrama de stabilitate a formelor fierului in solutie in aceasta diagrama o curba (linie) reprezinta locul geometric pentru care concentratia celor doua substante este aceeasi De exemplu linia 1 reprezinta solutia pentru care O2 si H2O au aceeasi valoare Aria cuprinsa intre curbele 1 si 2 reprezinta aria de stabilitate a compusilor de Fe Chimia manganului este asemanatoare cu cea a Fe Astfel la pH si Eh reduse Fe si Mn sunt stabile in forme bivalente
refulare clapet de retinere vana de reglaj in cazul in care puturile sunt echipate cu pompe individuale speciale de tip submersibil
In unele cazuri putul poate fi echipat si cu pompe cu ax orizontal asezate peste nivelul apei pe o placa de beton armat In acest caz trebuie sa fie luate masuri de siguranta contra deteriorarii pompelor din cauza umezelii pentru amorsarea acestora precum si in vederea evitarii accidentarii personalului care manipuleaza aceste pompe
In instalatia hidraulica a putului se va monta intotdeauna si un debitmetru sau contor de apa (controland periodic debitul se poate vedea cum functioneaza putul) Contorul trebuie montat inainte de vana de reglaj pentru a putea fi scos din circuit prin izolarea putului respectiv fara a afecta functionarea celorlalte puturi ale captarii Totodata sunt necesare amenajari sau dispozitive pentru masurarea nivelului apei in scopul asigurarii functionarii putului cu o denivelare mai mica decat denivelarea maxima calculate sau stabilite la proba finala de receptie a putului
222 Puturi forate
Avand un domeniu de aplicatie mult mai larg (teoretic se pot face puturi forate in orice conditii) si beneficiind de o tehnica de lucru mult mai bine pusa la punct (prin preluarea din tehnica forajului pentru titei) precum si de utilaje astazi foarte perfectionate puturile forate au fost folosite la cele mai multe din captarile de apa subterana executate in tara
Puturile de mica adancime (20 - 30 m) au fost executate cu instalatii manuale procedeul uscat iar cele de adancime mai mare (in general nu s-au depasit 300 m pentru a nu capata o apa prea calda - peste 25degC) prin foraj hidraulic rotativ - procedeul direct Abia in ultimii ani s-a folosit si procedeul cu circulatie inversa folosind ca element de antrenare apa sau aerul (sistemul aer-lift)
Elementele componente ale unui put forat sunt urmatoarele
bull Cabina putului (camin din beton beton armat zidarie) care adaposteste instalatia hidraulica si uneori si instalatia electrica de forte si permite executarea de lucrari de remediere si intretinere a putului Atunci cand se gaseste total sau partial sub nivelul apei subterane se execute cu izolatie hidrofuga (figura 24)
bull Coloana definitivd este o coloana plina (burlan de foraj) de protectie a gaurii de foraj pe zona straturilor uscate sau a caror apa nu se capteaza
bull Coloana filtrantd este elemental eel mai important in functionarea putului Are rolul de a sustine peretele rocii stratului acvifer si de a lasa apa din strat sa intre in put O coloana de filtru buna trebuie deci sa indeplineasca simultan urmatoarele conditii (1) sa permite amplasarea elementului de captare a apei (2) sa aiba rezistenta mecanica suficient de mare pentru a nu se deforma la solicitarea din impingerea stratului subteran (3) sa aiba o suprafata activa libera cat mai mare (procentul de goluri notat cu n cu valori de 5 - 30 este un parametru caracteristic al coloanei) si rezistenta hidraulica mica la trecerea apei prin perete (4) sa reziste la agresivitatea apei sisau solului in care se amplaseaza pentru a nu fi distrusa sau colmatata (5) sa permite o buna deznisipare a putului atat la punerea in functiune cat si in timpul exploatarii (6) sa aiba un cost redus (7) sa se poata executa usor - pe cale industrials Ca material coloana se poate executa din otel (tub sau tabla roluita) protejat contra coroziunii fonta (tub gaurit sau foaie roluita cu slituri) sticla portelan materiale ceramice etc Cea mai utilizate este solutia cu coroana de pietris margaritar Dificultatea consta in modul de executie al acestuia In cazul in care este suficient un singur strat acesta se executa prin turnare de sus Daca materialul are granule cu marimi diferite se produce o sedimentare in aer si apa obtinandu-se un strat neuniform Pietrisul se poate introduce si prin circulatie de noroi - procedeu aplicat la noi cu rezultate bune (in noroiul care spala gaura de detritus se introduce pietrisul care este transportat in amplasament
ramanand intre peretele forajului si coloana de filtru se evita astfel sedimentarea materialului neuniform) In cazul in care sunt necesare mai multe straturi acestea se pot executa folosind numai turnarea de sus cu ajutorul unor coloane auxiliare (au fost executate puturi cu 3 straturi comportarea lor in exploatare fund foarte buna) Alegerea granulatiei se face dupa reguli cunoscute Pentru usurinta se poate aplica regula multiplicarii cu 4 a marimii medii a granulelor straturilor vecine (ca la filtrul invers) ultimul strat langa coloana de filtru avand granule mai mari decat golurile din coloana
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 10
Ventilatie
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
bull piesa de fund decantorul este o prelungire a coloanei de filtru cu o lungime de 2 - 5 m are rolul de a permite nisipului - care este antrenat de apa din strat normal sau accidental in timpul functionarii putului - sa se decanteze Periodic aceasta poate fi scos cu o lingura specials sau prin pompare
bull instalatia hidraulica este alcatuita in mod similar cu cea de la putul sapat Pentru a se asigura o colectare relativ uniforma a apei prin toata coloana de filtru este bine ca elemental de captare a apei din put (capatal liber al conductei de sifonare pompa submeribila) sa fie amplasat in jumatatea de jos a coloanei de filtru intr-o portiune a acesteia fara orificii (de cca 2 m) Uneori poate fi amplasat si la partea de sus a decantorului - atanci cand coloana de filtru a putului are o lungime mica Piesa care face trecerea de la conducta verticals la cea orizontala si care se mai numeste si casca putului este demontabila pentru a putea fi scoasa la deznisipare sau alte operatiuni de intretinere a putului
In cazul in care puturile vor fi echipate cu pompe individuale este obligatoriu ca pe conducta de refulare din put inainte de vanS sa se prevada un clapet de retinere Aceasta are rolul de a nu lasa apa din colector sa intre in put in cazul in care dintr-un motiv oarecare pompa nu mai functioneazS In orice caz dupS orice oprire pompele vor fi repornite (dupa regulile de pornire stabilite ale unei pompe centrifuge) altfel existand riscul innisipSrii si deteriorSrii putului intrucat din cauza coloanei de apa cu inSltime micS pompa tinde sa absoarba brusc un debit mare de apa (deci viteza de intrare in coloana putului poate depasi viteza admisibila)
223 Sistemul de colectare prin pompare
La debite mici si adancimi ale apei peste 20 m se folosesc pompe submersibile (pompa si motorul sunt executate monobloc si introduse in put fiind sustinute de conducta de refulare) iar
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
1
1
pentru debite mari si la adancimi sub 20 m se folosesc pompe cu ax vertical cu motorul in mediu uscat (amplasat in cabina supraterana) si pompa cufundata in apa In ultimul caz transmiterea cuplului motor se face prin intermediul unui arbore amplasat in axul conductei de refulare Linia piezometrica la sistemul de colectare cu pompe este aratata in figura 26 pentru doua situatii cu pomparea direct din put intr-un rezervor de inmagazinare respectiv cu pozarea unei statii de pompare intermediare prevazuta cu pompe cu ax orizontal Cea de-a doua varianta conduce la economii de energie
In cazul echiparii cu pompe este esential ca (1) debitul pompei sa fie eel mult egal cu debitul maxim al putului (2) pompele sa functioneze in regim constant in timp (3) dupa oprirea pompelor reporairea sa se faca manual cu respectarea regulilor generale si deschiderea vanei de refulare sa nu permita preluarea unui debit mai mare decat debitului putului
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 1
224 Captari cu dren
Drenul este un element constructiv permeabil orizontal nevizitabil (dren propriu-zis) sau vizitabil (galerie) care asezat in calea curentului subteran de apa il capteazS si conduce apa captata spre unui din capete la un put colector Prin urmare drenul indeplineste un rolul dublu
bull captarea apei din strat
bull transportul acesteia la putul colector Elementele
principale ale drenului sunt date in figura 27
Figura 27 Elementele captarii cu dren de coasta a - plan b - profil longitudinal prin dren c -
sectiune transversala tip d - detaliu de tub pentru dren
Pe o directie aproximativ perpendiculars pe directia de curgere a curentului de apa subteranS se sapa un sant de lStime convenabilS - sapSturS taluzatS in cazul in care debitul stratului este mai mic iar stratul este format din material grosier (pietris nisip mare) sau sapStura sub protectia a doi pereti de palplanse din lemn metal sau beton armat (mai rar) infipte in prealabil panS la stratul de bazS dacS stratul acvifer este puternic (bogat) iar materialul din strat confine in cantitate mare fractiuni fine SApStura se executS panS la stratul de bazS cand drenul perfect se aseazS chiar pe strat sau nu cand drenul se aseaza deasupra stratului de baza (dren imperfect) el captand numai o parte din apa stratului
Daca drenul este amplasat la baza unui strat acvifer a carei panta piezometrica in regim natural este mai mare de 001 drenul se numeste dren de coasta si se considers ca primeste apa dintr-o singurS parte iar dacS drenul este amplasat in strat acvifer cu panta piezometrica mai mica (ilt00l) drenul se numeste dren in bazin si se considers cS primeste apa din ambele pSrti
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 1
Dupa nivelarea fundului sapampturii (executatS cu panta de minim lo data in proiect) se monteazS tuburile de drenaj de obicei din beton dar pot fi si de argila arsa zidarie de piatrS azbociment bazalt etc
Daca se considers necesar se executa in prealabil un strat de beton de egalizare (de cca 10 - 20 cm) Tuburile se aseaza cap la cap (preferabila folosirea tuburilor cu talpS) fScand sau nu etansarea capetelor La circa 50 m distanta se lasa loc pentru executarea caminelor de vizitare care au radierul cu circa 50 cm mai coborat decat cota radierului tubului pentru a asigura un mic volum de depozitare a nisipului (antrenat eventual de apa) Diametrele tuburilor cresc spre putul colector schimbarea de diametre se face obligatoriu in dreptul unui cSmin intre 2 cSmine traseul drenului trebuie sa fie rectiliniu dar pe ansamblu drenul poate fi format dintr-o serie de aliniamente care se intersecteaza sub diferite unghiuri (mai mari de 90deg) Tubul de drenaj are orificii in jumStatea superioara orificiile sunt conice cu dimensiunea mai mica la exterior pentru a permite materialului granular care a intrat in orificii sa cada in dren Jumatatea de jos a drenului serveste pentru transporrul apei
In jurul tubului-dren se prevede un filtru invers din straturi de minim 10 cm grosime Straturile au marimea granulelor stabilitS ca la un filtru invers Un filtru invers este o succesiune de straturi din material granular asezate astfel incat granulele unui strat sa nu treaca prin golurile stratului urmator in sensul in care circulS apa Pentru a avea indeplinitS aceasta conditie este suficient ca raportul intre diametrele medii a doua straturi adiacente sa fie maxim 4 -5
Peste straturile filtrului invers se face umplutura din material local bine compactat daca este cazul extragand si palplansele o data cu avansarea umpluturii acestea se pot scoate si ulterior folosind insa un utilaj mai puternic si avand grijS sa nu se deterioreze stratul interior de material
La circa 50 cm deasupra nivelului stratului de apa se executa cu una sau doua pante o saltea de argila de circa 30 cm grosime Rolul sau este de a devia apele din precipitatii ce tind sa se infiltreze spre dren direct prin zona de umplutura care este mai prealabila Se continua umplutura peste saltea se compacteazS si se lasa cu bombament pentru ca la o eventualS tasare in timp sa nu ramana un sant superficial in care sa bSlteascS apa Se amenajeaza caminele cu umplutura de 50 cm peste nivelul apei de inundatie la asigurarea de 1 se executa putul colector si se echipeazS cu o stavilS de perete si un deversor triunghiular la debusarea drenului in cazul drenurilor lungi putul colector se aseaza la jumatatea frontului obtinand un dren cu doua ramuri care pot fi sau nu simetrice dupa particularitStile drenului Putul colector poate servi numai ca bazin de aspiratie pentru pompe (inaltimea stratului de apa de circa 10 - 120 peste sorb) cat si ca statie de pompare in care caz partea de deasupra se amenajeaza corespunzator
Daca apa captata contine substante care precipita usor in contact cu aerul (saruri de fier mangan) si se depun pe peretii drenului riscand sa-1 colmateze in timp atunci drenul se executa vizitabil Pentru a permite circulatia personalului de intretinere se executa si o mica pasarela in lungul drenului La drenuri ce capteazS apa potabila vor fi luate masuri de protectie sanitara
226 Tratarea apei din surse subterane
Calitatea apei subterane este influentatS de urmStorii parametri
bull nature mineralogies si geologicS a subsolului terenului in care se formeaza (sau curge)
bull calitatea apelor infiltrate de la suprafata terenului (numai pentru strate freatice)
In functie de influenta pe care apele meteorice o au asupra calitatii apei subterane straturile acvifere se clasifica in
bull strate freatice cantonate la adancimi mici sub suprafata terenului calitatea apei este influentatS direct de infiltratiile de la suprafata terenului sau exfiltratii din sisteme pozate subteran (retele canalizare fose conducte de petrol si gaze)
bull strate captive situate la adancimi de la 50 m la 150 - 200 m in subsolul terenului calitatea apei este putin (deloc) influentatS de apele infiltrate de la suprafatS
Acumularea si circulatia apei intr-un strat determina preluarea caracteristicilor rocilor stratului Se stabileste un echilibra intre caracteristicile apei si compozitia terenului in care este stocatS (sau curge) Rocile compacte cu fisuri sau caverne dau apei continut de gaz carbonic carbonati CO2 Principalele caracteristici ale apelor subterane se pot sintetiza
bull temperature - relativ constants ~ 10 -12degC
bull turbiditatea (MTS) - redusanula
bull culoare - data de materiile in solutie (acizi humici)
bull mineralizare - constants superioara apelor de suprafata
bull Fe Mn (bivalenti) - in general prezenti
bull CO2 agresiv - adesea prezent
bull O2 dizolvat - redusabsent
bull H2S - prezent in special in apele de adancime de carst
bull NH4 - prezent frecvent fara indice poluare
bull NO3 - continut ridicat pentru stratele freatice
bull Micropoluanti - in general absenti poluarile accidentale
bull Elemente vii - frecvent ferobacterii
bull Caracter eutrof-nul
Din punct de vedere al incarcarii s-a propus clasificarea surselor subterane in doua categorii
bull Surse cu incarcare redusa s-a luat in considerate existenta Fe2+ si Mn2+ in apa subterana in cantitati reduse dar care depasesc limitele impuse de Legea 4582002
bull Surse subterane incarcate in acceptiunea incdrcat se intelege depasirea continutului de Fe (pana la 50 ori) Mn (pana la 20 ori) azotati azotiti si H2S
In tabelul 21 se indica principalele caracteristici
Tabelul 21 Caracteristici principale surse subterane Denumire parametru Caracteristici apa
brutaFrecventa de depasire a prevederilor Legii 4582002 ()
Caracteristici necesare apa tratata
Tncarcare redusa
sursa incarcata
Tncarcare redusa
sursa incarcat
a
Directiva 9883EC
Legea 4582002
Fier total (mgl) 02-20 30-100 20 50 02 02Mangan (mgl) 005-05 08-10 20 50 005 005Azotati (mgl) lt50 80-120 - 80 50 50Azotiti (mgl) lt05 20 - 50 - 80 05 05Amoniu (mgl) lt05 10-20 - 50 05 05Hidrogen sulfurat (mgl) lt01 13-20 - 50 - 01
in situatia in care se utilizeaza 0 sursa subterana cu incarcare redusa potabilizarea apei se poate realiza printr-o schema indicata de figura urmatoare
Figura 28 Schema de tratare a apei din sursa subterana cu Tncarcare redusa Notatii Aerare - Bazin de contact pentru oxidare fier si mangan FRN - filtrare rapida pe strat de nisip pentru
retinere fier si mangan oxidat DZF - Dezinfectie cu clor
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
Schemele de potabilizare pentru surse incarcate sunt complexe asa cum rezulta din figura 29 Sunt necesare
bull procese de oxidare in sistemul multi - bariera (pre-oxidare si post-oxidare)
bull procese performante de oxidare sedimentare in stadiul I si II
bull procese de afinare
In astfel de situatii solutiile se stabilesc prin analiza mai multor variante de surse functie de consumatorii afectati o sursa mai departata (zeci de km) poate deveni avantajoasa vis-a-vis de costurile implicate in tratare
1
Figura 29 Schema de tratare apa din sursa subterana foarte
Incarcata INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
1
24 Captari din rauri
241 Captari Tn albie
2411 Captarea cu sorb
Se recomanda pentru captari provizorii mobile sau sezoniere Consta intr-un sorb amplasat convenabil in apa si stabilizat pentru protectie contra plutitorilor mari In figura 210 este schitata o captare fixa cu sorb
Sorbul este o confectie metalicS specials inchisa la un capat legata cu flanse la conducta de aspiratie cu celalalt capat si prevampzutS cu orificii pe suprafata laterals (cu dimensiuni suficient de mici pentru a nu intra plutitorii sau suspensiile mari) Pentru a avea viteze mici de intrare diametral sorbului este de 15 ori mai mare decat diametral conductei de aspiratie Pentru a nu aspira plutitori care sa-1 infunde sau a nu fi blocat in gheatS (hg = 03 - 04 m) si pentru ca gheata care se sparge in bucati la o viiturS de primavarS sa nu blocheze sorbul si sa-1 distrugS acesta trebuie sa fie asezat la minimum 05 m sub nivelul minim al raului la asigurarea normatS Pentru a capta aluviuni cat mai putine si de dimensiuni mai mici sorbul trebuie asezat la minimum 05 m peste fundul albiei Rezulta cS sorbul se poate prevedea in conditii normale in ape a caror adancime depSaeste 120 m (considerand ca sorbul are un diametra de minim 200 mm la un debit relativ mic)
Tot in scopul reducerii cantitatii de aluviuni antrenate sorbul se aseaza cu ajutorul unui cot in sensul de curgere al apei astfel incat apa sa intre in sorb prin intoarcere Sorbul se stabilizeaza in albie cu ajutorul unor piloti din lemn cu diametral de 0 10-12 cm batuti sub adancimea de afuiere in albie
In cazul captarilor mobile (folosite in special la irigatii) conducta de aspiratie se poate lasa aproape vertical in apa neingropata in mai cu asigurarea ca efectul dinamic al apei este atat de mic incat eforturile rezultate pot fi preluate de imbinari si conducte Sprijinirea se face prin amenajarea malului in trepte (trebuie avut grija sa nu fie depasita inaltimea de aspiratie a pompei amplasate pe mai)
2412 Captarea cu crib
Este o captare la care sorbul este protejat cu o constractie fixa stabila numita crib Cribul poate fi executat din elemente detasabile (grinzi din lemn elemente din beton armat de tip grinda) sau turnat pe loc (cu sorbul separat sau sorbul incorporat in constractie) In figura 211 se prezinta o captare cu crib
Grataral cribului se dimensioneaza la o viteza medie de trecere de 01 - 03 ms grataral se executa din bare rezistente la socul cu plutitorii iar amplasarea lor se face pe partea laterala sau aval a cribului (soc din cauza plutitorilor redus acces redus al aluviunilor din cauza intoarcerii curentului de apa aluviunile tree avand inertie mai mare)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 18
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
Apa captata prin crib poate fi aspirata de o pompa sau poate fi sifonata intr-un put colector cu rol de deznisipator si camera de aspiratie pentru pompe Vacuumul maxim pe conducta nu trebuie sa depaseasca 4-6 metri
Pentru sporirea sigurantei constructiei pot fi realizate mai multe criburi asezate in sah la 10-20 m in albie legate separat la pu|ul colector in cazul unor utilizatori importanti pot fi prevazute si criburi de rezerva Este esential ca toate criburile sa fie in stare de functionare altfel din cauza nisipului conductele de legatura si captarea se blocheaza Periodic conducta si cribul pot fi spalate prin aspirarea apei prin (n-1) criburi si refularea acesteia (sau a unei parti) prin cribul n care se spala Pentru aceasta instalatia hidraulica in putul colector trebuie gandita adecvat
Daca malul este inundabil si putul colector nu se poate departa pentru a iesi din zona inundabila vor fi luate masuri de indiguire a zonei sau de ridicare a putului la o cota cu minimum 050 m peste nivelul inundabil si aparare contra efectului dinamic al apei (accesul la put se va asigura pentru orice conditii)
A
In cazul in care nu se poate asigura adancimea pentru navigatie cu acordul beneficiarului zonei de navigatie se poate amplasa cribul mai sus luandu-se masuri corespunzatoare pentru marcarea pozitiei criburilor prin balize
242 Captari Tn mai
Captarea in mai se adopta in cazul unor debite importante cu o mare siguranta in functionare si cand situatia locala nu permite executarea de criburi
Captarea de mai are mai multe variante de constructii in functie de debitul captat si de destinatia apei captate Astfel pentru centre populate sau industrii unde debitul este totusi redus iar apa urmeaza sa suporte o tratare pentru corectarea calitatii pot fi prevazute captari cu cheson de mai Pentru debite mari de apa (mari unitati industriale centre populate mari irigatii CET-uri etc) se prevad captari in mai de tip bazin deschis
1
Figura 211 Captare cu cribLegenda 1 Put colector (cheson) 2 Crib din elemente prefabricate 3
Gratar 4 Saltea de fascine 5 Conducta de sifonare 6 Sistem de amorsare 7 Vacuum 8 Sorb 9 Conducta catre statia de pompare 10 Radier din beton armat
11 Cutitul chesonului 12 Strat depuneri
Captarea cu cheson este o constractie monolita care de obicei cuprinde si statia de pompare - echipata eel mai bine cu pompe cu ax vertical Schematic constructia unei captari de mai este prezentata in figura 212
B - B
c
Figura 212 Captare de mai cu cheson a-sectiune verticala 6-8 fo-detaliu sita c-sectiune orizontala
A - A
Legenda1 - camera de admisie si deznisipare a apei 2 - camera sitelor rotative 3 - camera cu rol de bazin de aspiratiepentru pompe 4 - camera uscata pentru pompe
INSPECTIA SANITARA SIMONITORIZAREA CALITATII APEI
Constructia este formata dintr-un cheson de dimensiuni mari asezat in malul raului astfel incat in fata ferestrelor de priza sa fie asigurat in permanent un nivel suficient de apa
Din cauza dimensiunilor si adancimii mari de fundare de obicei lansarea chesonului se face cu aer comprimat in partea de jos asigurandu-se o camera de lucru betonata ulterior Constructia este compartimentata vertical pe linii tehnologice dintre care una este intotdeauna de rezerva In interior se deosebesc patru camere (compartimente) cu urmatoarele roluri
1 Camera de admisie si deznisipare a apei (cu posibilitati de evacuare a nisipului depus)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
2
20
2 Camera sitelor rotative sitele rotative sunt formate din panouri de sita cu ochiuri relativ mici (1-3 mm) articulate si trecute peste doua tambururi - unui sus (motor) si altul jos (pasiv) apa trece prin panourile de sita sunt retinute pe sita impuritatile mari plutitorii in general si apoi panoul descarcat se ridica permanent ajungand deasupra nivelului apei in fata unui jet de spalare
3 Camera cu rol de bazin de aspiratie pentru pompele din camera 4
4 Camera uscata care adaposteste pompele treapta I (care trimit apa de la sursa la statia de tratare) In cazul in care nu se dispune de pompe cu ax vertical (care au motoarele montate pe platforma superioara) pot fi prevazute fi prevazute si pompe cu ax orizontal cu luarea unor masuri importante de pastrare uscata a camerelor
Cand sunt disponibile pompe cu ax vertical camerele 3 si 4 pot fi unificate In partea superioara a constructiei se prevad camera de comanda camera de manevra a vanelor si pompelor de epuisment camera motoarelor pompelor verticale si sala transformatoarelor (daca este cazul) Nivelul planseului se executa de obicei cu circa 07 m peste nivelul maxim al apelor raului cu asigurarea 1 In fata prizei se executa o pasarela de acces a personalului pentru curatarea gratarelor de la priza si indepartarea plutitorilor si ghetii Gratarele sunt rare cu distante intre bare de 3 - 10 cm
Admisia apei in priza se face prin doua serii de ferestre - o fereastra sub nivelul minim si o fereastra sub nivelul maxim Viteza de trecere a apei este de 02 - 03 ms iar nivelul de apa peste marginea de sus a ferestrei de minimum 050 m
La nivelurile mari in rau se lucreaza cu fereastra de sus pentru a evita antrenarea in priza a aluviunilor mari care sunt tarate de apa la partea de jos a albiei Pentru inchidere fiecare fereastra are in spate o stavila plana manevrabila de la suprafata In fata ferestrelor gratarele sunt rare din bare rotunde (teava) sau profile si se pot curata cu greble mecanice (la prizele mari) sau manual Gratarele trebuie sa fie executate cu atentie si iarna se pot inlocui cu gratare din lemn sau se pot lua masuri speciale pentru a se evita prinderea zaiului de barele metalice (bune conducatoare de caldura)
Zaiul este gheata in cristale fine care pluteste in masa de apa Pentru a evita blocarea cu gheata au fost imaginate mai multe sisteme toate fiind insa perfectabile Astfel la centralele termice sau industriale unde exista abur rezidual sau apa calda se transforms gratarul in radiator prin interiorul tevilor circuland agentul de incalzire sau se toarna apa calda inaintea gratarului astfel incat apa care trece prin gratar sa aiba 01 - 05degC In alte cazuri s-a transformat gratarul in rezistenta electrica legandu-1 la o sursa de tensiune convenabila (putere instalata de cca 10 kWhm2) consumul de energie este relativ mare iar pericolul de accidentare este ridicat S-a recurs si la imbracarea barelor gratarului in cauciuc ebonita sau mase plastice in scopul impiedicarii zaiului sa se prinda de bare In foarte multe cazuri insa se sparge gheata la priza cu unelte manuale atunci cand se constats ca nu mai intra apa suficienta operatiune foarte grea si riscanta In cazul in care apa raului contine in anumite perioade o cantitate mare de suspensii se poate aseza priza nu pe malul raului ci intr-un bazin executat pe malul raului iar apa raului parcurgandu-1 se produce deznisiparea
Foarte importante sunt forma sub care se amenajeaza intrarea apei din rau in bazin (existand riscul aparitiei depunerilor) si modul in care se reuseste sa se faca evacuarea depunerilor din bazin In literature de specialitate se citeaza si alte posibilitati de folosire a acestor bazine Uneori aceste bazine au fost executate sub forma de canale lungi cu priza la caparul eel mai departat Curatirea canalului se poate face prin dragare
Sunt situatii insa in care din motive locale debit mare si curgere gravitationala captarea poate fi mai simpla Captarea poate avea un singur compartiment pentru debite mici sau poate fi organizata pe linii pentru usurinta exploatarii Intrarea apei se face pe sub un timpan care evita socul plutitorilor cu gratarul si dirijarea acestora in aval Pentru punerea la uscat fiecare compartiment se prevede cu batardou demontabil Priza poate avea doua gratare in serie un gratar rar si un gratar des
O mare importanta o are directia de asezare a gratarului fata de directia circuitului de apa asezarea corecta este data de conditiile locale si uneori sunt necesare studii detaliate pe model in laborator Gratarul se poate aseza paralel cu curentul de apa putin oblic astfel incat apa sa atace gratarul sub unghiul eel mai favorabil sau frontal
243 Captari cu regularizarea albiei
Sunt situatii in care pe rau exista debitul de apa necesar pentru captare dar albia este atat de dezvoltata incat inaltimea apei nu permite derivarea debitului necesar In aceasta situatie este nevoie de inaltarea (cresterea) nivelului apei Una din solutii este de a ingusta albia prin lucrari artificiale de regularizare Intrucat asemenea lucrari de regularizare pot fi necesare si in alte cazuri (stabilirea albiei minore de exemplu) vor fi date cateva elemente generale urmand ca in caz de necesitate sa se apeleze la lucrari de specialitate Lucrdrile de regularizare se prevad si se executa cu respectarea urmatoarelor reguli generale
bull la ape mici curgerea sa fie cea dorita (stabila catre priza) iar la ape mari sa nu se produca inundatii in zonele vecine (sa nu se reduca din capacitatea de transport a albiei)
bull lucrarile sa se execute in etape pentru a se putea cunoaste reactiile la noile conditii si pentru a se putea cunoaste reactiile la noile conditii si pentru a se putea face corectari in etapele urmatoare
bull tipurile de lucrari sa se incadreze in peisaj
bull lucrarile sa nu stanjeasca circulatia apei pentru alte folosinte sau sa produca baltirea apei cu efecte de insalubritate
bull sa se prevada lucrari cu materialele din zona
bull sa fie folosita tendinta naturala de curgere a apei puterea si capacitatea colmatata a curentului
In figura 38 sunt schitate tipurile de lucrari mai des utilizate lucrari in albie (diguri de dirijare traverse de colmatare epiuri) si lucrari de aparare si consolidare a malurilor Elementele constructive tip sunt in general executate printr-o combinatie rationala de
bull combinatie de lemn cu piatra (casoaie suluri si saltele de fascine)
bull combinatie de piatra cu metal (gabioane)
bull anrocamente (piatra mare sparta)
bull beton beton armat sub forma de constructii masive sau elemente prefabricate
bull constructii vii formate din inierbare vegetatie mica (se ia in considerare capacitatea de transport a
albiei la ape mari)Apardrile de mai sunt lucrari de consolidare a malului raului impotriva efectului de eroziune al apei
la viteze mari Acestea pot fi lucrari foarte simple cum sunt taluzele inierbate cu unele elemente simple de fixare sau lucrari mai complicate ca taluz pavat cu elemente de beton zidarie de piatra rostuita sau nu
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
Figura 213 Lucrari de regularizare a albiei Tn zona prizeiLegends a - plan cu tipurile de lucrari b - tipuri de aparari de mai 1 - cu
casoaie 2 - cu dale din beton armat 3 - cu elemente mixte (zidarie de piatra secti Tnierbare) c - diguri epiuri executate din 1 - gabioane 2 - anrocamente
22
zidarie de sprijin din zidarie beton sau beton armat La constructive de mai trebuie tinut seama ca in afara de efectul de erodare si de afuiere a patului de sprijin actioneaza si impingerea malului
Digurile longitudinale sunt lucrari executate in albie care au rol de a dirija pe o portiune un spatiu relativ fix apa raului Se realizeaza din anrocamente cu marime suficienta pentru a nu fi antrenate de apa prefabricate de beton gabioane (piatra de rau balast inchis in casete de sarma zincata pentru a obtine o stabilitate generala mare - elemente simple ieftine si stabile atata timp cat sarma de la cos nu cedeaza sub efectul eroziunii si coroziunii) casoaie din lemn blocuri de beton legate elastic etc Capetele acestor diguri trebuie sa fie bine aparate eventual legate cu cate un epiu astfel incat curentul de apa sa nu patrunda in spatele digului Daca digurile sunt deversate vor fi luate masuri constructive contra afuieri sau spalarii patului cu efect imediat asupra stabilitatii constructiei
Epiurile sunt ca si digurile constructii permeabile rezistente la actiunea apei submersibile sau nu care dirijeaza apa raului pe un anumit spatiu si favorizeaza colmatarea treptatS a spatiului dintre ele Ca pozitie pot fi dirijate spre aval normal pe albie sau orientate spre amonte Se executa din aceleasi materiale ca si digurile Daca albia are un pat usor afuiabil inainte de executia digului propriu-zis se amenajeaza un pat elastic din saltele de fascine sau numai rulouri de fascine O atentie deosebitS se da capului epiului (partea terminals dinspre apa) care este elementul eel mai solicitat Totdeauna coada epiului trebuie bine incastrata in mai pentru a nu permite apei sa-1 ocoleasca
Traversele de colmatare sunt diguri scurte executate din umplutura de material local protejata cu anrocamente mari pe albia minora ce trebuie pSrSaitS sau pe bratele auxiliare care trebuie sa fie colmatate L ape mari spatiul dintre traverse se umple cu aluviuni si in timp traseul vechi al albiei minore dispare
Toate constructiile enumerate anterior si altele asemSnStoare imaginate de specialisti trebuie sa fie verificate si la efecte (in perioada de primavara nu trebuie sa se permita formarea de zSpoare -blocuri de gheata spartS aglomerata care favorizeaza inundatiile) Pe zonele de rau regularizate tipurile de constructii pentru captarea apei sunt similare cu cele pentru albia neregularizatS dar cu adancime suficientS a apei De altfel totdeauna cand se executa constructii legate de apa vor fi luate si masuri de stabilizare a albiei in zona afectata
244 Captari cu baraj de derivatie
In cazul in care pe rau nu se poate asigura nivelul minim necesar pentru captarea apei iar regularizarea albie nu este posibila sau rationala se recurge la executarea unei constructii pentru ridicarea artificials a acestuia dacS debitul captat este important iar fenomenele de iarnS nu pun probleme deosebite
Pentru a nu crea prejudicii pentru alti beneficiari constructia numita stdvilar sau baraj de derivatie trebuie sa asigure concomitent urmStoarele conditii
bull sa fie stabilS la actiunea dinamicS a apei
bull sa permita evacuarea debitelor mari fSrS a provoca inundatii sau deteriorarea altor constructii
bull sa permits evacuarea gheturilor de primSvarS
bull sa asigure navigatia plutaritul circulatia pestilor sau alte folosinte etc Forma
captSrii depinde de
bull marimea debitului captat raportul debit captat debit rau
bull variatia debitului raului si aluviunilor transportate
bull posibilitStile de executie
bull amplasamentul efectiv al prizei (natura albiei adancimea stratului impermeabil inSltimea malurilor etc)
In continuare sunt date cateva exemple de constructii caracteristice pentru asemenea prize
Captarea pentru debit mare realizabilS pe un rau mare pentru localitSti industrii irigatii energie etc Are alcStuirea generals din figura 214
Intre douS culei (o culee este o constractie de legSturS intre constructia dintre albie si mai) se executS elementul de barare a albiei adicS de ridicare a nivelului apei la cota minimS necesarS Aceasta poate fi un prag - baraj deversor dacS lungimea disponibilS si cota malului permit
evacuarea debitelor mari de rau sau baraj cu stavile mobile (stavilar) care se pot ridica sau culca (intr-un locas special prevazut) in radier lasand libera sectiunea pentru evacuarea apelor mari Sunt si cazuri in care din cauza deschiderii mari a albiei s-a adoptat o solutie mixta partial cu stavile partial cu baraj deversor sau uneori si cu baraj nedeversant
Pe malul opus captarii se executa daca este cazul ecluza pentru navigatie sau plutarit cu dimensiunile cerate de beneficiar si aproape totdeauna o scara de pesti pentru a asigura circulatia libera a pestilor intre cele doua biefuri (un bief este zona de rau aflata amonte sau aval de constructia considerate) Pe acelasi mai cu priza se gasesc doua deschideri de spalare prevazute cu vane plane care stau totdeauna partial deschise astfel incat debitul de apa care nu se capteaza sa nu deverseze peste baraj ci sa treaca pe sub aceste stavile
Se reaminteste ca in nici un caz nu este permisa captarea integrals a debitului raului in sectiunea respectiva o parte a debitului raului trebuie sa treaca in aval pentru mentinerea intr-o stare salubra a zonei (altfel devine depozit de gunoaie pe timp de ape scazute) asigurarea apei pentru vietuitoare si vegetatie Debitul ramas in albie este numit debit de servitute (Qs) Spalarea este necesara intracat prin ridicarea locala a nivelului apei s-a realizat in amonte o reducere locala a pantei energetice a curentului de apa Aceasta reducere conduce la micsorarea capacitatii de transport deci micul lac ce se creeaza in spatele barajului se umple repede cu aluviuni Umplerea se face si in dreptul gratarului fiind periclitata adancimea de intrare minima altfel spus se realizeaza ridicarea locala a fundului albiei Lasand libera circulatia apei langa gratar se produce continuu o spalare a depunerilor din cauza vitezei mari realizate sub stavilele de spalare
in unele cazuri prima pila a barajului a fost prelungita cu un pinten formand un fel de canal in fata prizei Apa circuland cu o viteza comparabila cu cea existenta in rau inainte de barare evita producerea de depuneri in fata prizei
Atat in dreptul stavilelor de spalare cat si al barajului deversor in aval se executa un disipator de energie al carui rol este de a reduce viteza apei la o limita care sa nu produca eroziuni spalari in aval de constractie spalari care ar putea periclita stabilitatea acesteia
Priza este o deschidere in culee protejata cu un gratar contra plutitorilor Pentru a evita antrenarea aluviunilor mari in priza aceasta se prevede cu un rag (grataral se aseaza deasupra fundului albiei la 05 - 10 m) Pentru a nu favoriza blocarea gratarului cu plutitori viteza de trecere este redusa 01 - 05 ms din care cauza priza are o forma de palnie Intrarea poate fi inchisa cu stavile Daca deschiderea totala este mare ea se poate reduce cu ajutorul unor pile intermediare Lungimea unei stavile nu va depasi 250 m altfel dispozitivele de ridicare a stavilelor devin greoaie In pile inaintea nisei stavilei se lasa profile U inglobate in beton cu deschiderea spre apa pentru a se putea lansa batardoul (umplutura din elemente grinzi de lemn sau metal) in scopul punerii la uscat a incintei pentru eventuale reparatii Deoarece dupa gratar viteza apei scade mult se produc depuneri care pot afecta circulatia pe canalul de legatura Spalarea lor se poate face cu o golire secundara - de spalare (vezi figura 214) Daca se inchide plecarea spre beneficiar (stavila V2) si se deschide stavila V3 se poate asigura o circulatie fortata cu 0 viteza cu 0 viteza mare (diferenta de nivel amonte-aval este mare) Daca debitul pe rau este suficient iar gratarele au o suprafata mai mare decat cea strict necesara se poate merge cu vana V3 partial deschisa - spalarea facandu-se continuu Pentru evitarea antrenarii plutitorilor mari si a ghetii in sloiuri la gratar se amenajeaza un perete de lemn scufundat partial (05 m) sau o linie de busteni legati articulat (care plutesc) Fenomenele de iarna sunt cele mai dificile la aceste prize
Captarea tiroleza este 0 captare cu gratar pe creasta (figura 215a) care se adopta in cazul in care debitul raului la ape mici este redus si nu poate asigura spalarea zonei din fata prizei iar debitul captat fiind mic captarea in mai se face greu (la aceasta constractie de captare se executa si o priza de iarna in cazul in care grataral ingheata) Captarea se aplica in zone de munte la rauri cu caracter torential pentru debite nu prea mari (sub lm3s) In unele situatii masivul de beton nu se vede din albie fiind alcatuit dintr-un prag de fund - cu gratar la nivelul fundului apei (grataral este inclinat aval pentru a evita blocarea cu aluviuni mari)
Captarea sub albie se adopta in situatia unor localitati de munte pentru care singura sansa de apa o constituie raul sau paraul care izvoraste de la cote inalte al carui debit scade foarte mult in perioadele de iarna si vara si in cazul care fenomenele de inghet dureaza timp indelungat In aceasta situatie 0 captare in albia raului va fi serios stanjenita iar exploatarea va pune probleme deosebite Pentru evitarea unora din aceste probleme au fost imaginate si executate captari sub fundul albiei intr-o zona in care albia este bine dezvoltata si are un pat de 2-3 m de aluviuni Constructia transversals dreneaza apa la unui din capetele sale unde pe malul raului dintr-un put este prelevata si transportata Aceasta captare se deosebeste insa de captarea subterana a apei infiltrate prin mai sau sub fundul albiei (cu drenuri radicale) deoarece apa captata are tot caracteristicile unei ape de suprafata dramul parcurs prin patul aluvionar fiind foarte scurt o asemenea apa are o turbiditate mai mica decat apa captata direct din rau
Schema unei captari sub albie numita uneori si caucaziana este data in figura 215b iar schema unei captari proiectata pentru extinderea provizorie a alimentarii cu apa a unei localitati din tara - la un debit de 10 dm3s in figura 215C
Din figura se observa ca in patul aluvionar al raului se executa o constractie permeabila care dreneaza apa ce se scurge prin subteran sau care se infiltreaza direct asupra constractiei In fata acestei constructii si deasupra ei se executa un blocaj din anrocamente care sa permita accesul mai bun al apei si totodata sa stabilizeze constructia contra efectului dinamic la ape mari (captarea lucreaza ca un prag de fund stabilizator)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 25
Captarea este relativ simpla usor de executat si cu rezultate bune in exploatare Trebuie insa data o atentie deosebita posibilei colmatari a zonei de acces la elementul drenant din cauza apei ce confine fibre de dimensiuni mici (celuloza si hartie) material ce se colmateaza etc
26 Captari din lacuri
Tara noastra nu dispune de lacuri naturale de volume importante care sa poata folosi drept sursa de apa Din aceasta cauza captarile vor fi analizate din punct de vedere al prelevarii apei din lacurile artificiale
In etapa actuala in tara noastra executarea de captari cu debite importante din majoritatea raurilor interioare nu se pot face fara o regularizare a debitului deoarece desi regimul precipitatiilor este relativ uniform (200-2000 mman) distributia in timp este foarte neuniforma Aceasta face ca in perioadele de primavara si toamna debitele sa fie foarte mari iar in perioada de vara si mai ales iarna debitele sa scada la valori extrem de mici cu totul insuficiente pentru alimentarea folosintelor Regularizarea debitelor se face prin lacuri de acumulare special create (bazine uriase cu volume de zeci de milioane-miliarde de metri cubi) care acumuleaza apa din rau in perioadele de viitura si permit folosirea acesteia la debitele dorite
Este insa evident ca un asemenea lac nu se poate crea decat printr-o constructie specials de blocare a albiei numita baraj constructie care prin amploare si efort de investitie pune probleme deosebite Din aceasta cauza executarea unor asemenea lucrari se face prin cooperare cu alti beneficiari lacul urmand sa aiba o folosinta complexa dupa cum urmeaza
bull va reduce viiturile si va permite protej area localitatilor si scoaterea unor suprafete de sub efectul inundatilor redandu-le circuitului agricol
bull volumul de apa acumulat confine o cantitate mare de energie hidraulica energie care poate fi transformata in cadrul centralelor hidroelectrice in energie electrica si data in circuitul energetic al tarii
bull o parte din volumul de apa acumulat poate fi preluat pentru irigarea unor importante suprafete de teren
bull parte din lac poate fi amenajat ca zona de agrement dezvoltand zona din punct de vedere turistic
bull se poate imbunatati regimul de curgere in aval cu efect si asupra calitatii apei
Din punct de vedere al alimentarii cu apa lacul are eel putin in prima perioada un efect favorabil apa prelevata fiind in general mai limpede si mai constants sub raport calitativ Aceasta presupune insa preluarea apei direct din lac (varianta I din figura 216) lucru care poate dezavantaja pe alti beneficiari (cei care se ocupa de producerea energiei de exemplu)
Pe de alta parte apa stationand mult timp in lac isi modifica calitatea iar prin descompunerea depunerilor si dezvoltarea unor microorganisme specifice apa poate sa capete gust neplacut (gustul este diferit de eel al apei de rau care este apa curgatoare) De aceea uneori apa este acumulata dar nu este captata din lac ci uzinata si lasata sa curga pe vechea albie pentru a se aera (varianta Il-a din figura 216) Solutia este
Figura 215 Captari speciale a - captare tiroleza b - captare cu galerie transversala pe fundul albiei c -
dren sub fundul albiei
favorabila in cazul in care utilizatorul de apa se afla la distanta mare Daca centrala functioneaza continuu atunci captarea se poate face in curent liber daca insa centrala (UHE) functioneaza in regim de varf (cum de obicei functioneaza asemenea centrale cateva ore in cursul zilei) atunci avalul inainte de priza trebuie prevazut un lac de compensare zilnica a debitelor lac care sa retina apa uzinata in regim neuniform si sa permita captarea unui debit relativ constant Cele doua variante aratate schematic in figura 216 trebuie comparate ca avantaje si dezavantaje
Priza de apa poate fi realizata in corpul barajului in aval de baraj sau in lac Elementele care conduc la stabilirea solutiei sunt
bull pozitia utilizatorului de apa fata de lac captare din lac daca acesta este amplasat amonte si departe de baraj in baraj sau aval pentru un consumator aval sau din alt bazin hidrografic
bull marimea lacului variatia nivelului apei in lac
bull existenta unei salbe de lacuri pe raul respectiv
bull utilizarea rationala complexa a apei acumulate (de regula la stabilirea amplasamentului lacului se statueaza si modul de folosire al apei)
bull tipul de baraj si simultaneitatea executiei barajului cu priza pentru folosinte de apa in general dupa executarea barajului priza poate fi numai in aval sau in lac
bull conditiile reale de teren trebuie tinut seama ca baraj ele cu lacuri mari de acumulare sunt situate in zona de deal - munte
bull conditiile rationale de tratare a apei obtinute din lac
261 Priza tn aval de baraj
Se poate executa oricand inainte si dupa executia barajului in forme si la debite adecvate Sunt posibile urmatoarele tipuri de captari
bull captari in curent liber de forma celor descrise anterior pe raul pe care debitul regularizat prin lac are valori mult mai mari
bull captari in baraj sau in lac in cazul in care lacul are ca principals folosinta alimentarea cu apa sau cand barajul este realizat pentru un lac de compensare a debitelor rezultate de la functionarea unor centrale hidroelectrice din amonte
bull captari in lac in cazul in care lacul compenseaza folosinta energetica iar beneficiarul este departe de baraj in amonte
262 Prize Tn corpul barajului
Sunt gandite si executate odata cu barajul astfel incat sa nu pericliteze siguranta in functionare a acestuia dar sa poata preleva apa de calitatea cea mai buna existenta la un moment dat in lac
In cele ce urmeaza sunt date exemple de captari de apa executate in baraj Daca barajul este din beton priza este de regula comuna cu barajul (figura 217)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 27
apa curgatoare Barajul care realizeaza lacul de compensare este din materiale locale cu un sistem de stavile pentru spalarea depunerilor de viitura (figura 219)
In figura 220 este schitata captarea dintr-un lac al carui baraj este executat din materiale locale cu miez de etansare din argila Captarea se executa total izolat de baraj (in malul natural sau in lac figura 221 - pentru a nu-i produce dificultati barajului prin exfiltrarea apei pe langa sistemul de transport al apei) si pentru ca priza sa nu aiba dificultati la tasari neuniforme ale barajului Apa captata din priza turn de la cote diferite functie de calitatea acesteia este evacuata prin conducte sau galerii amplasate in malul natural
Acest tip de captare poate fi aplicata si in alta pozitie in cuprinsul lacului pentru beneficiari riverani - amonte de baraj
Cand principala folosinta a lacului este de combatere a undei de viitura captarea poate avea o forma speciala (figura 222) Captarea este amplasata la o cota deasupra rezervei destinata acumularii depunerilor din lac si trebuie sa evite blocarea cu corpuri mari ce pot cadea prin apa intrucat nu este accesibila decat la ape mici - lac gol sau lac golit
263 Captari in lac
Se utilizeaza atunci cand in amplasament nivelul apei este asigurat intotdeauna deasupra unor valori limita Se pot practica o captare de tip turn (figura 221) cand debitul captat este important iar nivelul lacului relativ constant o captare plutitoare cand alimentarea cu apa este sezoniera sau conditiile de iarna nu sunt severe o captare de fund cand lacul este de adancime mare si cu un volum de apa important (figura 223a)
Captarea de fund este formata dintr-un sorb (pot fi prevazute mai multe asemenea constructii separate) asezat pe o confectie metalica stabila de tip tetrapod Se amplaseaza deasupra nivelului (apreciat) de colmatare si sub nivelul minim al apei din lac (acoperire mai mare pentru a o feri de plutitori) Zona captarii va fi balizata pentru a fi ferita de accesul plutitorilor si a putea fi usor reperata pentru control se marcheaza si zona de protectie daca este cazul Conducta de legatura (suficient de elastica daca are lungime mare) se lanseaza prin plutire si poate permite ridicarea prizei in caz de nevoie Captarea va fi amplasata la o asemenea adancime incat sa nu fie deplasata de valuri si totodata nu intr-o zona in care valurile pot pune in miscare depunerile de pe fund si deteriora calitatea apei Captarea este tipica pentru prelevarea apei din lacurile naturale (figura 223b)
Existenta lacurilor de acumulare ridicS probleme importante sub trei aspecte generale aspecte care pot influenta calitatea apei captate siguranta in functionare a prizei sau si a zonelor vecine
bull pentru lacurile mici problema cea mai importanta este legata de colmatarea cu aluviuni lipsa masurilor de protejare amenajare si stabilizare a solului in bazinul hidrografic conduce la antrenarea unei mari cantitati de sol (mai ales fertil) care blocheaza in scurt timp volumul lacului
bull pentru lacurile cu volum mediu (milioane de m3) problema cea mai importanta este eutrofizarea apei lacului
bull pentru lacurile mari (sute de milioane m3) problema importanta este imbdtrdnirea lacului (o eutrofizare lenta avand ca punct final obtinerea unei ape de calitate total deosebitS de aceea a raului din care pro vine)
Eutrofizarea lacurilor este o problema acuta a multor lacuri din zone de ses si colinare Cauza principals este aportul de substante fertilizante (fosfor carbon azot) Fosforul (adus in apa in special din apele uzate orSaenesti - neepurate adecvat) in cantitSti mici favorizeaza randamentul de functionare a fitoplanctonului care la randul lui favorizeazS fixarea azotului cu ajutorul bacteriilor Dezvoltarea fitoplanctonului favorizeazS dezvoltarea zooplanctonului si deci a populatiei de pesti
DacS fluxul energetic si aportul de substante este moderat atunci ciclul se incheie devine stabil si lacul isi pSatreaza calitatea de lac oligotrof (figura 224a) In cazul in care cantitatea de fosfor creste creste volumul de fitoplancton deoarece nu exista suficient azot si lantul se rupe Zooplanctonul si pesti mor substantia organicS creste bacteriile consumS oxigenul si lacul devine eutrof acoperindu-se cu vegetatie (care are rSdacinile in malul situat pe fundul lacului si frunzele la suprafata realizand fotosinteza figura 224b) Consumarea oxigenului de cStre substantele in descompunere si capacitatea redusa de aerare fac ca apa lacului sa aibS de regulS un continut mai redus de oxigen
Daca se reduce cantitatea de nutrient (in special fosforul) dupa un timp calitatea apei se imbunatateste neajungand insa la calitatea initials (se considers ca un continut Tn fosfor de 10-20 mgl este acceptabil)
Imbdtrdnirea lacurilor este fenomenul de modificare continuS a calitatii apei lacului ca urmare a noului echilibru ce se realizeazS intre aportul de substante si circulatia apei Apa care ajunge in lac este o apa cu continut ridicat de substante minerale si organice Acestea se depun se descompun intra in reactie formand substante noi cu continut de Fe N S C (H2S CH4) substante care modifies chimismul apei Pe baza aportului de substante si sub influenta luminii creste productia de masa organica (schema lacului oligotrof) Apare un fenomen nou de circulatie a apei in lac vara apa de la suprafata este calda deci mai usoarS toamna insa apa se rSceste devine mai rece decat apa de la fundul lacului (are cca 4degC sub 15 - 20 m temperature ramane relativ constants) deci devine mai grea (densitatea creste la scaderea temperaturii) si coboarS inlocuind apa mai calda de adancime apa care se ridicS (depunerile mai pot fi agitate si de valurile de la suprafata)
Pozitia captarii in lacurile adanci trebuie sa fie totdeauna in zona medie cu temperature relativ constants (6 - 12degC) si unde nu se simte direct influenta descompunerilor ce se produc la fundul lacului (sau tulbureala datS de depunerile rSacolite)
28 Procese de pre-tratare aplicarea de algicide
Algele sau cianobacteriile (algele verzi-albastre) din lacurile si acumularile de stocare pot crea probleme de gust si miros precum si aparitia unor substante ce provoaca imbolnaviri (toxine) Pentru controlul dezvoltarii algelor sau cianobacteriilor se pot folosi compusi care distrug algele (algicidele) Daca are loc un eveniment legat de utilizarea algicidelor (calitatea apei este afectata de utilizarea unui algicid) pot avea loc urmatoarele
bull daca se utilizeaza algicide in exces substanta chimica poate provoca imbolnaviri
bull daca volumul de alge sau cianobacterii este prea mare si nu poate fi controlat de algicid toxinele din alge cianobacterii pot provoca imbolnaviri
bull daca se utilizeaza ca algicid paiele de orz substantele din paie pot reactiona cu dezinfectantele si forma subproduse ce provoaca imbolnaviri
Aplicarea de algicide in sursa de apa poate prezenta riscuri pentru sanatatea si siguranta muncii operatorilor Acestea sunt recunoscute dar nu vor fi discutate deoarece astfel de riscuri fac obiectul legislatiei muncii si protectiei muncii Algele sau cianobacteriile din sursa de apa pot interfera cu functionarea statiei de tratare Un bun control al cresterii lor face sa se diminueze necesitatea pre-oxidarii Se reduce de asemenea cantitatea de dezinfectant ce se pierde in reactia cu algele sau cu substantele pe care acestea le elimina in apa
31 Alcatuirea statiilor de tratare a apei
Rolul statiei de tratare este de a corecta calitatea apei brute pana la atingerea cerintelor utilizatorului Exista o multitudine de procese de tratare care se utilizeaza in practica insa schema generala a unei statii de tratare (figura 31) cuprinde
bull trepte multiple de oxidare (pre-oxidare post-oxidare) cu scopul de a oxida compusi chimici dar si de a realiza bariere succesive in calea micro-organismelor
bull procese de limpezire a apei care constau in
o coagulare-floculare cu reactivi chimici in camere de reactie special amenajate
o decantarea apei pentru retinerea suspensiilor coagulate
o filtrarea pe strat de nisip pentru finalizarea procesului de limpezire
bull afinarea apei constituita din oxidare cu ozon urmata de adsorbtie pe carbune activ granular cu scopul indepartarii anumitor compusi chimici toxici
bull dezinfectia apei pentru indepartarea totala a virusurilor bacteriilor si altor micro-organisme din apa treapta obligatorie in Romania conform Legii privind Calitatea Apei Potabile nr 4582002
3
Pentru eliminarea duritatii se pot adopta scheme cu schimbatori de ioni sau cu reactivi chimici (var si soda) in functie de tipul duritatii (temporara sau permanenta)
Orice statie de tratare este deservita de anumite facilitati pentru intretinerea proprie Printre acestea se mentioneaza
bull statia de reactivi chimici cu rolul de a stoca prepara si doza reactivii necesari procesului de tratare (coagulanti floculanti agenti dezinfectanti corectie pH etc)
bull sisteme de spalare filtre rapide constituite din statii de pompe si de suflante
bull laborator pentru a determina corectitudinea procesului de tratare dar si calitatea apei produse
bull alte facilitati printre care se mentioneaza sisteme de recuperare a apei de la spalare filtre si a namolului din decantoare
311 Exemple de statii de tratare
O schema de tratare cu filtrare directa este prezentata in figura 32 Uzina de apa a orasului Los Angeles - SUA (Los Angeles Aqueduct Filtration Plant) are o capacitate instalata de 185 m3s filiera tratare fiind prezentata in cele ce urmeaza
bull pre-oxidare cu ozon 4 generatoare care produc 3780 kg CVzi (doza medie ozon 15 mgdm3) 4 bazine de contact (timp de contact minim 49 min)
bull coagulare (amestec rapid) 8 camere de reactie echipate cu agitatoare dinamice timp minim de amestec 086 s pentru doua camere inseriate Reactivi utilizati clorura ferica sulfat de aluminiu polimeri anionici si neionici soda caustica clor
bull floculare 36 camere de reactie lenta timp minim de reactie lenta 8 min pentru 3 bazine inseriate
bull filtrare 24 unitati (aria unei unitati A=160 m2) strat de antracit cu inaltimea de 24 m viteza de filtrare 175 mh care asigura un timp de contact de 10 minute
bull dezinfectie finala cu clor (doza maxima clor 56 mgdm3)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 3
Un alt exemplu de schema de tratare care nu cuprinde treapta de decantare este uzina de apa Ivry (Franta) modernizata in 1987 (debit instalat Q = 300000 m3zi) Dupa modernizare uzina cuprinde urmatoarele procese (figura 33)
bull pre-oxidare cu ozon doza uzuala 10 mg CVdm3
bull coagulare (amestec rapid) cu clorura ferica (5 - 10 mgdm3) si polimer anionic (0025 -005 mgdm3)
bull pre-filtrare faza I - (coagulare pe masa de contact) 18 unitati de 815 m2 strat biolit 10 m viteza de filtrare maxima 10 mh
bull floculare cu clorura ferica (2-6 mg Fe3+dm3) si polimer (005 - 10 mgdm3)
bull pre-filtrare faza II - nisip 22 unitati de 81 m viteza de filtrare 9 mh
bull filtrare lenta 30 cuve (23000 m2) viteza maxima de filtrare 13 mzi inaltime strat 07 m
bull post-ozonare timp de contact 4 minute doza uzuala 04 - 06 mg CVdm3
bull filtrare pe CAG inaltime strat 10 m viteza de filtrare 10 mh
bull dezinfectare finala cu hipoclorit de sodiu
In figura 34 este prezentata o schema tehnologica a unei uzine de apa aplicata in cateva mari uzine de tratare (Qgt2000 m3h) ce preiau apa bruta direct din fluviul Ruhr Schema asigura o eliminare optima a microorganismelor Concentratia de Cryptosporidium in apa raului Ruhr variaza de la 0 la 5 unit(100 dm3) iar concentratia chisturilor Giardia de la 8 la 250 unitdm3 Nu au fost detectate aceste organisme in treptele premergatoare dezinfectarii Se remarca prezenta treptelor de filtrare incepand cu filtrarea mecanica pe microsite in capatul amonte al filierei de tratare si continuand cu un pachet de trei trepte de filtrare (dublu strat carbune activ granular si filtre lente) care asigura o eficienta foarte mare din punct de vedere microbiologic
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 3
Figura 34 Filiera tehnologica uzina de apa Mulheim an der Ruhr
(Germania)
Un exemplu de schema tehnologica combinata (Q=32 m3s) este prezentata in figura 35 Apa bruta (fluviul Elba) este puternic incarcata in poluanti Filtrarea primara (bazine de infiltratie) reduce de cateva ori incarcarea microbiologica iar in cazul folosirii treptelor de floculare sedimentare si filtrare reducerea incarcarii microbiologice este de circa 9999
Prin curgerea in stratul subteran se obtine o apa ce se incadreaza in normele privind calitatea apei potabile Dezinfectia finala este aplicata pentru a preveni cresterea masei bacteriene in sistemele de distributie Uzina este prevazuta a fi modernizata cu treapta de oxidare cu ozon si filtre multistrat
In Elvetia sunt intalnite in principal scheme complexe de tratare avand la baza procese biologice (figura 36) Treptele de tratare clasice (pre-oxidare cu ozon coagulare-floculare filtrare rapida) sunt urmate de corectia pH-ului si postozonare in fmalul filierei de tratare se prevad reactoare biologice inseriate (filtre CAG activate biologic urmate de filtre lente) Se urmareste in principal reducerea indicatorilor biologici si bacteriologici prin reducerea concentratiilor de carbon organic asimilabil (AOC lt 10 ug Cdm ) Se remarca absenta dezinfectarii finale Se obtine o apa biostabila introducerea acesteia intr-o retea de distributie nu necesita prezenta unui dezinfectant rezidual Se asigura in acest mod o siguranta ridicata la consumator in ceea ce priveste potentialul de formare al trihalometanilor
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 3
33 Procese de oxidare
Procesele de oxidare pot fi intalnite in toate statiile de tratare in doua sectiuni caracteristice ale schemei
bull pre-oxidare in capatul amonte al filierei pentru oxidarea substantei organice plancton inactivare microorganisme obiectul principal este asigurarea functionarii optime a proceselor de tratare si evitarea contaminarii acesteia
bull post-oxidarea amplasat dupa procesele de tratare conventionale (decantare si filtrare rapida pe strat de nisip) urmareste oxidarea totala a micro poluantilor reducerea materiilor organice naturale si inactivarea totala in ape limpezi a compusilor biologici si bacteriologici
331 Pre-oxidare
In mod obisnuit se utilizeaza urmatorii agenti oxidanti clor ozon dioxid de clor 3311 Clorul(Ch)
Clorul se utilizeaza in mod uzual cu doze cuprinse in domeniul 1 - 3 mgl cu timp de contact minim Tc=30 minute in anumite situatii (inflorire algala sau poluare accidentala) dozele pot fi mai mari dar se urmareste evitarea formarii sub-produsilor organo-clorurati (de exemplu trihalometani THM) prin efectuarea de incercari pe apa sursei pentru a se stabili potentialul de formare
Clorul este adoptat frecvent datorita costurilor reduse implicate Reactia clorului trebuie urmarita cu atentie luand in consideratie agentii reducatori (H2S Mn2+ Fe3+) si materiile organice naturale in diagrama din figura 37 se poate urmari procesul de reactie al clorului in apa (clorare la breakpoint) Punctul critic se atinge daca raportul masic intre clor si amoniac variaza intre 81 -101 (teoretic 761)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 40
3312 Ozonul(03)
Ozonul este un gaz violet instabil care degaja un miros iritant caracteristic
Se produce prin descarcari electrice la diferente de potential ridicate intre doi electrozi intre care curge aer sau oxigen pur Eficienta productiei depinde de diferenta de potential frecventa caracteristicile materialului dielectric si spatiul care separa dielectricele Progresele tehnologice din ultimii 20-30 ani au condus la reducerea consumului de energie la 10 - 12 kWh 1 kg O3
Dozele uzuale de ozon sunt in gama 1 - 3 mgCVdm3 iar timpul de contact uzual este Tc=10 minute Se tinde spre adoptarea solutiei cu doua reactoare in serie ca in figura 38 Adancimea apei in reactoare poate atinge 6-75 m
Conceptual reactoarele de ozon functioneaza pe baza interceptarii curentului de apa descendent de catre voalul de bule mici de ozon in miscare ascendents
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
0
4
3313 Dioxidul de clor (CIO2)
Se poate obtine din clorit de sodiu si clor conform reactiei
2NaC102 + Cl2rarr2C102 + 2NaCl (31)
Stoechiometric 1 g dioxid de clor se obtine din 134 g clorita de sodiu si 05 g de clor
Este instabil si exploziv la temperaturi T gt (-40degC) Se produce imediat inainte de injectia in apa La 20degC si presiune partiala de 53 kPa solubilitatea este 4 gdm3
Avantajele utilizarii CIO2 sunt
bull nu formeaza sub-produsi de tip trihalometani (THM)
bull are putere oxidanta mai buna oxideaza fenoli si este foarte eficace la pH peste 85
Dozele utilizate frecvent 01 - 05 mgl timpul de contact fiind Tc = 10 min Se mentioneaza ca pentru doze mai mare de 05 mgl exista riscul formarii de sub-produsi de tip clorati
Reactoarele de pre-oxidare utilizeaza agitatoare mecanice (rezistente la coroziune) care asigura amestecul mecanic cu randamente ridicate intre apa de tratat si solutia de CIO2
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 4
332 Post-oxidare
In filierele de tratare se dezvolta din ce in ce mai mult conceptul de post-oxidare cu ozon pe apa limpezita dupa filtrele rapide de nisip pentru ca eficienta transferului creste se reduc dozele de ozon si oxidarea micro-poluantilor devine mai eficienta
incadrarea procesului de post-oxidare in schema statiei de tratare se realizeaza totdeauna ca infigura 310 n
Dozele de 03 in post-oxidare nu depasesc 2 mgl Principiile reactoarelor de ozon sunt identice cu cele utilizate in pre-oxidare
Post-oxidarea cu ozon combinata cu adsorbtia pe CAG este procesul (denumit afinare) capabil sa asigure
- eliminare totala compusi biologici microbiologici si micropoluanti
- reducere materiilor organice naturale astfel incat TOC lt 25 g Cl
- eliminare pesticide
333 Alegerea oxidantului
Alegerea oxidantului se bazeaza pe analiza calitatii apei caracterizarea marimii poluarii care poate apare (continut materii organice naturale carbon organic total numar de microorganisme perioade duraf deg ce aparitie)
Alegerea agentului oxidant are la baza costuri si implicatii in filiera tehnologica
Tabelul 35 Caracteristici principale Tn alegerea oxidantilor Nr crt
Oxidant Avantaje Dezavantaje
1 Clor-Cl2 - costuri reduse- cunoastere operare- este remanent (rezidual) in reteaua de
distributie
formeaza THM - necesita timpi de contact mari
2 Dioxid de clor - C102 - capacitate de oxidare mai ridicata in raport cu Cl2
- nu formeaza THM- este remanent (rezidual) in reteaua de
distributie
- necesita preparare si dozare instantanee- la doze prea mari poate forma cloraticosturi mai mari in raport cu Cl2
3 Ozon - 03 - cea mai mare capacitate de oxidare- nu formeaza THM
- necesita preparare si dozare instantaneeconsumuri energetice mari- poate forma subprodusi de tip bromaji sau
aldehide- nu este remanent (rezidual) in reteaua de
distributie
4
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 4
Figura 311 Fortele
ce actioneaza asupra
particulelor aflate Tn
apa
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
3511 Deznisipatoare
Sunt destinate sa retina particulele de tip nisip pentru protectia utilajelor din schema statiei de tratare Schema unui deznisipator orizontal este data in figura 313
Figura 313 Deznisipator orizontal longitudinal
1 Gratar 2 Bare de linistire 3 Nisa pentru reparatii Tn caz de avarie 4 Stavilar de intrare 5 Vane de golire 6 Stavilarde iesire 7 Galerie de golire
In zona de intrare a apei in deznisipator se monteaza un gratar rar pentru impiedicarea accesului corpurilor mari in interiorul bazinului Pentru linistirea curentului se monteaza bare verticale de linistire Peretii laterali ai deznisipatorului se executa cu evazare catre exterior pentru a permite preluarea impingerilor survenite din podul de gheata care se formeaza pe timp de iarna la suprafata bazinului Panta radierului bazinului trebuie sa permita evacuarea depunerilor in zona din aval a bazinului Evacuarea depunerilor se poate realiza cu mai multe sisteme
bull prin hidro-mecanizare cu scoaterea din functiune a unui compartiment
bull prin golirea totala a compartimentului (numai pentru debite foarte reduse)
bull cu electro-pompe speciale purtate de o grinda rulanta
3512 Decantoare statice
Sunt destinate surselor cu variatii mari de turbiditate la care 50 - 60 din suspensii sunt de natura minerala (gravimetrice) in figura 314 se prezinta schema unui decantor orizontal longitudinal Elementele principale ale bazinului sunt
bull zona de intrare in care se gaseste un perete de linistire a curentului in partea superioara respectiv canalul de evacuare a depunerilor in partea inferioara
bull decantorul propriu-zis cu radier cu panta catre basa de evacuare a namolului amplasata in zona incipienta a bazinului
bull zona de evacuare a apei decantate care este bordata de un gratar cu rolul impiedicarii accesului plutitorilor
Curatirea decantoarelor orizontale se realizeaza
bull Intermitent prin golire si evacuare depuneri hidraulic sau mecanic
bull Continuu cu ajutorul podurilor racloare care strang depunerile in base special amenajate
Dificultatile in operarea decantoarelor statice se pot sintetiza
bull sunt influentate de factori atmosferici vant gheata insorire
bull miscarea este turbulenta ca structura si particule fine pot fi repuse in stare de suspensie
bull echilibrarea fluxului hidraulic se realizeaza cu dificultate
bull eficienta retinerii nu depaseste 10-15 NTU la apa decantata
37 Filtrarea apei - generalitati
Filtrarea este procesul de limpezire finala a apei (stadiul II) la curgerea printr-un mediu poros de obicei format din nisip cuartos Procesul simuleaza infiltratia apelor superficiale in mediile poroase din subsolul pamantului Procesul este cunoscut si aplicat de mult timp (primul brevet s-a emis in 1830)
Schema generala (figura 323) indica filtrul ca fiind format dintr-un bazin (cuva) in care apa curge in sens descendent traverseaza mediul poros sustinut de un drenaj si ajunge intr-un rezervor de apa filtrata amplasat sub drenaj Sistemul este dotat cu toate instalatiile de introducere -prelevare apa preaplin si golire
Parametrii fundamentali ai procesului de filtrare sunt
bull viteza de filtrare definita (ca viteza aparenta) cu relatia urmatoare
vF = Q A [ m h ] [mzi] (313)
In care
Q - debitul de apa filtrata
A - suprafata orizontala a stratului filtrant in
functie de viteza de filtrare se pot clasifica in
o filtre lente (biologice) - VF = 01 - 025 [mh]
o filtre rapide - vF = 4 - 10 [mh|
o filtre ultra-rapide
bull mediul filtrant - in general nisip cuartos care sa realizeze prin uniformitatea granulelor un volum de goluri in care sa se acumuleze suspensia retinuta din apa caracteristicile sunt diferite pe tipuri de filtre
bull pierderea de sarcina (hr) exprimata ca diferenta intre nivelul apei in cuva filtrului si nivelul apei in rezervorul de apa filtrata este data de colmatarea stratului si este variabila in timp
49
38 Filtre lente
Se bazeaza pe formarea unei membrane biologice constituita din colonii de bacterii aerobe -amplasata la suprafata stratului de nisip (pe primii 2-3 cm) Elementul fundamental este dezvoltarea membranei (in 1 - 3 zile) functie de caracteristicile apei Dupa o perioada (30 - 50 zile) membrana se colmateaza si incepe sa se rupa degradand calitatea apei Aceasta se razuieste (se curata) manual sau mecanic si procesul este reluat In figura 52 se indica schema unui filtru lent
Dispoizitiv de curatat_____________________________membrana biologtca
Figura 325 indica tipurile de organisme care pot fi intalnite pe o adancime de 30 cm in nisipul filtrului lent
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
Nisipul din filtrul lent trebuie sa aiba urmatorii parametri
bull granulozitatea in domeniul dg = 035 - 050 mm
bull coeficientul de neuniformitate ult 15
(314)
In care d6o - diametral ochiurilor sitei prin care trece 60 din materialul cernut
d1o - diametral ochiurilor sitei prin care trece 10 din materialul cernut
01
50
bull inaltimea stratului de nisip H=90-100 cm cand grosimea stratului de nisip ajunge dupa curatiri succesive la 70 - 80 cm este necesara completarea la inaltimea initiala
Solutia filtrelor lente se prevede la debite relativ mici (max 10000 m zi) si surse de apa in general curate (lipsite de alge culoare poluanti toxici) Se pot obtine rezultate performante la ape necoagulate Operarea sistemelor de filtre lente este simpla Procesul de filtrare lenta este asimilat cu procese fizice si biologice Acestea din urma necesita o atentie si urmarire continua in etapele de operare a filtrelor in special referitor la starea coloniilor de bacterii aerobe din membrana biologica
310Filtre rapide
In figura 326 se prezinta schema unui filtru rapid Acesta este constituit din urmatoarele elemente componente
bull sistem admisie apa in cuva - are rolul echirepartitiei debitului catre cuvele de filtre
bull stratul filtrant peste care exista un strat de apa
bull drenaj cu rolul de a sustine stratul filtrant si de a transforma bulele mari in bule fine in procesul de spalare inversa
bull sistem de mentinere a nivelului apei in filtru (pentru filtrele cu functionare in sistem nivel constant si debit variabil)
bull statie de pompare apa de la spalare filtre si statie de suflante
bull instalatii hidraulice grupate in galeria tehnologica cu rolul de a asigura toate utilitatile necesare functionarii corecte a procesului (conducte si vane apa filtrata apa spalare aer spalare preaplin golire etc)
bull rezervor de apa filtrata amplasat de obicei sub toata statia sau in anumite cazuri numai sub galeria tehnologica
Procesul consta in doua etape
bull filtrarea apei parcurgand in sens descendent stratul de nisip si drenajul
bull spalarea filtrului in sens ascendent in doua faze distincte
o faza 1 (durata Ti=5-10 min)
o faza 2 - limpezire (durata Ti=10-15 min)
51
in ultimii 30-40 de ani in lume a existat o preocupare constants pentru perfectionarea procesului in sensul obtinerii performantei in calitatea apei filtrate (turbiditatea sa se incadreze in domeniulOl - 10 NTU)
Mecanismele de retinere in filtrele rapide se pot sintetiza ca in schema urmatoare
3101 Mediul filtrant
Calitatile materialului filtrant sunt urmatoarele
bull domeniul de granulozitate dg = 085 - 2 mm
bull coeficientul de neuniformitate u=d6odio lt 15
bull fractiunile inferioare diametrului 085 mm si superioare dmax 2 mm inferioare procentual la 10 in greutate
bull diametrul efectiv def = dio = 09-1 mm
bull sa realizeze un numar de goluri (porozitate) mare (pgt40)
bull forma granulelor apropiata de sfera pentru obtinerea unui grad de acoperire ridicat
bull continut de roci cuartoase recomandabil peste 95
bull sa aiba duritate (gt 7 in scara Mohs) pentru a nu se sfarama la spalare
Calitatea materialului filtrant influenteaza viteza de filtrare O serie de studii au indicat domeniul optim de granulozitate al nisipului de filtru conform figurii 328
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 52
3102 Calitatea influentului fn corelatie cu materialul filtrant
Pentru realizarea unei retineri eficiente a suspensiilor se impune ca in influentul filtrelor acestea sa fie floculate Aceasta se caracterizeaza prin coeficientul de coeziune al suspensiilor floculate (namol retinut) aceasta caracterizeaza capacitatea de rezistenta la forfecare si depinde de doza de floculant si natura (minerala sau organica a suspensiilor)
Procesul de optimizare a filtrarii rapide a apei ia in considerate principiul un filtru va functiona optim cand va produce cea mai mare cantitate de apa intre doua spalari succesive aceasta se va realiza cand timpul in care se atinge pierderea de sarcina limita este egal cu timpul in care se calitatea apei filtrate se inrautateste la limita maxim acceptabila (Ti = T2) sau penetrarea impuritatilor in interiorul masei filtrante se va efectua cu aceeasi viteza cu care creste pierderea de sarcina Expresiile celor doua perioade au fost determinate de cercetatorii Richard si Croce-Spinelli
Tx = a bull σ - 0 9 5 bull k-075bull def-045bull h0
n95bull v -185 (316)
T l = b bull σ-075 k - 0 7 5 bull dlef
1 5 Δhr05 bull vF
-065 (317)
In care Ti - perioada in care turbiditatea apei filtrate atinge valoarea limita (1 NTU)
T2 - perioada in care se atinge pierderea de sarcina limita (15 - 18 m)
a b - coeficienti empirici (experimentali)
hn - grosime strat nisip
Δhr- viteza de crestere a pierderii de sarcina
INSPECTIA SANITARA SI MOMTORIZAREA CALITATII APEI
VF - viteza de filtrare
k - coeficient de coeziune al namolului
a - depozitul specific (volumul de suspensii raportat la volumul de material filtrant)
Se constata ca fiecare filtru poate conduce la un ciclu optim functie de calitatea nisipului grosimea stratului calitatea flocularii suspensiilor din apa influenta si viteza de filtrare
3103 Variatia pierderii de sarcina
Urmarirea pierderii de sarcina este importanta pentru ca poate pune in evidenta functionarea filtrului Operarea optima a unui filtru se realizeaza prin urmarirea in timp a variatiei pierderii de sarcina si turbiditatii Masurile pentru realizarea acestui optim sunt
53
bull reducerea vitezei - cele mai performante filtre lucreaza cu viteze de filtrare variabile astfel incat colmatarea stratului sa se realizeze fara socuri
bull adaugarea unui polimer (doze 01 - 02 mgl) in influent pentru a mari rezistenta particulelor floculate
bull imbunatatirea calitatii nisipului
Presiune (m col H20)
Figura 329 Estimarea pierderii de sarcina Tn
stratul filtrant
3104 Spalarea filtrelor
Se realizeaza in contra curent de apa si aer comprimat Elementele tehnice care intervin esential in obtinerea performantelor spalarii sunt
bull calitate drenaj - din punct de vedere al uniformitatii debitelor de apa si aer
bull colectarea uniforma a apei de la spalare
bull metoda de spalare care sa asigure eliminarea totala a suspensiilor retinute in strat cu resurse minime
bull drenaj de mare rezistenta hidraulica (cu placi cu crepine)
Se bazeaza pe principiul introducerii unei rezistente hidraulice de 15 - 20 cm coloana de apa (reducerea brusca de sectiune la intrarea apei in tija crepinei) care asigura uniformizarea intensitatilor de spalare pe suprafata cuvei (abateri de plusmn 3-5) In figura 330 se prezinta schema drenajului cu placi cu crepine
Se pun conditii severe din punct de vedere constructiv pentru realizarea drenajului
bull asigurarea etansarii perfecte
bull asigurarea cotei exacte si unice pentru pozitia orificiilor de aer
bull rezistenta cosurilor crepinelor
bull asigurarea formarii unui nivel de separatie apa - aer uniform si constant pe toata suprafata cuvei
Cele mai performante filtre din punct de vedere al spalarii sunt filtrele cu baleiaj la spalare (figura 331)
INSPECTIA SANITARA SI MOMTORIZAREA CALITATII APEI
55
55
in perioada de spalare a filtrului nivelul in cuva se afla la cota NS jgheaburile J nu mai deverseaza si prin orificiile de la baza jgheaburilor se creeaza un curent de baleiaj (1-2 dm3sm2) cu apa decantata care impinge suspensiile spre jgheabul de colectare Se reduc astfel timpii de spalare (cu 50) si intensitatile si volumele de apa de spalare
Prin curgerea ascendenta a aerului masa de nisip vibreaza si peliculele de namol se desprind de granule Curentul ascendent de apa le antreneaza Spalarea numai cu aer induce vibrarea masei de nisip si depunerea namolului in zona inferioara a stratului De aceea este contraindicata spalarea numai cu aer in faza 1
In general echipamentele pentru asigurarea debitelor apa de spalare se adopta un utilaj (pompa) in faza 1 si inca o pompa de acelasi tip pentru faza a Il-a
3105 Asigurarea repartitiei uniforme a influentului
Pentru asigurarea repartitiei uniforme a apei decantate se utilizeaza diverse sisteme Cel mai performant este sistemul cu deversori neinecati conform cu schema din figura 332
3106 Sistemele hidraulice
Sistemele hidraulice asigura deservirea statiei de filtre atat in procesul de filtrare cat si in procesul de spalare Acestea se vor dimensiona conform vitezelor economice prezentate in tabelul urmator
3107 Reglajului debitului si nivelului de apa in cuva
Pentru filtrele care functioneaza cu nivel constant si debit variabil este foarte important ca nivelul apei in filtru se fie mentinut pseudo-constant Aceasta se asigura cu diverse sisteme de plutitori (regulator de nivel amonte) care comanda vana de pe conducta de apa filtrata sau cu sisteme electronice si hidraulice conform figurii 333
Figura 333 Sistem de reglare electronic al nivelului apei Tn filtru
Legends 1 Strat filtrant 2 Vana apa filtrata 3 Parghie comanda vana 4 Electrovana de comanda 5 Regulator electronic 6 Senzor de presiune pentru nivel filtru 7 Senzor de presiune sub planseu 8 Potentiometru 9 Indicator de
colmatare 10 Alimentare cu fluid de comanda
313 Afin area apei
Procesul de afmare a apei este constituit din combinatia intre procesul de post-oxidare cu ozon a apei filtrate urmat de adsorbtie pe carbune activ granular
3131 Post-oxidarea cu ozon
Ozonul (O3) se obtine din aer sau oxigen supus la descarcari electrice printr-un dielectric In figura 334 se prezinta un element dintr-un ozonor
figura 334 Element tubular de ozonor
1 - Intrare gaz vector (aeroxigen) 2 3 - Electrozi 4 - Dielectric 5 - Spatiu de descarcare electrica 6 - Gaz vector +
ozon 7 - Apa racire
Diferentele de potential la care se lucreaza sunt cuprinse intre 6000 - 18000 V functie de natura si grosimea dielectricului marimea spatiului de descarcare si presiunea absoluta de functionare
Concentratiile de ozon in gazul vector obisnuite sunt
bull 10-40gm - in cazul utilizarii aerului
bull 10-140 gm3 - in cazul utilizarii oxigenului
Pentru a realiza concentratii optime si stabilitatea procesului se cere punct de roua -60degC -80degC
Energia specifics pentru productia de ozon
bull 13-18 kWhkg O3 - produs din aer
bull 8-10 kWhkg O3 - produs din oxigen
Actiunea O3 asupra apelor de consum se poate sintetiza
bull imbunatatirea calitatilor organoleptice (gust miros culoare)
bull activitate bactericide si virulicida
bull oxidarea materiilor organice
bull oxidare micro-poluanti
bull imbunatatirea biodegradabilitatii in amonte de CAG
3132 Adsorbtie pe carbune activ granular (CAG)
Carbunele activ se poate obtine din carbuni minieri sau din coaja de nuca de cocos Majoritatea carbunilor minieri pot fi convertiti in carbune activ insa proprietatile carbunelui activ depind esential de calitatea initiala a carbunilor in special in ceea ce priveste duritatea acestora in acest sens se utilizeaza adesea coaja nucilor de cocos pentru fabricarea carbunelui activ
Exista o multitudine de procese de fabricare a carbunelui activ insa eel mai dezvoltat este piroliza urmata de activarea cu gaze de oxidare Piroliza (carbonizarea) presupune incalzirea materialului la temperaturi intre 600 si 900 degC in absenta aerului Pentru obtinerea unei porozitati ridicate se pot utiliza adaosuri de cloruri metalice (de exemplu ZnCl) Piroliza poate reprezenta unicul pas de activare in cazul in care se doreste obtinerea unui material cu 0 porozitate ridicata
A doua etapa este cea de oxidare care se realizeaza de obicei cu abur sau uneori cu aer Temperaturile sunt uzuale in gama de 600 - 900 degC Pe parcursul acestei etape se realizeaza 0 erodare a suprafetei interne a carbunelui si dezvoltarea unei retele extensive de micropori care cresc capacitatea de adsorbtie
58
Printre proprietatile principale ale carbunelui activ se enumera continutul de cenusa umiditatea densitatea marimea particulelor duritatea volumul si distributia dupa marime a porilor suprafata interna
31321 Continutul in cenusa
Continutul in cenusa este reprezentat de reziduul obtinut prin calcinarea la temperatura de 954 degC timp de 3 ore in aer Uzual continutul de cenusa variaza intre 3 si 10 Pentru reducerea cantitatii de cenusa se poate utiliza spalarea cu acid
31322 Umiditatea
Umiditatea se determina prin uscarea in cuptor timp de 3 ore a unei cantitati de 5 sau 10 g de carbune activ la temperatura 150 degC Se determina greutatea inainte si dupa uscare si racire in exicator Umiditatea in vrac a carbunelui activ este recomandabil sa fie limitata la maxim 5
31323 Densitatea
Sunt mai multe tipuri de densitati printre care se mentioneaza densitatea in vrac densitatea aparenta densitatea particulei si densitatea reala Densitatea in vrac sau densitatea aparenta reprezinta greutatea carbunelui activ uscat raportata la volumul pe care acesta il ocupa Aceasta se determina prin umplerea unui cilindru cu volumul de 100 ml cu carbune prin cadere libera dintr-o masina vibratoare si cantarirea volumului respectiv Valorile uzuale sunt in gama 05 - 06 gml pentru carbune activ fabricat din carbune minier respectiv 024 - 030 mg1 pentru carbune activ fabricat din lemn
Densitatea particulei reprezinta densitatea unei particule singulare Volumul pe care se bazeaza include volumul porilor precum si volumul materialului Densitatea particulei se determina in mod uzual cu mercur la presiunea atmosferica (mercurul umple spatiile goale din particula de carbune activ dar nu umple porii) Valorile uzuale sunt in gama 074 - 080 gml
Densitatea reala sau densitatea scheletului este cea determinate numai pe materialul (carbunele) propriu-zis Pentru determinarea acesteia se utilizeaza uzual o metoda de inlocuire cu heliu (heliul intra practic in toti porii materialului) Valorile uzuale sunt in gama 21 - 22 gml
31324 Marimea particulelor
Aceasta se determina prin cernerea a 100 sau 200 g de carbune printr-un sistem de site mecanice timp de 10 minute dupa care se cantaresc retinerile pe fiecare sita in parte Carbunele activ pudra se incadreaza de obicei in domeniul 005 mm - 15 mm
31325 Friabilitatea
Capacitatea carbunelui activ de a rezista la abraziune este unul dintre parametrii cei mai importanti Procedura de determinare a friabilitatii carbunelui activ presupune determinarea granulozitatii acestora inainte si dupa testul propriu-zis care consta in concasarea succesiva a carbunelui intr-un recipient alaturi de bile de otel inoxidabil Valorile uzuale ale indicelui de friabilitate sunt 65 - 80 (practic 70 - 75) ceea ce atesta faptul ca materialul este foarte usor friabil si este necesar atentie la procedura de spalare
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATIIAPEI 59
31326 Volumul si distributia dupa marime a porilor
Volumul porilor reprezinta volumul total al porilor din particula de carbune activ granular raportat la greutate Valorile uzuale sunt de ordinul 08 - 12 mlg pentru carbune activ fabricat din carbuni minieri respectiv 22-25 mlg pentru carbune activ fabricat din lemn Volumul total al porilor poate fi determinat printr-un test de adsorbtie cu azot desfasurate astfel incat azotul condensat sa intre in totalitate in porii carbunelui
Carbunele activ confine o structura complexa de pori de forme si marimi diferite Porii au de obicei o geometrie neregulata si sunt interconectati Dimensiunile porilor sunt uzual intre 10 A si 100000 A (001 cm) Distributia dupa marime a porilor depinde de tipul de material utilizat si de metoda si de durata procesului de activare
31327 Suprafata internaSuprafata interna a materialelor poroase in general se determinS cu ecuatia BET stabilita de
Brunauer Emmett si Teller Ecuatia descrie formarea de strate multiple de gaz condensat care apar atunci cand un gaz adsorbabil (de exemplu azotul) este in contact cu materialul poros Intr-un astfel de test se utilizeaza azot la temperatura de fierbere si presiunea atmosferica (-196 degC sau 77 K)
Ecuatia BET (expresia 318) a fost derivata presupunand urmatoarelebull rata de condensare a moleculelor din primul strat este egala cu rata de evaporare a
moleculelor din zonele acoperite cu un singur strat de moleculebull caldura de adsorbtie peste primul strat este constants si egala cu caldura de lichefiere
qqm=b(PPS)(1-PPs)(1-PPS+bPPS) ( 3 1 8 )
In care Ps - presiunea de vaporizare la saturatie la temperatura utilizata in test uzual 1 atm
q - cantitatea de substanta adsorbita la presiunea P
qm - cantitatea de substanta adsorbita numai cand se constata acoperirea totala a suprafetei cu un strat monomolecular
b - constanta determinata experimental
In figura 336 se prezinta o relatie tipica intre marimea porilor si suprafata totala Suprafata cumulativa este data de insumarea suprafetelor tuturor porilor cu un diametru dat sau mai mare Se remarca faptul ca marea majoritate a suprafetei este atribuita porilor de mici dimensiuni
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI60
3133 Teste uzuale de adsorbtie
In practica se utilizeaza o serie intreaga de teste pentru a determina capacitatea de adsorbtie pentru diferite tipuri de carbune activ Printre acestea se mentioneaza
- Indicele Iod reprezinta cantitatea de iod in miligrame pe gram adsorbit de un carbune activ la echilibru cu o solutie I2-KI cu concentratia 002 N indicele iod indica suprafata totala a porilor cu diametru de 10 A sau mai mare valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 800 - 1000 mgg
Indicele Melasa reprezinta un indicator al puterii de decolorare a carbunelui activ granular in contact cu 0 solutie de melasa la fierbere indicele melasa este in stricta legatura cu suprafata totala a porilor cu diametrul mai mare de 28 A valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 200 - 300
- Indicele Albastru de Metilen reprezinta cantitatea de albastru de metilen adsorbita de 1 g de carbune activ la echilibru in contact cu o solutie cu concentratia 1 mg1 de albastru de metilen Albastrul de metilen are greutatea moleculara 320 si indica suprafata totala a porilor cu diametrul de 15 A
- Activitatea tetraclorurii de carbon tetraclorura de carbon CC14 este un compus molecular mic si poate intra in toti porii In acest test un curent de aer este saturat cu CCI4 la 0 degC si este trecut printr-un strat de carbune activ mentinut la 25 degC pana cand nu se mai detecteaza nici o schimbare in greutate Activitatea este greutatea CCI4 adsorbita pe unitatea de greutate de carbune activ exprimata procentual Valorile uzuale ale acestui indicator sunt in gama 60 -80
- Indicele butan este similar activitatii tetraclorurii de carbon valoarea acestuia este exprimata grame de butan adsorbite pe 100 ml carbune activ valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 7 - 8 g 100 ml carbune activ
- Indicele FINAD stabilit de cercetatorul C Gomella si reprezinta un produs al mai multor indici F - fenol I - iod N - indol A - antipirina D - detergent
316 Deferizarea si demanganizarea apei
Fierul (Fe) si manganul (Mn) sunt elemente care se gasesc frecvent in mediul subteran si in apa apar in concentratii pana la 10 mg1 (Fe) si 2 mg1 (Mn) Prezenta fierului si manganului in apele potabile pot genera urmatoarele probleme
bull produce gust metalic dezagreabil
bull coloreaza tesaturile si echipamentele sanitare
bull formeaza precipitate in conducte care favorizeaza dezvoltarea bacteriilor feruginoase (Chrenothrix) acestea modifica regimul hidraulic calitatea apei distribute si favorizeaza fenomenele de coroziune
3161 Echilibrul fierului si manganului in apa
Fierul si manganul sunt prezente dizolvate in solutiile apoase sub forma Fe2+si Mn2+ Concentratia in oxigen a apelor subterane care contin Fe si Mn este nula Din namolurile situate in
2+ ~
zona anaeroba din hipolimnion se elibereaza ioni de Fe2+ si Mnz+ in apele lacurilor In numeroase ape naturale se remarca prezenta Fe3+ asociata cu substantele humice Stabilitatea fierului si manganului in apa depinde de numeroase variabile
bull pH-ul apei
bull concentratia diferitelor elemente chimice
bull potentialul de oxido-reducere (Eh) al solutiei
In figura 341 se prezinta diagrama de stabilitate a formelor fierului in solutie in aceasta diagrama o curba (linie) reprezinta locul geometric pentru care concentratia celor doua substante este aceeasi De exemplu linia 1 reprezinta solutia pentru care O2 si H2O au aceeasi valoare Aria cuprinsa intre curbele 1 si 2 reprezinta aria de stabilitate a compusilor de Fe Chimia manganului este asemanatoare cu cea a Fe Astfel la pH si Eh reduse Fe si Mn sunt stabile in forme bivalente
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 10
Ventilatie
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
bull piesa de fund decantorul este o prelungire a coloanei de filtru cu o lungime de 2 - 5 m are rolul de a permite nisipului - care este antrenat de apa din strat normal sau accidental in timpul functionarii putului - sa se decanteze Periodic aceasta poate fi scos cu o lingura specials sau prin pompare
bull instalatia hidraulica este alcatuita in mod similar cu cea de la putul sapat Pentru a se asigura o colectare relativ uniforma a apei prin toata coloana de filtru este bine ca elemental de captare a apei din put (capatal liber al conductei de sifonare pompa submeribila) sa fie amplasat in jumatatea de jos a coloanei de filtru intr-o portiune a acesteia fara orificii (de cca 2 m) Uneori poate fi amplasat si la partea de sus a decantorului - atanci cand coloana de filtru a putului are o lungime mica Piesa care face trecerea de la conducta verticals la cea orizontala si care se mai numeste si casca putului este demontabila pentru a putea fi scoasa la deznisipare sau alte operatiuni de intretinere a putului
In cazul in care puturile vor fi echipate cu pompe individuale este obligatoriu ca pe conducta de refulare din put inainte de vanS sa se prevada un clapet de retinere Aceasta are rolul de a nu lasa apa din colector sa intre in put in cazul in care dintr-un motiv oarecare pompa nu mai functioneazS In orice caz dupS orice oprire pompele vor fi repornite (dupa regulile de pornire stabilite ale unei pompe centrifuge) altfel existand riscul innisipSrii si deteriorSrii putului intrucat din cauza coloanei de apa cu inSltime micS pompa tinde sa absoarba brusc un debit mare de apa (deci viteza de intrare in coloana putului poate depasi viteza admisibila)
223 Sistemul de colectare prin pompare
La debite mici si adancimi ale apei peste 20 m se folosesc pompe submersibile (pompa si motorul sunt executate monobloc si introduse in put fiind sustinute de conducta de refulare) iar
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
1
1
pentru debite mari si la adancimi sub 20 m se folosesc pompe cu ax vertical cu motorul in mediu uscat (amplasat in cabina supraterana) si pompa cufundata in apa In ultimul caz transmiterea cuplului motor se face prin intermediul unui arbore amplasat in axul conductei de refulare Linia piezometrica la sistemul de colectare cu pompe este aratata in figura 26 pentru doua situatii cu pomparea direct din put intr-un rezervor de inmagazinare respectiv cu pozarea unei statii de pompare intermediare prevazuta cu pompe cu ax orizontal Cea de-a doua varianta conduce la economii de energie
In cazul echiparii cu pompe este esential ca (1) debitul pompei sa fie eel mult egal cu debitul maxim al putului (2) pompele sa functioneze in regim constant in timp (3) dupa oprirea pompelor reporairea sa se faca manual cu respectarea regulilor generale si deschiderea vanei de refulare sa nu permita preluarea unui debit mai mare decat debitului putului
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 1
224 Captari cu dren
Drenul este un element constructiv permeabil orizontal nevizitabil (dren propriu-zis) sau vizitabil (galerie) care asezat in calea curentului subteran de apa il capteazS si conduce apa captata spre unui din capete la un put colector Prin urmare drenul indeplineste un rolul dublu
bull captarea apei din strat
bull transportul acesteia la putul colector Elementele
principale ale drenului sunt date in figura 27
Figura 27 Elementele captarii cu dren de coasta a - plan b - profil longitudinal prin dren c -
sectiune transversala tip d - detaliu de tub pentru dren
Pe o directie aproximativ perpendiculars pe directia de curgere a curentului de apa subteranS se sapa un sant de lStime convenabilS - sapSturS taluzatS in cazul in care debitul stratului este mai mic iar stratul este format din material grosier (pietris nisip mare) sau sapStura sub protectia a doi pereti de palplanse din lemn metal sau beton armat (mai rar) infipte in prealabil panS la stratul de bazS dacS stratul acvifer este puternic (bogat) iar materialul din strat confine in cantitate mare fractiuni fine SApStura se executS panS la stratul de bazS cand drenul perfect se aseazS chiar pe strat sau nu cand drenul se aseaza deasupra stratului de baza (dren imperfect) el captand numai o parte din apa stratului
Daca drenul este amplasat la baza unui strat acvifer a carei panta piezometrica in regim natural este mai mare de 001 drenul se numeste dren de coasta si se considers ca primeste apa dintr-o singurS parte iar dacS drenul este amplasat in strat acvifer cu panta piezometrica mai mica (ilt00l) drenul se numeste dren in bazin si se considers cS primeste apa din ambele pSrti
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 1
Dupa nivelarea fundului sapampturii (executatS cu panta de minim lo data in proiect) se monteazS tuburile de drenaj de obicei din beton dar pot fi si de argila arsa zidarie de piatrS azbociment bazalt etc
Daca se considers necesar se executa in prealabil un strat de beton de egalizare (de cca 10 - 20 cm) Tuburile se aseaza cap la cap (preferabila folosirea tuburilor cu talpS) fScand sau nu etansarea capetelor La circa 50 m distanta se lasa loc pentru executarea caminelor de vizitare care au radierul cu circa 50 cm mai coborat decat cota radierului tubului pentru a asigura un mic volum de depozitare a nisipului (antrenat eventual de apa) Diametrele tuburilor cresc spre putul colector schimbarea de diametre se face obligatoriu in dreptul unui cSmin intre 2 cSmine traseul drenului trebuie sa fie rectiliniu dar pe ansamblu drenul poate fi format dintr-o serie de aliniamente care se intersecteaza sub diferite unghiuri (mai mari de 90deg) Tubul de drenaj are orificii in jumStatea superioara orificiile sunt conice cu dimensiunea mai mica la exterior pentru a permite materialului granular care a intrat in orificii sa cada in dren Jumatatea de jos a drenului serveste pentru transporrul apei
In jurul tubului-dren se prevede un filtru invers din straturi de minim 10 cm grosime Straturile au marimea granulelor stabilitS ca la un filtru invers Un filtru invers este o succesiune de straturi din material granular asezate astfel incat granulele unui strat sa nu treaca prin golurile stratului urmator in sensul in care circulS apa Pentru a avea indeplinitS aceasta conditie este suficient ca raportul intre diametrele medii a doua straturi adiacente sa fie maxim 4 -5
Peste straturile filtrului invers se face umplutura din material local bine compactat daca este cazul extragand si palplansele o data cu avansarea umpluturii acestea se pot scoate si ulterior folosind insa un utilaj mai puternic si avand grijS sa nu se deterioreze stratul interior de material
La circa 50 cm deasupra nivelului stratului de apa se executa cu una sau doua pante o saltea de argila de circa 30 cm grosime Rolul sau este de a devia apele din precipitatii ce tind sa se infiltreze spre dren direct prin zona de umplutura care este mai prealabila Se continua umplutura peste saltea se compacteazS si se lasa cu bombament pentru ca la o eventualS tasare in timp sa nu ramana un sant superficial in care sa bSlteascS apa Se amenajeaza caminele cu umplutura de 50 cm peste nivelul apei de inundatie la asigurarea de 1 se executa putul colector si se echipeazS cu o stavilS de perete si un deversor triunghiular la debusarea drenului in cazul drenurilor lungi putul colector se aseaza la jumatatea frontului obtinand un dren cu doua ramuri care pot fi sau nu simetrice dupa particularitStile drenului Putul colector poate servi numai ca bazin de aspiratie pentru pompe (inaltimea stratului de apa de circa 10 - 120 peste sorb) cat si ca statie de pompare in care caz partea de deasupra se amenajeaza corespunzator
Daca apa captata contine substante care precipita usor in contact cu aerul (saruri de fier mangan) si se depun pe peretii drenului riscand sa-1 colmateze in timp atunci drenul se executa vizitabil Pentru a permite circulatia personalului de intretinere se executa si o mica pasarela in lungul drenului La drenuri ce capteazS apa potabila vor fi luate masuri de protectie sanitara
226 Tratarea apei din surse subterane
Calitatea apei subterane este influentatS de urmStorii parametri
bull nature mineralogies si geologicS a subsolului terenului in care se formeaza (sau curge)
bull calitatea apelor infiltrate de la suprafata terenului (numai pentru strate freatice)
In functie de influenta pe care apele meteorice o au asupra calitatii apei subterane straturile acvifere se clasifica in
bull strate freatice cantonate la adancimi mici sub suprafata terenului calitatea apei este influentatS direct de infiltratiile de la suprafata terenului sau exfiltratii din sisteme pozate subteran (retele canalizare fose conducte de petrol si gaze)
bull strate captive situate la adancimi de la 50 m la 150 - 200 m in subsolul terenului calitatea apei este putin (deloc) influentatS de apele infiltrate de la suprafatS
Acumularea si circulatia apei intr-un strat determina preluarea caracteristicilor rocilor stratului Se stabileste un echilibra intre caracteristicile apei si compozitia terenului in care este stocatS (sau curge) Rocile compacte cu fisuri sau caverne dau apei continut de gaz carbonic carbonati CO2 Principalele caracteristici ale apelor subterane se pot sintetiza
bull temperature - relativ constants ~ 10 -12degC
bull turbiditatea (MTS) - redusanula
bull culoare - data de materiile in solutie (acizi humici)
bull mineralizare - constants superioara apelor de suprafata
bull Fe Mn (bivalenti) - in general prezenti
bull CO2 agresiv - adesea prezent
bull O2 dizolvat - redusabsent
bull H2S - prezent in special in apele de adancime de carst
bull NH4 - prezent frecvent fara indice poluare
bull NO3 - continut ridicat pentru stratele freatice
bull Micropoluanti - in general absenti poluarile accidentale
bull Elemente vii - frecvent ferobacterii
bull Caracter eutrof-nul
Din punct de vedere al incarcarii s-a propus clasificarea surselor subterane in doua categorii
bull Surse cu incarcare redusa s-a luat in considerate existenta Fe2+ si Mn2+ in apa subterana in cantitati reduse dar care depasesc limitele impuse de Legea 4582002
bull Surse subterane incarcate in acceptiunea incdrcat se intelege depasirea continutului de Fe (pana la 50 ori) Mn (pana la 20 ori) azotati azotiti si H2S
In tabelul 21 se indica principalele caracteristici
Tabelul 21 Caracteristici principale surse subterane Denumire parametru Caracteristici apa
brutaFrecventa de depasire a prevederilor Legii 4582002 ()
Caracteristici necesare apa tratata
Tncarcare redusa
sursa incarcata
Tncarcare redusa
sursa incarcat
a
Directiva 9883EC
Legea 4582002
Fier total (mgl) 02-20 30-100 20 50 02 02Mangan (mgl) 005-05 08-10 20 50 005 005Azotati (mgl) lt50 80-120 - 80 50 50Azotiti (mgl) lt05 20 - 50 - 80 05 05Amoniu (mgl) lt05 10-20 - 50 05 05Hidrogen sulfurat (mgl) lt01 13-20 - 50 - 01
in situatia in care se utilizeaza 0 sursa subterana cu incarcare redusa potabilizarea apei se poate realiza printr-o schema indicata de figura urmatoare
Figura 28 Schema de tratare a apei din sursa subterana cu Tncarcare redusa Notatii Aerare - Bazin de contact pentru oxidare fier si mangan FRN - filtrare rapida pe strat de nisip pentru
retinere fier si mangan oxidat DZF - Dezinfectie cu clor
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
Schemele de potabilizare pentru surse incarcate sunt complexe asa cum rezulta din figura 29 Sunt necesare
bull procese de oxidare in sistemul multi - bariera (pre-oxidare si post-oxidare)
bull procese performante de oxidare sedimentare in stadiul I si II
bull procese de afinare
In astfel de situatii solutiile se stabilesc prin analiza mai multor variante de surse functie de consumatorii afectati o sursa mai departata (zeci de km) poate deveni avantajoasa vis-a-vis de costurile implicate in tratare
1
Figura 29 Schema de tratare apa din sursa subterana foarte
Incarcata INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
1
24 Captari din rauri
241 Captari Tn albie
2411 Captarea cu sorb
Se recomanda pentru captari provizorii mobile sau sezoniere Consta intr-un sorb amplasat convenabil in apa si stabilizat pentru protectie contra plutitorilor mari In figura 210 este schitata o captare fixa cu sorb
Sorbul este o confectie metalicS specials inchisa la un capat legata cu flanse la conducta de aspiratie cu celalalt capat si prevampzutS cu orificii pe suprafata laterals (cu dimensiuni suficient de mici pentru a nu intra plutitorii sau suspensiile mari) Pentru a avea viteze mici de intrare diametral sorbului este de 15 ori mai mare decat diametral conductei de aspiratie Pentru a nu aspira plutitori care sa-1 infunde sau a nu fi blocat in gheatS (hg = 03 - 04 m) si pentru ca gheata care se sparge in bucati la o viiturS de primavarS sa nu blocheze sorbul si sa-1 distrugS acesta trebuie sa fie asezat la minimum 05 m sub nivelul minim al raului la asigurarea normatS Pentru a capta aluviuni cat mai putine si de dimensiuni mai mici sorbul trebuie asezat la minimum 05 m peste fundul albiei Rezulta cS sorbul se poate prevedea in conditii normale in ape a caror adancime depSaeste 120 m (considerand ca sorbul are un diametra de minim 200 mm la un debit relativ mic)
Tot in scopul reducerii cantitatii de aluviuni antrenate sorbul se aseaza cu ajutorul unui cot in sensul de curgere al apei astfel incat apa sa intre in sorb prin intoarcere Sorbul se stabilizeaza in albie cu ajutorul unor piloti din lemn cu diametral de 0 10-12 cm batuti sub adancimea de afuiere in albie
In cazul captarilor mobile (folosite in special la irigatii) conducta de aspiratie se poate lasa aproape vertical in apa neingropata in mai cu asigurarea ca efectul dinamic al apei este atat de mic incat eforturile rezultate pot fi preluate de imbinari si conducte Sprijinirea se face prin amenajarea malului in trepte (trebuie avut grija sa nu fie depasita inaltimea de aspiratie a pompei amplasate pe mai)
2412 Captarea cu crib
Este o captare la care sorbul este protejat cu o constractie fixa stabila numita crib Cribul poate fi executat din elemente detasabile (grinzi din lemn elemente din beton armat de tip grinda) sau turnat pe loc (cu sorbul separat sau sorbul incorporat in constractie) In figura 211 se prezinta o captare cu crib
Grataral cribului se dimensioneaza la o viteza medie de trecere de 01 - 03 ms grataral se executa din bare rezistente la socul cu plutitorii iar amplasarea lor se face pe partea laterala sau aval a cribului (soc din cauza plutitorilor redus acces redus al aluviunilor din cauza intoarcerii curentului de apa aluviunile tree avand inertie mai mare)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 18
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
Apa captata prin crib poate fi aspirata de o pompa sau poate fi sifonata intr-un put colector cu rol de deznisipator si camera de aspiratie pentru pompe Vacuumul maxim pe conducta nu trebuie sa depaseasca 4-6 metri
Pentru sporirea sigurantei constructiei pot fi realizate mai multe criburi asezate in sah la 10-20 m in albie legate separat la pu|ul colector in cazul unor utilizatori importanti pot fi prevazute si criburi de rezerva Este esential ca toate criburile sa fie in stare de functionare altfel din cauza nisipului conductele de legatura si captarea se blocheaza Periodic conducta si cribul pot fi spalate prin aspirarea apei prin (n-1) criburi si refularea acesteia (sau a unei parti) prin cribul n care se spala Pentru aceasta instalatia hidraulica in putul colector trebuie gandita adecvat
Daca malul este inundabil si putul colector nu se poate departa pentru a iesi din zona inundabila vor fi luate masuri de indiguire a zonei sau de ridicare a putului la o cota cu minimum 050 m peste nivelul inundabil si aparare contra efectului dinamic al apei (accesul la put se va asigura pentru orice conditii)
A
In cazul in care nu se poate asigura adancimea pentru navigatie cu acordul beneficiarului zonei de navigatie se poate amplasa cribul mai sus luandu-se masuri corespunzatoare pentru marcarea pozitiei criburilor prin balize
242 Captari Tn mai
Captarea in mai se adopta in cazul unor debite importante cu o mare siguranta in functionare si cand situatia locala nu permite executarea de criburi
Captarea de mai are mai multe variante de constructii in functie de debitul captat si de destinatia apei captate Astfel pentru centre populate sau industrii unde debitul este totusi redus iar apa urmeaza sa suporte o tratare pentru corectarea calitatii pot fi prevazute captari cu cheson de mai Pentru debite mari de apa (mari unitati industriale centre populate mari irigatii CET-uri etc) se prevad captari in mai de tip bazin deschis
1
Figura 211 Captare cu cribLegenda 1 Put colector (cheson) 2 Crib din elemente prefabricate 3
Gratar 4 Saltea de fascine 5 Conducta de sifonare 6 Sistem de amorsare 7 Vacuum 8 Sorb 9 Conducta catre statia de pompare 10 Radier din beton armat
11 Cutitul chesonului 12 Strat depuneri
Captarea cu cheson este o constractie monolita care de obicei cuprinde si statia de pompare - echipata eel mai bine cu pompe cu ax vertical Schematic constructia unei captari de mai este prezentata in figura 212
B - B
c
Figura 212 Captare de mai cu cheson a-sectiune verticala 6-8 fo-detaliu sita c-sectiune orizontala
A - A
Legenda1 - camera de admisie si deznisipare a apei 2 - camera sitelor rotative 3 - camera cu rol de bazin de aspiratiepentru pompe 4 - camera uscata pentru pompe
INSPECTIA SANITARA SIMONITORIZAREA CALITATII APEI
Constructia este formata dintr-un cheson de dimensiuni mari asezat in malul raului astfel incat in fata ferestrelor de priza sa fie asigurat in permanent un nivel suficient de apa
Din cauza dimensiunilor si adancimii mari de fundare de obicei lansarea chesonului se face cu aer comprimat in partea de jos asigurandu-se o camera de lucru betonata ulterior Constructia este compartimentata vertical pe linii tehnologice dintre care una este intotdeauna de rezerva In interior se deosebesc patru camere (compartimente) cu urmatoarele roluri
1 Camera de admisie si deznisipare a apei (cu posibilitati de evacuare a nisipului depus)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
2
20
2 Camera sitelor rotative sitele rotative sunt formate din panouri de sita cu ochiuri relativ mici (1-3 mm) articulate si trecute peste doua tambururi - unui sus (motor) si altul jos (pasiv) apa trece prin panourile de sita sunt retinute pe sita impuritatile mari plutitorii in general si apoi panoul descarcat se ridica permanent ajungand deasupra nivelului apei in fata unui jet de spalare
3 Camera cu rol de bazin de aspiratie pentru pompele din camera 4
4 Camera uscata care adaposteste pompele treapta I (care trimit apa de la sursa la statia de tratare) In cazul in care nu se dispune de pompe cu ax vertical (care au motoarele montate pe platforma superioara) pot fi prevazute fi prevazute si pompe cu ax orizontal cu luarea unor masuri importante de pastrare uscata a camerelor
Cand sunt disponibile pompe cu ax vertical camerele 3 si 4 pot fi unificate In partea superioara a constructiei se prevad camera de comanda camera de manevra a vanelor si pompelor de epuisment camera motoarelor pompelor verticale si sala transformatoarelor (daca este cazul) Nivelul planseului se executa de obicei cu circa 07 m peste nivelul maxim al apelor raului cu asigurarea 1 In fata prizei se executa o pasarela de acces a personalului pentru curatarea gratarelor de la priza si indepartarea plutitorilor si ghetii Gratarele sunt rare cu distante intre bare de 3 - 10 cm
Admisia apei in priza se face prin doua serii de ferestre - o fereastra sub nivelul minim si o fereastra sub nivelul maxim Viteza de trecere a apei este de 02 - 03 ms iar nivelul de apa peste marginea de sus a ferestrei de minimum 050 m
La nivelurile mari in rau se lucreaza cu fereastra de sus pentru a evita antrenarea in priza a aluviunilor mari care sunt tarate de apa la partea de jos a albiei Pentru inchidere fiecare fereastra are in spate o stavila plana manevrabila de la suprafata In fata ferestrelor gratarele sunt rare din bare rotunde (teava) sau profile si se pot curata cu greble mecanice (la prizele mari) sau manual Gratarele trebuie sa fie executate cu atentie si iarna se pot inlocui cu gratare din lemn sau se pot lua masuri speciale pentru a se evita prinderea zaiului de barele metalice (bune conducatoare de caldura)
Zaiul este gheata in cristale fine care pluteste in masa de apa Pentru a evita blocarea cu gheata au fost imaginate mai multe sisteme toate fiind insa perfectabile Astfel la centralele termice sau industriale unde exista abur rezidual sau apa calda se transforms gratarul in radiator prin interiorul tevilor circuland agentul de incalzire sau se toarna apa calda inaintea gratarului astfel incat apa care trece prin gratar sa aiba 01 - 05degC In alte cazuri s-a transformat gratarul in rezistenta electrica legandu-1 la o sursa de tensiune convenabila (putere instalata de cca 10 kWhm2) consumul de energie este relativ mare iar pericolul de accidentare este ridicat S-a recurs si la imbracarea barelor gratarului in cauciuc ebonita sau mase plastice in scopul impiedicarii zaiului sa se prinda de bare In foarte multe cazuri insa se sparge gheata la priza cu unelte manuale atunci cand se constats ca nu mai intra apa suficienta operatiune foarte grea si riscanta In cazul in care apa raului contine in anumite perioade o cantitate mare de suspensii se poate aseza priza nu pe malul raului ci intr-un bazin executat pe malul raului iar apa raului parcurgandu-1 se produce deznisiparea
Foarte importante sunt forma sub care se amenajeaza intrarea apei din rau in bazin (existand riscul aparitiei depunerilor) si modul in care se reuseste sa se faca evacuarea depunerilor din bazin In literature de specialitate se citeaza si alte posibilitati de folosire a acestor bazine Uneori aceste bazine au fost executate sub forma de canale lungi cu priza la caparul eel mai departat Curatirea canalului se poate face prin dragare
Sunt situatii insa in care din motive locale debit mare si curgere gravitationala captarea poate fi mai simpla Captarea poate avea un singur compartiment pentru debite mici sau poate fi organizata pe linii pentru usurinta exploatarii Intrarea apei se face pe sub un timpan care evita socul plutitorilor cu gratarul si dirijarea acestora in aval Pentru punerea la uscat fiecare compartiment se prevede cu batardou demontabil Priza poate avea doua gratare in serie un gratar rar si un gratar des
O mare importanta o are directia de asezare a gratarului fata de directia circuitului de apa asezarea corecta este data de conditiile locale si uneori sunt necesare studii detaliate pe model in laborator Gratarul se poate aseza paralel cu curentul de apa putin oblic astfel incat apa sa atace gratarul sub unghiul eel mai favorabil sau frontal
243 Captari cu regularizarea albiei
Sunt situatii in care pe rau exista debitul de apa necesar pentru captare dar albia este atat de dezvoltata incat inaltimea apei nu permite derivarea debitului necesar In aceasta situatie este nevoie de inaltarea (cresterea) nivelului apei Una din solutii este de a ingusta albia prin lucrari artificiale de regularizare Intrucat asemenea lucrari de regularizare pot fi necesare si in alte cazuri (stabilirea albiei minore de exemplu) vor fi date cateva elemente generale urmand ca in caz de necesitate sa se apeleze la lucrari de specialitate Lucrdrile de regularizare se prevad si se executa cu respectarea urmatoarelor reguli generale
bull la ape mici curgerea sa fie cea dorita (stabila catre priza) iar la ape mari sa nu se produca inundatii in zonele vecine (sa nu se reduca din capacitatea de transport a albiei)
bull lucrarile sa se execute in etape pentru a se putea cunoaste reactiile la noile conditii si pentru a se putea cunoaste reactiile la noile conditii si pentru a se putea face corectari in etapele urmatoare
bull tipurile de lucrari sa se incadreze in peisaj
bull lucrarile sa nu stanjeasca circulatia apei pentru alte folosinte sau sa produca baltirea apei cu efecte de insalubritate
bull sa se prevada lucrari cu materialele din zona
bull sa fie folosita tendinta naturala de curgere a apei puterea si capacitatea colmatata a curentului
In figura 38 sunt schitate tipurile de lucrari mai des utilizate lucrari in albie (diguri de dirijare traverse de colmatare epiuri) si lucrari de aparare si consolidare a malurilor Elementele constructive tip sunt in general executate printr-o combinatie rationala de
bull combinatie de lemn cu piatra (casoaie suluri si saltele de fascine)
bull combinatie de piatra cu metal (gabioane)
bull anrocamente (piatra mare sparta)
bull beton beton armat sub forma de constructii masive sau elemente prefabricate
bull constructii vii formate din inierbare vegetatie mica (se ia in considerare capacitatea de transport a
albiei la ape mari)Apardrile de mai sunt lucrari de consolidare a malului raului impotriva efectului de eroziune al apei
la viteze mari Acestea pot fi lucrari foarte simple cum sunt taluzele inierbate cu unele elemente simple de fixare sau lucrari mai complicate ca taluz pavat cu elemente de beton zidarie de piatra rostuita sau nu
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
Figura 213 Lucrari de regularizare a albiei Tn zona prizeiLegends a - plan cu tipurile de lucrari b - tipuri de aparari de mai 1 - cu
casoaie 2 - cu dale din beton armat 3 - cu elemente mixte (zidarie de piatra secti Tnierbare) c - diguri epiuri executate din 1 - gabioane 2 - anrocamente
22
zidarie de sprijin din zidarie beton sau beton armat La constructive de mai trebuie tinut seama ca in afara de efectul de erodare si de afuiere a patului de sprijin actioneaza si impingerea malului
Digurile longitudinale sunt lucrari executate in albie care au rol de a dirija pe o portiune un spatiu relativ fix apa raului Se realizeaza din anrocamente cu marime suficienta pentru a nu fi antrenate de apa prefabricate de beton gabioane (piatra de rau balast inchis in casete de sarma zincata pentru a obtine o stabilitate generala mare - elemente simple ieftine si stabile atata timp cat sarma de la cos nu cedeaza sub efectul eroziunii si coroziunii) casoaie din lemn blocuri de beton legate elastic etc Capetele acestor diguri trebuie sa fie bine aparate eventual legate cu cate un epiu astfel incat curentul de apa sa nu patrunda in spatele digului Daca digurile sunt deversate vor fi luate masuri constructive contra afuieri sau spalarii patului cu efect imediat asupra stabilitatii constructiei
Epiurile sunt ca si digurile constructii permeabile rezistente la actiunea apei submersibile sau nu care dirijeaza apa raului pe un anumit spatiu si favorizeaza colmatarea treptatS a spatiului dintre ele Ca pozitie pot fi dirijate spre aval normal pe albie sau orientate spre amonte Se executa din aceleasi materiale ca si digurile Daca albia are un pat usor afuiabil inainte de executia digului propriu-zis se amenajeaza un pat elastic din saltele de fascine sau numai rulouri de fascine O atentie deosebitS se da capului epiului (partea terminals dinspre apa) care este elementul eel mai solicitat Totdeauna coada epiului trebuie bine incastrata in mai pentru a nu permite apei sa-1 ocoleasca
Traversele de colmatare sunt diguri scurte executate din umplutura de material local protejata cu anrocamente mari pe albia minora ce trebuie pSrSaitS sau pe bratele auxiliare care trebuie sa fie colmatate L ape mari spatiul dintre traverse se umple cu aluviuni si in timp traseul vechi al albiei minore dispare
Toate constructiile enumerate anterior si altele asemSnStoare imaginate de specialisti trebuie sa fie verificate si la efecte (in perioada de primavara nu trebuie sa se permita formarea de zSpoare -blocuri de gheata spartS aglomerata care favorizeaza inundatiile) Pe zonele de rau regularizate tipurile de constructii pentru captarea apei sunt similare cu cele pentru albia neregularizatS dar cu adancime suficientS a apei De altfel totdeauna cand se executa constructii legate de apa vor fi luate si masuri de stabilizare a albiei in zona afectata
244 Captari cu baraj de derivatie
In cazul in care pe rau nu se poate asigura nivelul minim necesar pentru captarea apei iar regularizarea albie nu este posibila sau rationala se recurge la executarea unei constructii pentru ridicarea artificials a acestuia dacS debitul captat este important iar fenomenele de iarnS nu pun probleme deosebite
Pentru a nu crea prejudicii pentru alti beneficiari constructia numita stdvilar sau baraj de derivatie trebuie sa asigure concomitent urmStoarele conditii
bull sa fie stabilS la actiunea dinamicS a apei
bull sa permita evacuarea debitelor mari fSrS a provoca inundatii sau deteriorarea altor constructii
bull sa permits evacuarea gheturilor de primSvarS
bull sa asigure navigatia plutaritul circulatia pestilor sau alte folosinte etc Forma
captSrii depinde de
bull marimea debitului captat raportul debit captat debit rau
bull variatia debitului raului si aluviunilor transportate
bull posibilitStile de executie
bull amplasamentul efectiv al prizei (natura albiei adancimea stratului impermeabil inSltimea malurilor etc)
In continuare sunt date cateva exemple de constructii caracteristice pentru asemenea prize
Captarea pentru debit mare realizabilS pe un rau mare pentru localitSti industrii irigatii energie etc Are alcStuirea generals din figura 214
Intre douS culei (o culee este o constractie de legSturS intre constructia dintre albie si mai) se executS elementul de barare a albiei adicS de ridicare a nivelului apei la cota minimS necesarS Aceasta poate fi un prag - baraj deversor dacS lungimea disponibilS si cota malului permit
evacuarea debitelor mari de rau sau baraj cu stavile mobile (stavilar) care se pot ridica sau culca (intr-un locas special prevazut) in radier lasand libera sectiunea pentru evacuarea apelor mari Sunt si cazuri in care din cauza deschiderii mari a albiei s-a adoptat o solutie mixta partial cu stavile partial cu baraj deversor sau uneori si cu baraj nedeversant
Pe malul opus captarii se executa daca este cazul ecluza pentru navigatie sau plutarit cu dimensiunile cerate de beneficiar si aproape totdeauna o scara de pesti pentru a asigura circulatia libera a pestilor intre cele doua biefuri (un bief este zona de rau aflata amonte sau aval de constructia considerate) Pe acelasi mai cu priza se gasesc doua deschideri de spalare prevazute cu vane plane care stau totdeauna partial deschise astfel incat debitul de apa care nu se capteaza sa nu deverseze peste baraj ci sa treaca pe sub aceste stavile
Se reaminteste ca in nici un caz nu este permisa captarea integrals a debitului raului in sectiunea respectiva o parte a debitului raului trebuie sa treaca in aval pentru mentinerea intr-o stare salubra a zonei (altfel devine depozit de gunoaie pe timp de ape scazute) asigurarea apei pentru vietuitoare si vegetatie Debitul ramas in albie este numit debit de servitute (Qs) Spalarea este necesara intracat prin ridicarea locala a nivelului apei s-a realizat in amonte o reducere locala a pantei energetice a curentului de apa Aceasta reducere conduce la micsorarea capacitatii de transport deci micul lac ce se creeaza in spatele barajului se umple repede cu aluviuni Umplerea se face si in dreptul gratarului fiind periclitata adancimea de intrare minima altfel spus se realizeaza ridicarea locala a fundului albiei Lasand libera circulatia apei langa gratar se produce continuu o spalare a depunerilor din cauza vitezei mari realizate sub stavilele de spalare
in unele cazuri prima pila a barajului a fost prelungita cu un pinten formand un fel de canal in fata prizei Apa circuland cu o viteza comparabila cu cea existenta in rau inainte de barare evita producerea de depuneri in fata prizei
Atat in dreptul stavilelor de spalare cat si al barajului deversor in aval se executa un disipator de energie al carui rol este de a reduce viteza apei la o limita care sa nu produca eroziuni spalari in aval de constractie spalari care ar putea periclita stabilitatea acesteia
Priza este o deschidere in culee protejata cu un gratar contra plutitorilor Pentru a evita antrenarea aluviunilor mari in priza aceasta se prevede cu un rag (grataral se aseaza deasupra fundului albiei la 05 - 10 m) Pentru a nu favoriza blocarea gratarului cu plutitori viteza de trecere este redusa 01 - 05 ms din care cauza priza are o forma de palnie Intrarea poate fi inchisa cu stavile Daca deschiderea totala este mare ea se poate reduce cu ajutorul unor pile intermediare Lungimea unei stavile nu va depasi 250 m altfel dispozitivele de ridicare a stavilelor devin greoaie In pile inaintea nisei stavilei se lasa profile U inglobate in beton cu deschiderea spre apa pentru a se putea lansa batardoul (umplutura din elemente grinzi de lemn sau metal) in scopul punerii la uscat a incintei pentru eventuale reparatii Deoarece dupa gratar viteza apei scade mult se produc depuneri care pot afecta circulatia pe canalul de legatura Spalarea lor se poate face cu o golire secundara - de spalare (vezi figura 214) Daca se inchide plecarea spre beneficiar (stavila V2) si se deschide stavila V3 se poate asigura o circulatie fortata cu 0 viteza cu 0 viteza mare (diferenta de nivel amonte-aval este mare) Daca debitul pe rau este suficient iar gratarele au o suprafata mai mare decat cea strict necesara se poate merge cu vana V3 partial deschisa - spalarea facandu-se continuu Pentru evitarea antrenarii plutitorilor mari si a ghetii in sloiuri la gratar se amenajeaza un perete de lemn scufundat partial (05 m) sau o linie de busteni legati articulat (care plutesc) Fenomenele de iarna sunt cele mai dificile la aceste prize
Captarea tiroleza este 0 captare cu gratar pe creasta (figura 215a) care se adopta in cazul in care debitul raului la ape mici este redus si nu poate asigura spalarea zonei din fata prizei iar debitul captat fiind mic captarea in mai se face greu (la aceasta constractie de captare se executa si o priza de iarna in cazul in care grataral ingheata) Captarea se aplica in zone de munte la rauri cu caracter torential pentru debite nu prea mari (sub lm3s) In unele situatii masivul de beton nu se vede din albie fiind alcatuit dintr-un prag de fund - cu gratar la nivelul fundului apei (grataral este inclinat aval pentru a evita blocarea cu aluviuni mari)
Captarea sub albie se adopta in situatia unor localitati de munte pentru care singura sansa de apa o constituie raul sau paraul care izvoraste de la cote inalte al carui debit scade foarte mult in perioadele de iarna si vara si in cazul care fenomenele de inghet dureaza timp indelungat In aceasta situatie 0 captare in albia raului va fi serios stanjenita iar exploatarea va pune probleme deosebite Pentru evitarea unora din aceste probleme au fost imaginate si executate captari sub fundul albiei intr-o zona in care albia este bine dezvoltata si are un pat de 2-3 m de aluviuni Constructia transversals dreneaza apa la unui din capetele sale unde pe malul raului dintr-un put este prelevata si transportata Aceasta captare se deosebeste insa de captarea subterana a apei infiltrate prin mai sau sub fundul albiei (cu drenuri radicale) deoarece apa captata are tot caracteristicile unei ape de suprafata dramul parcurs prin patul aluvionar fiind foarte scurt o asemenea apa are o turbiditate mai mica decat apa captata direct din rau
Schema unei captari sub albie numita uneori si caucaziana este data in figura 215b iar schema unei captari proiectata pentru extinderea provizorie a alimentarii cu apa a unei localitati din tara - la un debit de 10 dm3s in figura 215C
Din figura se observa ca in patul aluvionar al raului se executa o constractie permeabila care dreneaza apa ce se scurge prin subteran sau care se infiltreaza direct asupra constractiei In fata acestei constructii si deasupra ei se executa un blocaj din anrocamente care sa permita accesul mai bun al apei si totodata sa stabilizeze constructia contra efectului dinamic la ape mari (captarea lucreaza ca un prag de fund stabilizator)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 25
Captarea este relativ simpla usor de executat si cu rezultate bune in exploatare Trebuie insa data o atentie deosebita posibilei colmatari a zonei de acces la elementul drenant din cauza apei ce confine fibre de dimensiuni mici (celuloza si hartie) material ce se colmateaza etc
26 Captari din lacuri
Tara noastra nu dispune de lacuri naturale de volume importante care sa poata folosi drept sursa de apa Din aceasta cauza captarile vor fi analizate din punct de vedere al prelevarii apei din lacurile artificiale
In etapa actuala in tara noastra executarea de captari cu debite importante din majoritatea raurilor interioare nu se pot face fara o regularizare a debitului deoarece desi regimul precipitatiilor este relativ uniform (200-2000 mman) distributia in timp este foarte neuniforma Aceasta face ca in perioadele de primavara si toamna debitele sa fie foarte mari iar in perioada de vara si mai ales iarna debitele sa scada la valori extrem de mici cu totul insuficiente pentru alimentarea folosintelor Regularizarea debitelor se face prin lacuri de acumulare special create (bazine uriase cu volume de zeci de milioane-miliarde de metri cubi) care acumuleaza apa din rau in perioadele de viitura si permit folosirea acesteia la debitele dorite
Este insa evident ca un asemenea lac nu se poate crea decat printr-o constructie specials de blocare a albiei numita baraj constructie care prin amploare si efort de investitie pune probleme deosebite Din aceasta cauza executarea unor asemenea lucrari se face prin cooperare cu alti beneficiari lacul urmand sa aiba o folosinta complexa dupa cum urmeaza
bull va reduce viiturile si va permite protej area localitatilor si scoaterea unor suprafete de sub efectul inundatilor redandu-le circuitului agricol
bull volumul de apa acumulat confine o cantitate mare de energie hidraulica energie care poate fi transformata in cadrul centralelor hidroelectrice in energie electrica si data in circuitul energetic al tarii
bull o parte din volumul de apa acumulat poate fi preluat pentru irigarea unor importante suprafete de teren
bull parte din lac poate fi amenajat ca zona de agrement dezvoltand zona din punct de vedere turistic
bull se poate imbunatati regimul de curgere in aval cu efect si asupra calitatii apei
Din punct de vedere al alimentarii cu apa lacul are eel putin in prima perioada un efect favorabil apa prelevata fiind in general mai limpede si mai constants sub raport calitativ Aceasta presupune insa preluarea apei direct din lac (varianta I din figura 216) lucru care poate dezavantaja pe alti beneficiari (cei care se ocupa de producerea energiei de exemplu)
Pe de alta parte apa stationand mult timp in lac isi modifica calitatea iar prin descompunerea depunerilor si dezvoltarea unor microorganisme specifice apa poate sa capete gust neplacut (gustul este diferit de eel al apei de rau care este apa curgatoare) De aceea uneori apa este acumulata dar nu este captata din lac ci uzinata si lasata sa curga pe vechea albie pentru a se aera (varianta Il-a din figura 216) Solutia este
Figura 215 Captari speciale a - captare tiroleza b - captare cu galerie transversala pe fundul albiei c -
dren sub fundul albiei
favorabila in cazul in care utilizatorul de apa se afla la distanta mare Daca centrala functioneaza continuu atunci captarea se poate face in curent liber daca insa centrala (UHE) functioneaza in regim de varf (cum de obicei functioneaza asemenea centrale cateva ore in cursul zilei) atunci avalul inainte de priza trebuie prevazut un lac de compensare zilnica a debitelor lac care sa retina apa uzinata in regim neuniform si sa permita captarea unui debit relativ constant Cele doua variante aratate schematic in figura 216 trebuie comparate ca avantaje si dezavantaje
Priza de apa poate fi realizata in corpul barajului in aval de baraj sau in lac Elementele care conduc la stabilirea solutiei sunt
bull pozitia utilizatorului de apa fata de lac captare din lac daca acesta este amplasat amonte si departe de baraj in baraj sau aval pentru un consumator aval sau din alt bazin hidrografic
bull marimea lacului variatia nivelului apei in lac
bull existenta unei salbe de lacuri pe raul respectiv
bull utilizarea rationala complexa a apei acumulate (de regula la stabilirea amplasamentului lacului se statueaza si modul de folosire al apei)
bull tipul de baraj si simultaneitatea executiei barajului cu priza pentru folosinte de apa in general dupa executarea barajului priza poate fi numai in aval sau in lac
bull conditiile reale de teren trebuie tinut seama ca baraj ele cu lacuri mari de acumulare sunt situate in zona de deal - munte
bull conditiile rationale de tratare a apei obtinute din lac
261 Priza tn aval de baraj
Se poate executa oricand inainte si dupa executia barajului in forme si la debite adecvate Sunt posibile urmatoarele tipuri de captari
bull captari in curent liber de forma celor descrise anterior pe raul pe care debitul regularizat prin lac are valori mult mai mari
bull captari in baraj sau in lac in cazul in care lacul are ca principals folosinta alimentarea cu apa sau cand barajul este realizat pentru un lac de compensare a debitelor rezultate de la functionarea unor centrale hidroelectrice din amonte
bull captari in lac in cazul in care lacul compenseaza folosinta energetica iar beneficiarul este departe de baraj in amonte
262 Prize Tn corpul barajului
Sunt gandite si executate odata cu barajul astfel incat sa nu pericliteze siguranta in functionare a acestuia dar sa poata preleva apa de calitatea cea mai buna existenta la un moment dat in lac
In cele ce urmeaza sunt date exemple de captari de apa executate in baraj Daca barajul este din beton priza este de regula comuna cu barajul (figura 217)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 27
apa curgatoare Barajul care realizeaza lacul de compensare este din materiale locale cu un sistem de stavile pentru spalarea depunerilor de viitura (figura 219)
In figura 220 este schitata captarea dintr-un lac al carui baraj este executat din materiale locale cu miez de etansare din argila Captarea se executa total izolat de baraj (in malul natural sau in lac figura 221 - pentru a nu-i produce dificultati barajului prin exfiltrarea apei pe langa sistemul de transport al apei) si pentru ca priza sa nu aiba dificultati la tasari neuniforme ale barajului Apa captata din priza turn de la cote diferite functie de calitatea acesteia este evacuata prin conducte sau galerii amplasate in malul natural
Acest tip de captare poate fi aplicata si in alta pozitie in cuprinsul lacului pentru beneficiari riverani - amonte de baraj
Cand principala folosinta a lacului este de combatere a undei de viitura captarea poate avea o forma speciala (figura 222) Captarea este amplasata la o cota deasupra rezervei destinata acumularii depunerilor din lac si trebuie sa evite blocarea cu corpuri mari ce pot cadea prin apa intrucat nu este accesibila decat la ape mici - lac gol sau lac golit
263 Captari in lac
Se utilizeaza atunci cand in amplasament nivelul apei este asigurat intotdeauna deasupra unor valori limita Se pot practica o captare de tip turn (figura 221) cand debitul captat este important iar nivelul lacului relativ constant o captare plutitoare cand alimentarea cu apa este sezoniera sau conditiile de iarna nu sunt severe o captare de fund cand lacul este de adancime mare si cu un volum de apa important (figura 223a)
Captarea de fund este formata dintr-un sorb (pot fi prevazute mai multe asemenea constructii separate) asezat pe o confectie metalica stabila de tip tetrapod Se amplaseaza deasupra nivelului (apreciat) de colmatare si sub nivelul minim al apei din lac (acoperire mai mare pentru a o feri de plutitori) Zona captarii va fi balizata pentru a fi ferita de accesul plutitorilor si a putea fi usor reperata pentru control se marcheaza si zona de protectie daca este cazul Conducta de legatura (suficient de elastica daca are lungime mare) se lanseaza prin plutire si poate permite ridicarea prizei in caz de nevoie Captarea va fi amplasata la o asemenea adancime incat sa nu fie deplasata de valuri si totodata nu intr-o zona in care valurile pot pune in miscare depunerile de pe fund si deteriora calitatea apei Captarea este tipica pentru prelevarea apei din lacurile naturale (figura 223b)
Existenta lacurilor de acumulare ridicS probleme importante sub trei aspecte generale aspecte care pot influenta calitatea apei captate siguranta in functionare a prizei sau si a zonelor vecine
bull pentru lacurile mici problema cea mai importanta este legata de colmatarea cu aluviuni lipsa masurilor de protejare amenajare si stabilizare a solului in bazinul hidrografic conduce la antrenarea unei mari cantitati de sol (mai ales fertil) care blocheaza in scurt timp volumul lacului
bull pentru lacurile cu volum mediu (milioane de m3) problema cea mai importanta este eutrofizarea apei lacului
bull pentru lacurile mari (sute de milioane m3) problema importanta este imbdtrdnirea lacului (o eutrofizare lenta avand ca punct final obtinerea unei ape de calitate total deosebitS de aceea a raului din care pro vine)
Eutrofizarea lacurilor este o problema acuta a multor lacuri din zone de ses si colinare Cauza principals este aportul de substante fertilizante (fosfor carbon azot) Fosforul (adus in apa in special din apele uzate orSaenesti - neepurate adecvat) in cantitSti mici favorizeaza randamentul de functionare a fitoplanctonului care la randul lui favorizeazS fixarea azotului cu ajutorul bacteriilor Dezvoltarea fitoplanctonului favorizeazS dezvoltarea zooplanctonului si deci a populatiei de pesti
DacS fluxul energetic si aportul de substante este moderat atunci ciclul se incheie devine stabil si lacul isi pSatreaza calitatea de lac oligotrof (figura 224a) In cazul in care cantitatea de fosfor creste creste volumul de fitoplancton deoarece nu exista suficient azot si lantul se rupe Zooplanctonul si pesti mor substantia organicS creste bacteriile consumS oxigenul si lacul devine eutrof acoperindu-se cu vegetatie (care are rSdacinile in malul situat pe fundul lacului si frunzele la suprafata realizand fotosinteza figura 224b) Consumarea oxigenului de cStre substantele in descompunere si capacitatea redusa de aerare fac ca apa lacului sa aibS de regulS un continut mai redus de oxigen
Daca se reduce cantitatea de nutrient (in special fosforul) dupa un timp calitatea apei se imbunatateste neajungand insa la calitatea initials (se considers ca un continut Tn fosfor de 10-20 mgl este acceptabil)
Imbdtrdnirea lacurilor este fenomenul de modificare continuS a calitatii apei lacului ca urmare a noului echilibru ce se realizeazS intre aportul de substante si circulatia apei Apa care ajunge in lac este o apa cu continut ridicat de substante minerale si organice Acestea se depun se descompun intra in reactie formand substante noi cu continut de Fe N S C (H2S CH4) substante care modifies chimismul apei Pe baza aportului de substante si sub influenta luminii creste productia de masa organica (schema lacului oligotrof) Apare un fenomen nou de circulatie a apei in lac vara apa de la suprafata este calda deci mai usoarS toamna insa apa se rSceste devine mai rece decat apa de la fundul lacului (are cca 4degC sub 15 - 20 m temperature ramane relativ constants) deci devine mai grea (densitatea creste la scaderea temperaturii) si coboarS inlocuind apa mai calda de adancime apa care se ridicS (depunerile mai pot fi agitate si de valurile de la suprafata)
Pozitia captarii in lacurile adanci trebuie sa fie totdeauna in zona medie cu temperature relativ constants (6 - 12degC) si unde nu se simte direct influenta descompunerilor ce se produc la fundul lacului (sau tulbureala datS de depunerile rSacolite)
28 Procese de pre-tratare aplicarea de algicide
Algele sau cianobacteriile (algele verzi-albastre) din lacurile si acumularile de stocare pot crea probleme de gust si miros precum si aparitia unor substante ce provoaca imbolnaviri (toxine) Pentru controlul dezvoltarii algelor sau cianobacteriilor se pot folosi compusi care distrug algele (algicidele) Daca are loc un eveniment legat de utilizarea algicidelor (calitatea apei este afectata de utilizarea unui algicid) pot avea loc urmatoarele
bull daca se utilizeaza algicide in exces substanta chimica poate provoca imbolnaviri
bull daca volumul de alge sau cianobacterii este prea mare si nu poate fi controlat de algicid toxinele din alge cianobacterii pot provoca imbolnaviri
bull daca se utilizeaza ca algicid paiele de orz substantele din paie pot reactiona cu dezinfectantele si forma subproduse ce provoaca imbolnaviri
Aplicarea de algicide in sursa de apa poate prezenta riscuri pentru sanatatea si siguranta muncii operatorilor Acestea sunt recunoscute dar nu vor fi discutate deoarece astfel de riscuri fac obiectul legislatiei muncii si protectiei muncii Algele sau cianobacteriile din sursa de apa pot interfera cu functionarea statiei de tratare Un bun control al cresterii lor face sa se diminueze necesitatea pre-oxidarii Se reduce de asemenea cantitatea de dezinfectant ce se pierde in reactia cu algele sau cu substantele pe care acestea le elimina in apa
31 Alcatuirea statiilor de tratare a apei
Rolul statiei de tratare este de a corecta calitatea apei brute pana la atingerea cerintelor utilizatorului Exista o multitudine de procese de tratare care se utilizeaza in practica insa schema generala a unei statii de tratare (figura 31) cuprinde
bull trepte multiple de oxidare (pre-oxidare post-oxidare) cu scopul de a oxida compusi chimici dar si de a realiza bariere succesive in calea micro-organismelor
bull procese de limpezire a apei care constau in
o coagulare-floculare cu reactivi chimici in camere de reactie special amenajate
o decantarea apei pentru retinerea suspensiilor coagulate
o filtrarea pe strat de nisip pentru finalizarea procesului de limpezire
bull afinarea apei constituita din oxidare cu ozon urmata de adsorbtie pe carbune activ granular cu scopul indepartarii anumitor compusi chimici toxici
bull dezinfectia apei pentru indepartarea totala a virusurilor bacteriilor si altor micro-organisme din apa treapta obligatorie in Romania conform Legii privind Calitatea Apei Potabile nr 4582002
3
Pentru eliminarea duritatii se pot adopta scheme cu schimbatori de ioni sau cu reactivi chimici (var si soda) in functie de tipul duritatii (temporara sau permanenta)
Orice statie de tratare este deservita de anumite facilitati pentru intretinerea proprie Printre acestea se mentioneaza
bull statia de reactivi chimici cu rolul de a stoca prepara si doza reactivii necesari procesului de tratare (coagulanti floculanti agenti dezinfectanti corectie pH etc)
bull sisteme de spalare filtre rapide constituite din statii de pompe si de suflante
bull laborator pentru a determina corectitudinea procesului de tratare dar si calitatea apei produse
bull alte facilitati printre care se mentioneaza sisteme de recuperare a apei de la spalare filtre si a namolului din decantoare
311 Exemple de statii de tratare
O schema de tratare cu filtrare directa este prezentata in figura 32 Uzina de apa a orasului Los Angeles - SUA (Los Angeles Aqueduct Filtration Plant) are o capacitate instalata de 185 m3s filiera tratare fiind prezentata in cele ce urmeaza
bull pre-oxidare cu ozon 4 generatoare care produc 3780 kg CVzi (doza medie ozon 15 mgdm3) 4 bazine de contact (timp de contact minim 49 min)
bull coagulare (amestec rapid) 8 camere de reactie echipate cu agitatoare dinamice timp minim de amestec 086 s pentru doua camere inseriate Reactivi utilizati clorura ferica sulfat de aluminiu polimeri anionici si neionici soda caustica clor
bull floculare 36 camere de reactie lenta timp minim de reactie lenta 8 min pentru 3 bazine inseriate
bull filtrare 24 unitati (aria unei unitati A=160 m2) strat de antracit cu inaltimea de 24 m viteza de filtrare 175 mh care asigura un timp de contact de 10 minute
bull dezinfectie finala cu clor (doza maxima clor 56 mgdm3)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 3
Un alt exemplu de schema de tratare care nu cuprinde treapta de decantare este uzina de apa Ivry (Franta) modernizata in 1987 (debit instalat Q = 300000 m3zi) Dupa modernizare uzina cuprinde urmatoarele procese (figura 33)
bull pre-oxidare cu ozon doza uzuala 10 mg CVdm3
bull coagulare (amestec rapid) cu clorura ferica (5 - 10 mgdm3) si polimer anionic (0025 -005 mgdm3)
bull pre-filtrare faza I - (coagulare pe masa de contact) 18 unitati de 815 m2 strat biolit 10 m viteza de filtrare maxima 10 mh
bull floculare cu clorura ferica (2-6 mg Fe3+dm3) si polimer (005 - 10 mgdm3)
bull pre-filtrare faza II - nisip 22 unitati de 81 m viteza de filtrare 9 mh
bull filtrare lenta 30 cuve (23000 m2) viteza maxima de filtrare 13 mzi inaltime strat 07 m
bull post-ozonare timp de contact 4 minute doza uzuala 04 - 06 mg CVdm3
bull filtrare pe CAG inaltime strat 10 m viteza de filtrare 10 mh
bull dezinfectare finala cu hipoclorit de sodiu
In figura 34 este prezentata o schema tehnologica a unei uzine de apa aplicata in cateva mari uzine de tratare (Qgt2000 m3h) ce preiau apa bruta direct din fluviul Ruhr Schema asigura o eliminare optima a microorganismelor Concentratia de Cryptosporidium in apa raului Ruhr variaza de la 0 la 5 unit(100 dm3) iar concentratia chisturilor Giardia de la 8 la 250 unitdm3 Nu au fost detectate aceste organisme in treptele premergatoare dezinfectarii Se remarca prezenta treptelor de filtrare incepand cu filtrarea mecanica pe microsite in capatul amonte al filierei de tratare si continuand cu un pachet de trei trepte de filtrare (dublu strat carbune activ granular si filtre lente) care asigura o eficienta foarte mare din punct de vedere microbiologic
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 3
Figura 34 Filiera tehnologica uzina de apa Mulheim an der Ruhr
(Germania)
Un exemplu de schema tehnologica combinata (Q=32 m3s) este prezentata in figura 35 Apa bruta (fluviul Elba) este puternic incarcata in poluanti Filtrarea primara (bazine de infiltratie) reduce de cateva ori incarcarea microbiologica iar in cazul folosirii treptelor de floculare sedimentare si filtrare reducerea incarcarii microbiologice este de circa 9999
Prin curgerea in stratul subteran se obtine o apa ce se incadreaza in normele privind calitatea apei potabile Dezinfectia finala este aplicata pentru a preveni cresterea masei bacteriene in sistemele de distributie Uzina este prevazuta a fi modernizata cu treapta de oxidare cu ozon si filtre multistrat
In Elvetia sunt intalnite in principal scheme complexe de tratare avand la baza procese biologice (figura 36) Treptele de tratare clasice (pre-oxidare cu ozon coagulare-floculare filtrare rapida) sunt urmate de corectia pH-ului si postozonare in fmalul filierei de tratare se prevad reactoare biologice inseriate (filtre CAG activate biologic urmate de filtre lente) Se urmareste in principal reducerea indicatorilor biologici si bacteriologici prin reducerea concentratiilor de carbon organic asimilabil (AOC lt 10 ug Cdm ) Se remarca absenta dezinfectarii finale Se obtine o apa biostabila introducerea acesteia intr-o retea de distributie nu necesita prezenta unui dezinfectant rezidual Se asigura in acest mod o siguranta ridicata la consumator in ceea ce priveste potentialul de formare al trihalometanilor
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 3
33 Procese de oxidare
Procesele de oxidare pot fi intalnite in toate statiile de tratare in doua sectiuni caracteristice ale schemei
bull pre-oxidare in capatul amonte al filierei pentru oxidarea substantei organice plancton inactivare microorganisme obiectul principal este asigurarea functionarii optime a proceselor de tratare si evitarea contaminarii acesteia
bull post-oxidarea amplasat dupa procesele de tratare conventionale (decantare si filtrare rapida pe strat de nisip) urmareste oxidarea totala a micro poluantilor reducerea materiilor organice naturale si inactivarea totala in ape limpezi a compusilor biologici si bacteriologici
331 Pre-oxidare
In mod obisnuit se utilizeaza urmatorii agenti oxidanti clor ozon dioxid de clor 3311 Clorul(Ch)
Clorul se utilizeaza in mod uzual cu doze cuprinse in domeniul 1 - 3 mgl cu timp de contact minim Tc=30 minute in anumite situatii (inflorire algala sau poluare accidentala) dozele pot fi mai mari dar se urmareste evitarea formarii sub-produsilor organo-clorurati (de exemplu trihalometani THM) prin efectuarea de incercari pe apa sursei pentru a se stabili potentialul de formare
Clorul este adoptat frecvent datorita costurilor reduse implicate Reactia clorului trebuie urmarita cu atentie luand in consideratie agentii reducatori (H2S Mn2+ Fe3+) si materiile organice naturale in diagrama din figura 37 se poate urmari procesul de reactie al clorului in apa (clorare la breakpoint) Punctul critic se atinge daca raportul masic intre clor si amoniac variaza intre 81 -101 (teoretic 761)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 40
3312 Ozonul(03)
Ozonul este un gaz violet instabil care degaja un miros iritant caracteristic
Se produce prin descarcari electrice la diferente de potential ridicate intre doi electrozi intre care curge aer sau oxigen pur Eficienta productiei depinde de diferenta de potential frecventa caracteristicile materialului dielectric si spatiul care separa dielectricele Progresele tehnologice din ultimii 20-30 ani au condus la reducerea consumului de energie la 10 - 12 kWh 1 kg O3
Dozele uzuale de ozon sunt in gama 1 - 3 mgCVdm3 iar timpul de contact uzual este Tc=10 minute Se tinde spre adoptarea solutiei cu doua reactoare in serie ca in figura 38 Adancimea apei in reactoare poate atinge 6-75 m
Conceptual reactoarele de ozon functioneaza pe baza interceptarii curentului de apa descendent de catre voalul de bule mici de ozon in miscare ascendents
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
0
4
3313 Dioxidul de clor (CIO2)
Se poate obtine din clorit de sodiu si clor conform reactiei
2NaC102 + Cl2rarr2C102 + 2NaCl (31)
Stoechiometric 1 g dioxid de clor se obtine din 134 g clorita de sodiu si 05 g de clor
Este instabil si exploziv la temperaturi T gt (-40degC) Se produce imediat inainte de injectia in apa La 20degC si presiune partiala de 53 kPa solubilitatea este 4 gdm3
Avantajele utilizarii CIO2 sunt
bull nu formeaza sub-produsi de tip trihalometani (THM)
bull are putere oxidanta mai buna oxideaza fenoli si este foarte eficace la pH peste 85
Dozele utilizate frecvent 01 - 05 mgl timpul de contact fiind Tc = 10 min Se mentioneaza ca pentru doze mai mare de 05 mgl exista riscul formarii de sub-produsi de tip clorati
Reactoarele de pre-oxidare utilizeaza agitatoare mecanice (rezistente la coroziune) care asigura amestecul mecanic cu randamente ridicate intre apa de tratat si solutia de CIO2
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 4
332 Post-oxidare
In filierele de tratare se dezvolta din ce in ce mai mult conceptul de post-oxidare cu ozon pe apa limpezita dupa filtrele rapide de nisip pentru ca eficienta transferului creste se reduc dozele de ozon si oxidarea micro-poluantilor devine mai eficienta
incadrarea procesului de post-oxidare in schema statiei de tratare se realizeaza totdeauna ca infigura 310 n
Dozele de 03 in post-oxidare nu depasesc 2 mgl Principiile reactoarelor de ozon sunt identice cu cele utilizate in pre-oxidare
Post-oxidarea cu ozon combinata cu adsorbtia pe CAG este procesul (denumit afinare) capabil sa asigure
- eliminare totala compusi biologici microbiologici si micropoluanti
- reducere materiilor organice naturale astfel incat TOC lt 25 g Cl
- eliminare pesticide
333 Alegerea oxidantului
Alegerea oxidantului se bazeaza pe analiza calitatii apei caracterizarea marimii poluarii care poate apare (continut materii organice naturale carbon organic total numar de microorganisme perioade duraf deg ce aparitie)
Alegerea agentului oxidant are la baza costuri si implicatii in filiera tehnologica
Tabelul 35 Caracteristici principale Tn alegerea oxidantilor Nr crt
Oxidant Avantaje Dezavantaje
1 Clor-Cl2 - costuri reduse- cunoastere operare- este remanent (rezidual) in reteaua de
distributie
formeaza THM - necesita timpi de contact mari
2 Dioxid de clor - C102 - capacitate de oxidare mai ridicata in raport cu Cl2
- nu formeaza THM- este remanent (rezidual) in reteaua de
distributie
- necesita preparare si dozare instantanee- la doze prea mari poate forma cloraticosturi mai mari in raport cu Cl2
3 Ozon - 03 - cea mai mare capacitate de oxidare- nu formeaza THM
- necesita preparare si dozare instantaneeconsumuri energetice mari- poate forma subprodusi de tip bromaji sau
aldehide- nu este remanent (rezidual) in reteaua de
distributie
4
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 4
Figura 311 Fortele
ce actioneaza asupra
particulelor aflate Tn
apa
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
3511 Deznisipatoare
Sunt destinate sa retina particulele de tip nisip pentru protectia utilajelor din schema statiei de tratare Schema unui deznisipator orizontal este data in figura 313
Figura 313 Deznisipator orizontal longitudinal
1 Gratar 2 Bare de linistire 3 Nisa pentru reparatii Tn caz de avarie 4 Stavilar de intrare 5 Vane de golire 6 Stavilarde iesire 7 Galerie de golire
In zona de intrare a apei in deznisipator se monteaza un gratar rar pentru impiedicarea accesului corpurilor mari in interiorul bazinului Pentru linistirea curentului se monteaza bare verticale de linistire Peretii laterali ai deznisipatorului se executa cu evazare catre exterior pentru a permite preluarea impingerilor survenite din podul de gheata care se formeaza pe timp de iarna la suprafata bazinului Panta radierului bazinului trebuie sa permita evacuarea depunerilor in zona din aval a bazinului Evacuarea depunerilor se poate realiza cu mai multe sisteme
bull prin hidro-mecanizare cu scoaterea din functiune a unui compartiment
bull prin golirea totala a compartimentului (numai pentru debite foarte reduse)
bull cu electro-pompe speciale purtate de o grinda rulanta
3512 Decantoare statice
Sunt destinate surselor cu variatii mari de turbiditate la care 50 - 60 din suspensii sunt de natura minerala (gravimetrice) in figura 314 se prezinta schema unui decantor orizontal longitudinal Elementele principale ale bazinului sunt
bull zona de intrare in care se gaseste un perete de linistire a curentului in partea superioara respectiv canalul de evacuare a depunerilor in partea inferioara
bull decantorul propriu-zis cu radier cu panta catre basa de evacuare a namolului amplasata in zona incipienta a bazinului
bull zona de evacuare a apei decantate care este bordata de un gratar cu rolul impiedicarii accesului plutitorilor
Curatirea decantoarelor orizontale se realizeaza
bull Intermitent prin golire si evacuare depuneri hidraulic sau mecanic
bull Continuu cu ajutorul podurilor racloare care strang depunerile in base special amenajate
Dificultatile in operarea decantoarelor statice se pot sintetiza
bull sunt influentate de factori atmosferici vant gheata insorire
bull miscarea este turbulenta ca structura si particule fine pot fi repuse in stare de suspensie
bull echilibrarea fluxului hidraulic se realizeaza cu dificultate
bull eficienta retinerii nu depaseste 10-15 NTU la apa decantata
37 Filtrarea apei - generalitati
Filtrarea este procesul de limpezire finala a apei (stadiul II) la curgerea printr-un mediu poros de obicei format din nisip cuartos Procesul simuleaza infiltratia apelor superficiale in mediile poroase din subsolul pamantului Procesul este cunoscut si aplicat de mult timp (primul brevet s-a emis in 1830)
Schema generala (figura 323) indica filtrul ca fiind format dintr-un bazin (cuva) in care apa curge in sens descendent traverseaza mediul poros sustinut de un drenaj si ajunge intr-un rezervor de apa filtrata amplasat sub drenaj Sistemul este dotat cu toate instalatiile de introducere -prelevare apa preaplin si golire
Parametrii fundamentali ai procesului de filtrare sunt
bull viteza de filtrare definita (ca viteza aparenta) cu relatia urmatoare
vF = Q A [ m h ] [mzi] (313)
In care
Q - debitul de apa filtrata
A - suprafata orizontala a stratului filtrant in
functie de viteza de filtrare se pot clasifica in
o filtre lente (biologice) - VF = 01 - 025 [mh]
o filtre rapide - vF = 4 - 10 [mh|
o filtre ultra-rapide
bull mediul filtrant - in general nisip cuartos care sa realizeze prin uniformitatea granulelor un volum de goluri in care sa se acumuleze suspensia retinuta din apa caracteristicile sunt diferite pe tipuri de filtre
bull pierderea de sarcina (hr) exprimata ca diferenta intre nivelul apei in cuva filtrului si nivelul apei in rezervorul de apa filtrata este data de colmatarea stratului si este variabila in timp
49
38 Filtre lente
Se bazeaza pe formarea unei membrane biologice constituita din colonii de bacterii aerobe -amplasata la suprafata stratului de nisip (pe primii 2-3 cm) Elementul fundamental este dezvoltarea membranei (in 1 - 3 zile) functie de caracteristicile apei Dupa o perioada (30 - 50 zile) membrana se colmateaza si incepe sa se rupa degradand calitatea apei Aceasta se razuieste (se curata) manual sau mecanic si procesul este reluat In figura 52 se indica schema unui filtru lent
Dispoizitiv de curatat_____________________________membrana biologtca
Figura 325 indica tipurile de organisme care pot fi intalnite pe o adancime de 30 cm in nisipul filtrului lent
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
Nisipul din filtrul lent trebuie sa aiba urmatorii parametri
bull granulozitatea in domeniul dg = 035 - 050 mm
bull coeficientul de neuniformitate ult 15
(314)
In care d6o - diametral ochiurilor sitei prin care trece 60 din materialul cernut
d1o - diametral ochiurilor sitei prin care trece 10 din materialul cernut
01
50
bull inaltimea stratului de nisip H=90-100 cm cand grosimea stratului de nisip ajunge dupa curatiri succesive la 70 - 80 cm este necesara completarea la inaltimea initiala
Solutia filtrelor lente se prevede la debite relativ mici (max 10000 m zi) si surse de apa in general curate (lipsite de alge culoare poluanti toxici) Se pot obtine rezultate performante la ape necoagulate Operarea sistemelor de filtre lente este simpla Procesul de filtrare lenta este asimilat cu procese fizice si biologice Acestea din urma necesita o atentie si urmarire continua in etapele de operare a filtrelor in special referitor la starea coloniilor de bacterii aerobe din membrana biologica
310Filtre rapide
In figura 326 se prezinta schema unui filtru rapid Acesta este constituit din urmatoarele elemente componente
bull sistem admisie apa in cuva - are rolul echirepartitiei debitului catre cuvele de filtre
bull stratul filtrant peste care exista un strat de apa
bull drenaj cu rolul de a sustine stratul filtrant si de a transforma bulele mari in bule fine in procesul de spalare inversa
bull sistem de mentinere a nivelului apei in filtru (pentru filtrele cu functionare in sistem nivel constant si debit variabil)
bull statie de pompare apa de la spalare filtre si statie de suflante
bull instalatii hidraulice grupate in galeria tehnologica cu rolul de a asigura toate utilitatile necesare functionarii corecte a procesului (conducte si vane apa filtrata apa spalare aer spalare preaplin golire etc)
bull rezervor de apa filtrata amplasat de obicei sub toata statia sau in anumite cazuri numai sub galeria tehnologica
Procesul consta in doua etape
bull filtrarea apei parcurgand in sens descendent stratul de nisip si drenajul
bull spalarea filtrului in sens ascendent in doua faze distincte
o faza 1 (durata Ti=5-10 min)
o faza 2 - limpezire (durata Ti=10-15 min)
51
in ultimii 30-40 de ani in lume a existat o preocupare constants pentru perfectionarea procesului in sensul obtinerii performantei in calitatea apei filtrate (turbiditatea sa se incadreze in domeniulOl - 10 NTU)
Mecanismele de retinere in filtrele rapide se pot sintetiza ca in schema urmatoare
3101 Mediul filtrant
Calitatile materialului filtrant sunt urmatoarele
bull domeniul de granulozitate dg = 085 - 2 mm
bull coeficientul de neuniformitate u=d6odio lt 15
bull fractiunile inferioare diametrului 085 mm si superioare dmax 2 mm inferioare procentual la 10 in greutate
bull diametrul efectiv def = dio = 09-1 mm
bull sa realizeze un numar de goluri (porozitate) mare (pgt40)
bull forma granulelor apropiata de sfera pentru obtinerea unui grad de acoperire ridicat
bull continut de roci cuartoase recomandabil peste 95
bull sa aiba duritate (gt 7 in scara Mohs) pentru a nu se sfarama la spalare
Calitatea materialului filtrant influenteaza viteza de filtrare O serie de studii au indicat domeniul optim de granulozitate al nisipului de filtru conform figurii 328
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 52
3102 Calitatea influentului fn corelatie cu materialul filtrant
Pentru realizarea unei retineri eficiente a suspensiilor se impune ca in influentul filtrelor acestea sa fie floculate Aceasta se caracterizeaza prin coeficientul de coeziune al suspensiilor floculate (namol retinut) aceasta caracterizeaza capacitatea de rezistenta la forfecare si depinde de doza de floculant si natura (minerala sau organica a suspensiilor)
Procesul de optimizare a filtrarii rapide a apei ia in considerate principiul un filtru va functiona optim cand va produce cea mai mare cantitate de apa intre doua spalari succesive aceasta se va realiza cand timpul in care se atinge pierderea de sarcina limita este egal cu timpul in care se calitatea apei filtrate se inrautateste la limita maxim acceptabila (Ti = T2) sau penetrarea impuritatilor in interiorul masei filtrante se va efectua cu aceeasi viteza cu care creste pierderea de sarcina Expresiile celor doua perioade au fost determinate de cercetatorii Richard si Croce-Spinelli
Tx = a bull σ - 0 9 5 bull k-075bull def-045bull h0
n95bull v -185 (316)
T l = b bull σ-075 k - 0 7 5 bull dlef
1 5 Δhr05 bull vF
-065 (317)
In care Ti - perioada in care turbiditatea apei filtrate atinge valoarea limita (1 NTU)
T2 - perioada in care se atinge pierderea de sarcina limita (15 - 18 m)
a b - coeficienti empirici (experimentali)
hn - grosime strat nisip
Δhr- viteza de crestere a pierderii de sarcina
INSPECTIA SANITARA SI MOMTORIZAREA CALITATII APEI
VF - viteza de filtrare
k - coeficient de coeziune al namolului
a - depozitul specific (volumul de suspensii raportat la volumul de material filtrant)
Se constata ca fiecare filtru poate conduce la un ciclu optim functie de calitatea nisipului grosimea stratului calitatea flocularii suspensiilor din apa influenta si viteza de filtrare
3103 Variatia pierderii de sarcina
Urmarirea pierderii de sarcina este importanta pentru ca poate pune in evidenta functionarea filtrului Operarea optima a unui filtru se realizeaza prin urmarirea in timp a variatiei pierderii de sarcina si turbiditatii Masurile pentru realizarea acestui optim sunt
53
bull reducerea vitezei - cele mai performante filtre lucreaza cu viteze de filtrare variabile astfel incat colmatarea stratului sa se realizeze fara socuri
bull adaugarea unui polimer (doze 01 - 02 mgl) in influent pentru a mari rezistenta particulelor floculate
bull imbunatatirea calitatii nisipului
Presiune (m col H20)
Figura 329 Estimarea pierderii de sarcina Tn
stratul filtrant
3104 Spalarea filtrelor
Se realizeaza in contra curent de apa si aer comprimat Elementele tehnice care intervin esential in obtinerea performantelor spalarii sunt
bull calitate drenaj - din punct de vedere al uniformitatii debitelor de apa si aer
bull colectarea uniforma a apei de la spalare
bull metoda de spalare care sa asigure eliminarea totala a suspensiilor retinute in strat cu resurse minime
bull drenaj de mare rezistenta hidraulica (cu placi cu crepine)
Se bazeaza pe principiul introducerii unei rezistente hidraulice de 15 - 20 cm coloana de apa (reducerea brusca de sectiune la intrarea apei in tija crepinei) care asigura uniformizarea intensitatilor de spalare pe suprafata cuvei (abateri de plusmn 3-5) In figura 330 se prezinta schema drenajului cu placi cu crepine
Se pun conditii severe din punct de vedere constructiv pentru realizarea drenajului
bull asigurarea etansarii perfecte
bull asigurarea cotei exacte si unice pentru pozitia orificiilor de aer
bull rezistenta cosurilor crepinelor
bull asigurarea formarii unui nivel de separatie apa - aer uniform si constant pe toata suprafata cuvei
Cele mai performante filtre din punct de vedere al spalarii sunt filtrele cu baleiaj la spalare (figura 331)
INSPECTIA SANITARA SI MOMTORIZAREA CALITATII APEI
55
55
in perioada de spalare a filtrului nivelul in cuva se afla la cota NS jgheaburile J nu mai deverseaza si prin orificiile de la baza jgheaburilor se creeaza un curent de baleiaj (1-2 dm3sm2) cu apa decantata care impinge suspensiile spre jgheabul de colectare Se reduc astfel timpii de spalare (cu 50) si intensitatile si volumele de apa de spalare
Prin curgerea ascendenta a aerului masa de nisip vibreaza si peliculele de namol se desprind de granule Curentul ascendent de apa le antreneaza Spalarea numai cu aer induce vibrarea masei de nisip si depunerea namolului in zona inferioara a stratului De aceea este contraindicata spalarea numai cu aer in faza 1
In general echipamentele pentru asigurarea debitelor apa de spalare se adopta un utilaj (pompa) in faza 1 si inca o pompa de acelasi tip pentru faza a Il-a
3105 Asigurarea repartitiei uniforme a influentului
Pentru asigurarea repartitiei uniforme a apei decantate se utilizeaza diverse sisteme Cel mai performant este sistemul cu deversori neinecati conform cu schema din figura 332
3106 Sistemele hidraulice
Sistemele hidraulice asigura deservirea statiei de filtre atat in procesul de filtrare cat si in procesul de spalare Acestea se vor dimensiona conform vitezelor economice prezentate in tabelul urmator
3107 Reglajului debitului si nivelului de apa in cuva
Pentru filtrele care functioneaza cu nivel constant si debit variabil este foarte important ca nivelul apei in filtru se fie mentinut pseudo-constant Aceasta se asigura cu diverse sisteme de plutitori (regulator de nivel amonte) care comanda vana de pe conducta de apa filtrata sau cu sisteme electronice si hidraulice conform figurii 333
Figura 333 Sistem de reglare electronic al nivelului apei Tn filtru
Legends 1 Strat filtrant 2 Vana apa filtrata 3 Parghie comanda vana 4 Electrovana de comanda 5 Regulator electronic 6 Senzor de presiune pentru nivel filtru 7 Senzor de presiune sub planseu 8 Potentiometru 9 Indicator de
colmatare 10 Alimentare cu fluid de comanda
313 Afin area apei
Procesul de afmare a apei este constituit din combinatia intre procesul de post-oxidare cu ozon a apei filtrate urmat de adsorbtie pe carbune activ granular
3131 Post-oxidarea cu ozon
Ozonul (O3) se obtine din aer sau oxigen supus la descarcari electrice printr-un dielectric In figura 334 se prezinta un element dintr-un ozonor
figura 334 Element tubular de ozonor
1 - Intrare gaz vector (aeroxigen) 2 3 - Electrozi 4 - Dielectric 5 - Spatiu de descarcare electrica 6 - Gaz vector +
ozon 7 - Apa racire
Diferentele de potential la care se lucreaza sunt cuprinse intre 6000 - 18000 V functie de natura si grosimea dielectricului marimea spatiului de descarcare si presiunea absoluta de functionare
Concentratiile de ozon in gazul vector obisnuite sunt
bull 10-40gm - in cazul utilizarii aerului
bull 10-140 gm3 - in cazul utilizarii oxigenului
Pentru a realiza concentratii optime si stabilitatea procesului se cere punct de roua -60degC -80degC
Energia specifics pentru productia de ozon
bull 13-18 kWhkg O3 - produs din aer
bull 8-10 kWhkg O3 - produs din oxigen
Actiunea O3 asupra apelor de consum se poate sintetiza
bull imbunatatirea calitatilor organoleptice (gust miros culoare)
bull activitate bactericide si virulicida
bull oxidarea materiilor organice
bull oxidare micro-poluanti
bull imbunatatirea biodegradabilitatii in amonte de CAG
3132 Adsorbtie pe carbune activ granular (CAG)
Carbunele activ se poate obtine din carbuni minieri sau din coaja de nuca de cocos Majoritatea carbunilor minieri pot fi convertiti in carbune activ insa proprietatile carbunelui activ depind esential de calitatea initiala a carbunilor in special in ceea ce priveste duritatea acestora in acest sens se utilizeaza adesea coaja nucilor de cocos pentru fabricarea carbunelui activ
Exista o multitudine de procese de fabricare a carbunelui activ insa eel mai dezvoltat este piroliza urmata de activarea cu gaze de oxidare Piroliza (carbonizarea) presupune incalzirea materialului la temperaturi intre 600 si 900 degC in absenta aerului Pentru obtinerea unei porozitati ridicate se pot utiliza adaosuri de cloruri metalice (de exemplu ZnCl) Piroliza poate reprezenta unicul pas de activare in cazul in care se doreste obtinerea unui material cu 0 porozitate ridicata
A doua etapa este cea de oxidare care se realizeaza de obicei cu abur sau uneori cu aer Temperaturile sunt uzuale in gama de 600 - 900 degC Pe parcursul acestei etape se realizeaza 0 erodare a suprafetei interne a carbunelui si dezvoltarea unei retele extensive de micropori care cresc capacitatea de adsorbtie
58
Printre proprietatile principale ale carbunelui activ se enumera continutul de cenusa umiditatea densitatea marimea particulelor duritatea volumul si distributia dupa marime a porilor suprafata interna
31321 Continutul in cenusa
Continutul in cenusa este reprezentat de reziduul obtinut prin calcinarea la temperatura de 954 degC timp de 3 ore in aer Uzual continutul de cenusa variaza intre 3 si 10 Pentru reducerea cantitatii de cenusa se poate utiliza spalarea cu acid
31322 Umiditatea
Umiditatea se determina prin uscarea in cuptor timp de 3 ore a unei cantitati de 5 sau 10 g de carbune activ la temperatura 150 degC Se determina greutatea inainte si dupa uscare si racire in exicator Umiditatea in vrac a carbunelui activ este recomandabil sa fie limitata la maxim 5
31323 Densitatea
Sunt mai multe tipuri de densitati printre care se mentioneaza densitatea in vrac densitatea aparenta densitatea particulei si densitatea reala Densitatea in vrac sau densitatea aparenta reprezinta greutatea carbunelui activ uscat raportata la volumul pe care acesta il ocupa Aceasta se determina prin umplerea unui cilindru cu volumul de 100 ml cu carbune prin cadere libera dintr-o masina vibratoare si cantarirea volumului respectiv Valorile uzuale sunt in gama 05 - 06 gml pentru carbune activ fabricat din carbune minier respectiv 024 - 030 mg1 pentru carbune activ fabricat din lemn
Densitatea particulei reprezinta densitatea unei particule singulare Volumul pe care se bazeaza include volumul porilor precum si volumul materialului Densitatea particulei se determina in mod uzual cu mercur la presiunea atmosferica (mercurul umple spatiile goale din particula de carbune activ dar nu umple porii) Valorile uzuale sunt in gama 074 - 080 gml
Densitatea reala sau densitatea scheletului este cea determinate numai pe materialul (carbunele) propriu-zis Pentru determinarea acesteia se utilizeaza uzual o metoda de inlocuire cu heliu (heliul intra practic in toti porii materialului) Valorile uzuale sunt in gama 21 - 22 gml
31324 Marimea particulelor
Aceasta se determina prin cernerea a 100 sau 200 g de carbune printr-un sistem de site mecanice timp de 10 minute dupa care se cantaresc retinerile pe fiecare sita in parte Carbunele activ pudra se incadreaza de obicei in domeniul 005 mm - 15 mm
31325 Friabilitatea
Capacitatea carbunelui activ de a rezista la abraziune este unul dintre parametrii cei mai importanti Procedura de determinare a friabilitatii carbunelui activ presupune determinarea granulozitatii acestora inainte si dupa testul propriu-zis care consta in concasarea succesiva a carbunelui intr-un recipient alaturi de bile de otel inoxidabil Valorile uzuale ale indicelui de friabilitate sunt 65 - 80 (practic 70 - 75) ceea ce atesta faptul ca materialul este foarte usor friabil si este necesar atentie la procedura de spalare
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATIIAPEI 59
31326 Volumul si distributia dupa marime a porilor
Volumul porilor reprezinta volumul total al porilor din particula de carbune activ granular raportat la greutate Valorile uzuale sunt de ordinul 08 - 12 mlg pentru carbune activ fabricat din carbuni minieri respectiv 22-25 mlg pentru carbune activ fabricat din lemn Volumul total al porilor poate fi determinat printr-un test de adsorbtie cu azot desfasurate astfel incat azotul condensat sa intre in totalitate in porii carbunelui
Carbunele activ confine o structura complexa de pori de forme si marimi diferite Porii au de obicei o geometrie neregulata si sunt interconectati Dimensiunile porilor sunt uzual intre 10 A si 100000 A (001 cm) Distributia dupa marime a porilor depinde de tipul de material utilizat si de metoda si de durata procesului de activare
31327 Suprafata internaSuprafata interna a materialelor poroase in general se determinS cu ecuatia BET stabilita de
Brunauer Emmett si Teller Ecuatia descrie formarea de strate multiple de gaz condensat care apar atunci cand un gaz adsorbabil (de exemplu azotul) este in contact cu materialul poros Intr-un astfel de test se utilizeaza azot la temperatura de fierbere si presiunea atmosferica (-196 degC sau 77 K)
Ecuatia BET (expresia 318) a fost derivata presupunand urmatoarelebull rata de condensare a moleculelor din primul strat este egala cu rata de evaporare a
moleculelor din zonele acoperite cu un singur strat de moleculebull caldura de adsorbtie peste primul strat este constants si egala cu caldura de lichefiere
qqm=b(PPS)(1-PPs)(1-PPS+bPPS) ( 3 1 8 )
In care Ps - presiunea de vaporizare la saturatie la temperatura utilizata in test uzual 1 atm
q - cantitatea de substanta adsorbita la presiunea P
qm - cantitatea de substanta adsorbita numai cand se constata acoperirea totala a suprafetei cu un strat monomolecular
b - constanta determinata experimental
In figura 336 se prezinta o relatie tipica intre marimea porilor si suprafata totala Suprafata cumulativa este data de insumarea suprafetelor tuturor porilor cu un diametru dat sau mai mare Se remarca faptul ca marea majoritate a suprafetei este atribuita porilor de mici dimensiuni
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI60
3133 Teste uzuale de adsorbtie
In practica se utilizeaza o serie intreaga de teste pentru a determina capacitatea de adsorbtie pentru diferite tipuri de carbune activ Printre acestea se mentioneaza
- Indicele Iod reprezinta cantitatea de iod in miligrame pe gram adsorbit de un carbune activ la echilibru cu o solutie I2-KI cu concentratia 002 N indicele iod indica suprafata totala a porilor cu diametru de 10 A sau mai mare valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 800 - 1000 mgg
Indicele Melasa reprezinta un indicator al puterii de decolorare a carbunelui activ granular in contact cu 0 solutie de melasa la fierbere indicele melasa este in stricta legatura cu suprafata totala a porilor cu diametrul mai mare de 28 A valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 200 - 300
- Indicele Albastru de Metilen reprezinta cantitatea de albastru de metilen adsorbita de 1 g de carbune activ la echilibru in contact cu o solutie cu concentratia 1 mg1 de albastru de metilen Albastrul de metilen are greutatea moleculara 320 si indica suprafata totala a porilor cu diametrul de 15 A
- Activitatea tetraclorurii de carbon tetraclorura de carbon CC14 este un compus molecular mic si poate intra in toti porii In acest test un curent de aer este saturat cu CCI4 la 0 degC si este trecut printr-un strat de carbune activ mentinut la 25 degC pana cand nu se mai detecteaza nici o schimbare in greutate Activitatea este greutatea CCI4 adsorbita pe unitatea de greutate de carbune activ exprimata procentual Valorile uzuale ale acestui indicator sunt in gama 60 -80
- Indicele butan este similar activitatii tetraclorurii de carbon valoarea acestuia este exprimata grame de butan adsorbite pe 100 ml carbune activ valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 7 - 8 g 100 ml carbune activ
- Indicele FINAD stabilit de cercetatorul C Gomella si reprezinta un produs al mai multor indici F - fenol I - iod N - indol A - antipirina D - detergent
316 Deferizarea si demanganizarea apei
Fierul (Fe) si manganul (Mn) sunt elemente care se gasesc frecvent in mediul subteran si in apa apar in concentratii pana la 10 mg1 (Fe) si 2 mg1 (Mn) Prezenta fierului si manganului in apele potabile pot genera urmatoarele probleme
bull produce gust metalic dezagreabil
bull coloreaza tesaturile si echipamentele sanitare
bull formeaza precipitate in conducte care favorizeaza dezvoltarea bacteriilor feruginoase (Chrenothrix) acestea modifica regimul hidraulic calitatea apei distribute si favorizeaza fenomenele de coroziune
3161 Echilibrul fierului si manganului in apa
Fierul si manganul sunt prezente dizolvate in solutiile apoase sub forma Fe2+si Mn2+ Concentratia in oxigen a apelor subterane care contin Fe si Mn este nula Din namolurile situate in
2+ ~
zona anaeroba din hipolimnion se elibereaza ioni de Fe2+ si Mnz+ in apele lacurilor In numeroase ape naturale se remarca prezenta Fe3+ asociata cu substantele humice Stabilitatea fierului si manganului in apa depinde de numeroase variabile
bull pH-ul apei
bull concentratia diferitelor elemente chimice
bull potentialul de oxido-reducere (Eh) al solutiei
In figura 341 se prezinta diagrama de stabilitate a formelor fierului in solutie in aceasta diagrama o curba (linie) reprezinta locul geometric pentru care concentratia celor doua substante este aceeasi De exemplu linia 1 reprezinta solutia pentru care O2 si H2O au aceeasi valoare Aria cuprinsa intre curbele 1 si 2 reprezinta aria de stabilitate a compusilor de Fe Chimia manganului este asemanatoare cu cea a Fe Astfel la pH si Eh reduse Fe si Mn sunt stabile in forme bivalente
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
bull piesa de fund decantorul este o prelungire a coloanei de filtru cu o lungime de 2 - 5 m are rolul de a permite nisipului - care este antrenat de apa din strat normal sau accidental in timpul functionarii putului - sa se decanteze Periodic aceasta poate fi scos cu o lingura specials sau prin pompare
bull instalatia hidraulica este alcatuita in mod similar cu cea de la putul sapat Pentru a se asigura o colectare relativ uniforma a apei prin toata coloana de filtru este bine ca elemental de captare a apei din put (capatal liber al conductei de sifonare pompa submeribila) sa fie amplasat in jumatatea de jos a coloanei de filtru intr-o portiune a acesteia fara orificii (de cca 2 m) Uneori poate fi amplasat si la partea de sus a decantorului - atanci cand coloana de filtru a putului are o lungime mica Piesa care face trecerea de la conducta verticals la cea orizontala si care se mai numeste si casca putului este demontabila pentru a putea fi scoasa la deznisipare sau alte operatiuni de intretinere a putului
In cazul in care puturile vor fi echipate cu pompe individuale este obligatoriu ca pe conducta de refulare din put inainte de vanS sa se prevada un clapet de retinere Aceasta are rolul de a nu lasa apa din colector sa intre in put in cazul in care dintr-un motiv oarecare pompa nu mai functioneazS In orice caz dupS orice oprire pompele vor fi repornite (dupa regulile de pornire stabilite ale unei pompe centrifuge) altfel existand riscul innisipSrii si deteriorSrii putului intrucat din cauza coloanei de apa cu inSltime micS pompa tinde sa absoarba brusc un debit mare de apa (deci viteza de intrare in coloana putului poate depasi viteza admisibila)
223 Sistemul de colectare prin pompare
La debite mici si adancimi ale apei peste 20 m se folosesc pompe submersibile (pompa si motorul sunt executate monobloc si introduse in put fiind sustinute de conducta de refulare) iar
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
1
1
pentru debite mari si la adancimi sub 20 m se folosesc pompe cu ax vertical cu motorul in mediu uscat (amplasat in cabina supraterana) si pompa cufundata in apa In ultimul caz transmiterea cuplului motor se face prin intermediul unui arbore amplasat in axul conductei de refulare Linia piezometrica la sistemul de colectare cu pompe este aratata in figura 26 pentru doua situatii cu pomparea direct din put intr-un rezervor de inmagazinare respectiv cu pozarea unei statii de pompare intermediare prevazuta cu pompe cu ax orizontal Cea de-a doua varianta conduce la economii de energie
In cazul echiparii cu pompe este esential ca (1) debitul pompei sa fie eel mult egal cu debitul maxim al putului (2) pompele sa functioneze in regim constant in timp (3) dupa oprirea pompelor reporairea sa se faca manual cu respectarea regulilor generale si deschiderea vanei de refulare sa nu permita preluarea unui debit mai mare decat debitului putului
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 1
224 Captari cu dren
Drenul este un element constructiv permeabil orizontal nevizitabil (dren propriu-zis) sau vizitabil (galerie) care asezat in calea curentului subteran de apa il capteazS si conduce apa captata spre unui din capete la un put colector Prin urmare drenul indeplineste un rolul dublu
bull captarea apei din strat
bull transportul acesteia la putul colector Elementele
principale ale drenului sunt date in figura 27
Figura 27 Elementele captarii cu dren de coasta a - plan b - profil longitudinal prin dren c -
sectiune transversala tip d - detaliu de tub pentru dren
Pe o directie aproximativ perpendiculars pe directia de curgere a curentului de apa subteranS se sapa un sant de lStime convenabilS - sapSturS taluzatS in cazul in care debitul stratului este mai mic iar stratul este format din material grosier (pietris nisip mare) sau sapStura sub protectia a doi pereti de palplanse din lemn metal sau beton armat (mai rar) infipte in prealabil panS la stratul de bazS dacS stratul acvifer este puternic (bogat) iar materialul din strat confine in cantitate mare fractiuni fine SApStura se executS panS la stratul de bazS cand drenul perfect se aseazS chiar pe strat sau nu cand drenul se aseaza deasupra stratului de baza (dren imperfect) el captand numai o parte din apa stratului
Daca drenul este amplasat la baza unui strat acvifer a carei panta piezometrica in regim natural este mai mare de 001 drenul se numeste dren de coasta si se considers ca primeste apa dintr-o singurS parte iar dacS drenul este amplasat in strat acvifer cu panta piezometrica mai mica (ilt00l) drenul se numeste dren in bazin si se considers cS primeste apa din ambele pSrti
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 1
Dupa nivelarea fundului sapampturii (executatS cu panta de minim lo data in proiect) se monteazS tuburile de drenaj de obicei din beton dar pot fi si de argila arsa zidarie de piatrS azbociment bazalt etc
Daca se considers necesar se executa in prealabil un strat de beton de egalizare (de cca 10 - 20 cm) Tuburile se aseaza cap la cap (preferabila folosirea tuburilor cu talpS) fScand sau nu etansarea capetelor La circa 50 m distanta se lasa loc pentru executarea caminelor de vizitare care au radierul cu circa 50 cm mai coborat decat cota radierului tubului pentru a asigura un mic volum de depozitare a nisipului (antrenat eventual de apa) Diametrele tuburilor cresc spre putul colector schimbarea de diametre se face obligatoriu in dreptul unui cSmin intre 2 cSmine traseul drenului trebuie sa fie rectiliniu dar pe ansamblu drenul poate fi format dintr-o serie de aliniamente care se intersecteaza sub diferite unghiuri (mai mari de 90deg) Tubul de drenaj are orificii in jumStatea superioara orificiile sunt conice cu dimensiunea mai mica la exterior pentru a permite materialului granular care a intrat in orificii sa cada in dren Jumatatea de jos a drenului serveste pentru transporrul apei
In jurul tubului-dren se prevede un filtru invers din straturi de minim 10 cm grosime Straturile au marimea granulelor stabilitS ca la un filtru invers Un filtru invers este o succesiune de straturi din material granular asezate astfel incat granulele unui strat sa nu treaca prin golurile stratului urmator in sensul in care circulS apa Pentru a avea indeplinitS aceasta conditie este suficient ca raportul intre diametrele medii a doua straturi adiacente sa fie maxim 4 -5
Peste straturile filtrului invers se face umplutura din material local bine compactat daca este cazul extragand si palplansele o data cu avansarea umpluturii acestea se pot scoate si ulterior folosind insa un utilaj mai puternic si avand grijS sa nu se deterioreze stratul interior de material
La circa 50 cm deasupra nivelului stratului de apa se executa cu una sau doua pante o saltea de argila de circa 30 cm grosime Rolul sau este de a devia apele din precipitatii ce tind sa se infiltreze spre dren direct prin zona de umplutura care este mai prealabila Se continua umplutura peste saltea se compacteazS si se lasa cu bombament pentru ca la o eventualS tasare in timp sa nu ramana un sant superficial in care sa bSlteascS apa Se amenajeaza caminele cu umplutura de 50 cm peste nivelul apei de inundatie la asigurarea de 1 se executa putul colector si se echipeazS cu o stavilS de perete si un deversor triunghiular la debusarea drenului in cazul drenurilor lungi putul colector se aseaza la jumatatea frontului obtinand un dren cu doua ramuri care pot fi sau nu simetrice dupa particularitStile drenului Putul colector poate servi numai ca bazin de aspiratie pentru pompe (inaltimea stratului de apa de circa 10 - 120 peste sorb) cat si ca statie de pompare in care caz partea de deasupra se amenajeaza corespunzator
Daca apa captata contine substante care precipita usor in contact cu aerul (saruri de fier mangan) si se depun pe peretii drenului riscand sa-1 colmateze in timp atunci drenul se executa vizitabil Pentru a permite circulatia personalului de intretinere se executa si o mica pasarela in lungul drenului La drenuri ce capteazS apa potabila vor fi luate masuri de protectie sanitara
226 Tratarea apei din surse subterane
Calitatea apei subterane este influentatS de urmStorii parametri
bull nature mineralogies si geologicS a subsolului terenului in care se formeaza (sau curge)
bull calitatea apelor infiltrate de la suprafata terenului (numai pentru strate freatice)
In functie de influenta pe care apele meteorice o au asupra calitatii apei subterane straturile acvifere se clasifica in
bull strate freatice cantonate la adancimi mici sub suprafata terenului calitatea apei este influentatS direct de infiltratiile de la suprafata terenului sau exfiltratii din sisteme pozate subteran (retele canalizare fose conducte de petrol si gaze)
bull strate captive situate la adancimi de la 50 m la 150 - 200 m in subsolul terenului calitatea apei este putin (deloc) influentatS de apele infiltrate de la suprafatS
Acumularea si circulatia apei intr-un strat determina preluarea caracteristicilor rocilor stratului Se stabileste un echilibra intre caracteristicile apei si compozitia terenului in care este stocatS (sau curge) Rocile compacte cu fisuri sau caverne dau apei continut de gaz carbonic carbonati CO2 Principalele caracteristici ale apelor subterane se pot sintetiza
bull temperature - relativ constants ~ 10 -12degC
bull turbiditatea (MTS) - redusanula
bull culoare - data de materiile in solutie (acizi humici)
bull mineralizare - constants superioara apelor de suprafata
bull Fe Mn (bivalenti) - in general prezenti
bull CO2 agresiv - adesea prezent
bull O2 dizolvat - redusabsent
bull H2S - prezent in special in apele de adancime de carst
bull NH4 - prezent frecvent fara indice poluare
bull NO3 - continut ridicat pentru stratele freatice
bull Micropoluanti - in general absenti poluarile accidentale
bull Elemente vii - frecvent ferobacterii
bull Caracter eutrof-nul
Din punct de vedere al incarcarii s-a propus clasificarea surselor subterane in doua categorii
bull Surse cu incarcare redusa s-a luat in considerate existenta Fe2+ si Mn2+ in apa subterana in cantitati reduse dar care depasesc limitele impuse de Legea 4582002
bull Surse subterane incarcate in acceptiunea incdrcat se intelege depasirea continutului de Fe (pana la 50 ori) Mn (pana la 20 ori) azotati azotiti si H2S
In tabelul 21 se indica principalele caracteristici
Tabelul 21 Caracteristici principale surse subterane Denumire parametru Caracteristici apa
brutaFrecventa de depasire a prevederilor Legii 4582002 ()
Caracteristici necesare apa tratata
Tncarcare redusa
sursa incarcata
Tncarcare redusa
sursa incarcat
a
Directiva 9883EC
Legea 4582002
Fier total (mgl) 02-20 30-100 20 50 02 02Mangan (mgl) 005-05 08-10 20 50 005 005Azotati (mgl) lt50 80-120 - 80 50 50Azotiti (mgl) lt05 20 - 50 - 80 05 05Amoniu (mgl) lt05 10-20 - 50 05 05Hidrogen sulfurat (mgl) lt01 13-20 - 50 - 01
in situatia in care se utilizeaza 0 sursa subterana cu incarcare redusa potabilizarea apei se poate realiza printr-o schema indicata de figura urmatoare
Figura 28 Schema de tratare a apei din sursa subterana cu Tncarcare redusa Notatii Aerare - Bazin de contact pentru oxidare fier si mangan FRN - filtrare rapida pe strat de nisip pentru
retinere fier si mangan oxidat DZF - Dezinfectie cu clor
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
Schemele de potabilizare pentru surse incarcate sunt complexe asa cum rezulta din figura 29 Sunt necesare
bull procese de oxidare in sistemul multi - bariera (pre-oxidare si post-oxidare)
bull procese performante de oxidare sedimentare in stadiul I si II
bull procese de afinare
In astfel de situatii solutiile se stabilesc prin analiza mai multor variante de surse functie de consumatorii afectati o sursa mai departata (zeci de km) poate deveni avantajoasa vis-a-vis de costurile implicate in tratare
1
Figura 29 Schema de tratare apa din sursa subterana foarte
Incarcata INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
1
24 Captari din rauri
241 Captari Tn albie
2411 Captarea cu sorb
Se recomanda pentru captari provizorii mobile sau sezoniere Consta intr-un sorb amplasat convenabil in apa si stabilizat pentru protectie contra plutitorilor mari In figura 210 este schitata o captare fixa cu sorb
Sorbul este o confectie metalicS specials inchisa la un capat legata cu flanse la conducta de aspiratie cu celalalt capat si prevampzutS cu orificii pe suprafata laterals (cu dimensiuni suficient de mici pentru a nu intra plutitorii sau suspensiile mari) Pentru a avea viteze mici de intrare diametral sorbului este de 15 ori mai mare decat diametral conductei de aspiratie Pentru a nu aspira plutitori care sa-1 infunde sau a nu fi blocat in gheatS (hg = 03 - 04 m) si pentru ca gheata care se sparge in bucati la o viiturS de primavarS sa nu blocheze sorbul si sa-1 distrugS acesta trebuie sa fie asezat la minimum 05 m sub nivelul minim al raului la asigurarea normatS Pentru a capta aluviuni cat mai putine si de dimensiuni mai mici sorbul trebuie asezat la minimum 05 m peste fundul albiei Rezulta cS sorbul se poate prevedea in conditii normale in ape a caror adancime depSaeste 120 m (considerand ca sorbul are un diametra de minim 200 mm la un debit relativ mic)
Tot in scopul reducerii cantitatii de aluviuni antrenate sorbul se aseaza cu ajutorul unui cot in sensul de curgere al apei astfel incat apa sa intre in sorb prin intoarcere Sorbul se stabilizeaza in albie cu ajutorul unor piloti din lemn cu diametral de 0 10-12 cm batuti sub adancimea de afuiere in albie
In cazul captarilor mobile (folosite in special la irigatii) conducta de aspiratie se poate lasa aproape vertical in apa neingropata in mai cu asigurarea ca efectul dinamic al apei este atat de mic incat eforturile rezultate pot fi preluate de imbinari si conducte Sprijinirea se face prin amenajarea malului in trepte (trebuie avut grija sa nu fie depasita inaltimea de aspiratie a pompei amplasate pe mai)
2412 Captarea cu crib
Este o captare la care sorbul este protejat cu o constractie fixa stabila numita crib Cribul poate fi executat din elemente detasabile (grinzi din lemn elemente din beton armat de tip grinda) sau turnat pe loc (cu sorbul separat sau sorbul incorporat in constractie) In figura 211 se prezinta o captare cu crib
Grataral cribului se dimensioneaza la o viteza medie de trecere de 01 - 03 ms grataral se executa din bare rezistente la socul cu plutitorii iar amplasarea lor se face pe partea laterala sau aval a cribului (soc din cauza plutitorilor redus acces redus al aluviunilor din cauza intoarcerii curentului de apa aluviunile tree avand inertie mai mare)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 18
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
Apa captata prin crib poate fi aspirata de o pompa sau poate fi sifonata intr-un put colector cu rol de deznisipator si camera de aspiratie pentru pompe Vacuumul maxim pe conducta nu trebuie sa depaseasca 4-6 metri
Pentru sporirea sigurantei constructiei pot fi realizate mai multe criburi asezate in sah la 10-20 m in albie legate separat la pu|ul colector in cazul unor utilizatori importanti pot fi prevazute si criburi de rezerva Este esential ca toate criburile sa fie in stare de functionare altfel din cauza nisipului conductele de legatura si captarea se blocheaza Periodic conducta si cribul pot fi spalate prin aspirarea apei prin (n-1) criburi si refularea acesteia (sau a unei parti) prin cribul n care se spala Pentru aceasta instalatia hidraulica in putul colector trebuie gandita adecvat
Daca malul este inundabil si putul colector nu se poate departa pentru a iesi din zona inundabila vor fi luate masuri de indiguire a zonei sau de ridicare a putului la o cota cu minimum 050 m peste nivelul inundabil si aparare contra efectului dinamic al apei (accesul la put se va asigura pentru orice conditii)
A
In cazul in care nu se poate asigura adancimea pentru navigatie cu acordul beneficiarului zonei de navigatie se poate amplasa cribul mai sus luandu-se masuri corespunzatoare pentru marcarea pozitiei criburilor prin balize
242 Captari Tn mai
Captarea in mai se adopta in cazul unor debite importante cu o mare siguranta in functionare si cand situatia locala nu permite executarea de criburi
Captarea de mai are mai multe variante de constructii in functie de debitul captat si de destinatia apei captate Astfel pentru centre populate sau industrii unde debitul este totusi redus iar apa urmeaza sa suporte o tratare pentru corectarea calitatii pot fi prevazute captari cu cheson de mai Pentru debite mari de apa (mari unitati industriale centre populate mari irigatii CET-uri etc) se prevad captari in mai de tip bazin deschis
1
Figura 211 Captare cu cribLegenda 1 Put colector (cheson) 2 Crib din elemente prefabricate 3
Gratar 4 Saltea de fascine 5 Conducta de sifonare 6 Sistem de amorsare 7 Vacuum 8 Sorb 9 Conducta catre statia de pompare 10 Radier din beton armat
11 Cutitul chesonului 12 Strat depuneri
Captarea cu cheson este o constractie monolita care de obicei cuprinde si statia de pompare - echipata eel mai bine cu pompe cu ax vertical Schematic constructia unei captari de mai este prezentata in figura 212
B - B
c
Figura 212 Captare de mai cu cheson a-sectiune verticala 6-8 fo-detaliu sita c-sectiune orizontala
A - A
Legenda1 - camera de admisie si deznisipare a apei 2 - camera sitelor rotative 3 - camera cu rol de bazin de aspiratiepentru pompe 4 - camera uscata pentru pompe
INSPECTIA SANITARA SIMONITORIZAREA CALITATII APEI
Constructia este formata dintr-un cheson de dimensiuni mari asezat in malul raului astfel incat in fata ferestrelor de priza sa fie asigurat in permanent un nivel suficient de apa
Din cauza dimensiunilor si adancimii mari de fundare de obicei lansarea chesonului se face cu aer comprimat in partea de jos asigurandu-se o camera de lucru betonata ulterior Constructia este compartimentata vertical pe linii tehnologice dintre care una este intotdeauna de rezerva In interior se deosebesc patru camere (compartimente) cu urmatoarele roluri
1 Camera de admisie si deznisipare a apei (cu posibilitati de evacuare a nisipului depus)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
2
20
2 Camera sitelor rotative sitele rotative sunt formate din panouri de sita cu ochiuri relativ mici (1-3 mm) articulate si trecute peste doua tambururi - unui sus (motor) si altul jos (pasiv) apa trece prin panourile de sita sunt retinute pe sita impuritatile mari plutitorii in general si apoi panoul descarcat se ridica permanent ajungand deasupra nivelului apei in fata unui jet de spalare
3 Camera cu rol de bazin de aspiratie pentru pompele din camera 4
4 Camera uscata care adaposteste pompele treapta I (care trimit apa de la sursa la statia de tratare) In cazul in care nu se dispune de pompe cu ax vertical (care au motoarele montate pe platforma superioara) pot fi prevazute fi prevazute si pompe cu ax orizontal cu luarea unor masuri importante de pastrare uscata a camerelor
Cand sunt disponibile pompe cu ax vertical camerele 3 si 4 pot fi unificate In partea superioara a constructiei se prevad camera de comanda camera de manevra a vanelor si pompelor de epuisment camera motoarelor pompelor verticale si sala transformatoarelor (daca este cazul) Nivelul planseului se executa de obicei cu circa 07 m peste nivelul maxim al apelor raului cu asigurarea 1 In fata prizei se executa o pasarela de acces a personalului pentru curatarea gratarelor de la priza si indepartarea plutitorilor si ghetii Gratarele sunt rare cu distante intre bare de 3 - 10 cm
Admisia apei in priza se face prin doua serii de ferestre - o fereastra sub nivelul minim si o fereastra sub nivelul maxim Viteza de trecere a apei este de 02 - 03 ms iar nivelul de apa peste marginea de sus a ferestrei de minimum 050 m
La nivelurile mari in rau se lucreaza cu fereastra de sus pentru a evita antrenarea in priza a aluviunilor mari care sunt tarate de apa la partea de jos a albiei Pentru inchidere fiecare fereastra are in spate o stavila plana manevrabila de la suprafata In fata ferestrelor gratarele sunt rare din bare rotunde (teava) sau profile si se pot curata cu greble mecanice (la prizele mari) sau manual Gratarele trebuie sa fie executate cu atentie si iarna se pot inlocui cu gratare din lemn sau se pot lua masuri speciale pentru a se evita prinderea zaiului de barele metalice (bune conducatoare de caldura)
Zaiul este gheata in cristale fine care pluteste in masa de apa Pentru a evita blocarea cu gheata au fost imaginate mai multe sisteme toate fiind insa perfectabile Astfel la centralele termice sau industriale unde exista abur rezidual sau apa calda se transforms gratarul in radiator prin interiorul tevilor circuland agentul de incalzire sau se toarna apa calda inaintea gratarului astfel incat apa care trece prin gratar sa aiba 01 - 05degC In alte cazuri s-a transformat gratarul in rezistenta electrica legandu-1 la o sursa de tensiune convenabila (putere instalata de cca 10 kWhm2) consumul de energie este relativ mare iar pericolul de accidentare este ridicat S-a recurs si la imbracarea barelor gratarului in cauciuc ebonita sau mase plastice in scopul impiedicarii zaiului sa se prinda de bare In foarte multe cazuri insa se sparge gheata la priza cu unelte manuale atunci cand se constats ca nu mai intra apa suficienta operatiune foarte grea si riscanta In cazul in care apa raului contine in anumite perioade o cantitate mare de suspensii se poate aseza priza nu pe malul raului ci intr-un bazin executat pe malul raului iar apa raului parcurgandu-1 se produce deznisiparea
Foarte importante sunt forma sub care se amenajeaza intrarea apei din rau in bazin (existand riscul aparitiei depunerilor) si modul in care se reuseste sa se faca evacuarea depunerilor din bazin In literature de specialitate se citeaza si alte posibilitati de folosire a acestor bazine Uneori aceste bazine au fost executate sub forma de canale lungi cu priza la caparul eel mai departat Curatirea canalului se poate face prin dragare
Sunt situatii insa in care din motive locale debit mare si curgere gravitationala captarea poate fi mai simpla Captarea poate avea un singur compartiment pentru debite mici sau poate fi organizata pe linii pentru usurinta exploatarii Intrarea apei se face pe sub un timpan care evita socul plutitorilor cu gratarul si dirijarea acestora in aval Pentru punerea la uscat fiecare compartiment se prevede cu batardou demontabil Priza poate avea doua gratare in serie un gratar rar si un gratar des
O mare importanta o are directia de asezare a gratarului fata de directia circuitului de apa asezarea corecta este data de conditiile locale si uneori sunt necesare studii detaliate pe model in laborator Gratarul se poate aseza paralel cu curentul de apa putin oblic astfel incat apa sa atace gratarul sub unghiul eel mai favorabil sau frontal
243 Captari cu regularizarea albiei
Sunt situatii in care pe rau exista debitul de apa necesar pentru captare dar albia este atat de dezvoltata incat inaltimea apei nu permite derivarea debitului necesar In aceasta situatie este nevoie de inaltarea (cresterea) nivelului apei Una din solutii este de a ingusta albia prin lucrari artificiale de regularizare Intrucat asemenea lucrari de regularizare pot fi necesare si in alte cazuri (stabilirea albiei minore de exemplu) vor fi date cateva elemente generale urmand ca in caz de necesitate sa se apeleze la lucrari de specialitate Lucrdrile de regularizare se prevad si se executa cu respectarea urmatoarelor reguli generale
bull la ape mici curgerea sa fie cea dorita (stabila catre priza) iar la ape mari sa nu se produca inundatii in zonele vecine (sa nu se reduca din capacitatea de transport a albiei)
bull lucrarile sa se execute in etape pentru a se putea cunoaste reactiile la noile conditii si pentru a se putea cunoaste reactiile la noile conditii si pentru a se putea face corectari in etapele urmatoare
bull tipurile de lucrari sa se incadreze in peisaj
bull lucrarile sa nu stanjeasca circulatia apei pentru alte folosinte sau sa produca baltirea apei cu efecte de insalubritate
bull sa se prevada lucrari cu materialele din zona
bull sa fie folosita tendinta naturala de curgere a apei puterea si capacitatea colmatata a curentului
In figura 38 sunt schitate tipurile de lucrari mai des utilizate lucrari in albie (diguri de dirijare traverse de colmatare epiuri) si lucrari de aparare si consolidare a malurilor Elementele constructive tip sunt in general executate printr-o combinatie rationala de
bull combinatie de lemn cu piatra (casoaie suluri si saltele de fascine)
bull combinatie de piatra cu metal (gabioane)
bull anrocamente (piatra mare sparta)
bull beton beton armat sub forma de constructii masive sau elemente prefabricate
bull constructii vii formate din inierbare vegetatie mica (se ia in considerare capacitatea de transport a
albiei la ape mari)Apardrile de mai sunt lucrari de consolidare a malului raului impotriva efectului de eroziune al apei
la viteze mari Acestea pot fi lucrari foarte simple cum sunt taluzele inierbate cu unele elemente simple de fixare sau lucrari mai complicate ca taluz pavat cu elemente de beton zidarie de piatra rostuita sau nu
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
Figura 213 Lucrari de regularizare a albiei Tn zona prizeiLegends a - plan cu tipurile de lucrari b - tipuri de aparari de mai 1 - cu
casoaie 2 - cu dale din beton armat 3 - cu elemente mixte (zidarie de piatra secti Tnierbare) c - diguri epiuri executate din 1 - gabioane 2 - anrocamente
22
zidarie de sprijin din zidarie beton sau beton armat La constructive de mai trebuie tinut seama ca in afara de efectul de erodare si de afuiere a patului de sprijin actioneaza si impingerea malului
Digurile longitudinale sunt lucrari executate in albie care au rol de a dirija pe o portiune un spatiu relativ fix apa raului Se realizeaza din anrocamente cu marime suficienta pentru a nu fi antrenate de apa prefabricate de beton gabioane (piatra de rau balast inchis in casete de sarma zincata pentru a obtine o stabilitate generala mare - elemente simple ieftine si stabile atata timp cat sarma de la cos nu cedeaza sub efectul eroziunii si coroziunii) casoaie din lemn blocuri de beton legate elastic etc Capetele acestor diguri trebuie sa fie bine aparate eventual legate cu cate un epiu astfel incat curentul de apa sa nu patrunda in spatele digului Daca digurile sunt deversate vor fi luate masuri constructive contra afuieri sau spalarii patului cu efect imediat asupra stabilitatii constructiei
Epiurile sunt ca si digurile constructii permeabile rezistente la actiunea apei submersibile sau nu care dirijeaza apa raului pe un anumit spatiu si favorizeaza colmatarea treptatS a spatiului dintre ele Ca pozitie pot fi dirijate spre aval normal pe albie sau orientate spre amonte Se executa din aceleasi materiale ca si digurile Daca albia are un pat usor afuiabil inainte de executia digului propriu-zis se amenajeaza un pat elastic din saltele de fascine sau numai rulouri de fascine O atentie deosebitS se da capului epiului (partea terminals dinspre apa) care este elementul eel mai solicitat Totdeauna coada epiului trebuie bine incastrata in mai pentru a nu permite apei sa-1 ocoleasca
Traversele de colmatare sunt diguri scurte executate din umplutura de material local protejata cu anrocamente mari pe albia minora ce trebuie pSrSaitS sau pe bratele auxiliare care trebuie sa fie colmatate L ape mari spatiul dintre traverse se umple cu aluviuni si in timp traseul vechi al albiei minore dispare
Toate constructiile enumerate anterior si altele asemSnStoare imaginate de specialisti trebuie sa fie verificate si la efecte (in perioada de primavara nu trebuie sa se permita formarea de zSpoare -blocuri de gheata spartS aglomerata care favorizeaza inundatiile) Pe zonele de rau regularizate tipurile de constructii pentru captarea apei sunt similare cu cele pentru albia neregularizatS dar cu adancime suficientS a apei De altfel totdeauna cand se executa constructii legate de apa vor fi luate si masuri de stabilizare a albiei in zona afectata
244 Captari cu baraj de derivatie
In cazul in care pe rau nu se poate asigura nivelul minim necesar pentru captarea apei iar regularizarea albie nu este posibila sau rationala se recurge la executarea unei constructii pentru ridicarea artificials a acestuia dacS debitul captat este important iar fenomenele de iarnS nu pun probleme deosebite
Pentru a nu crea prejudicii pentru alti beneficiari constructia numita stdvilar sau baraj de derivatie trebuie sa asigure concomitent urmStoarele conditii
bull sa fie stabilS la actiunea dinamicS a apei
bull sa permita evacuarea debitelor mari fSrS a provoca inundatii sau deteriorarea altor constructii
bull sa permits evacuarea gheturilor de primSvarS
bull sa asigure navigatia plutaritul circulatia pestilor sau alte folosinte etc Forma
captSrii depinde de
bull marimea debitului captat raportul debit captat debit rau
bull variatia debitului raului si aluviunilor transportate
bull posibilitStile de executie
bull amplasamentul efectiv al prizei (natura albiei adancimea stratului impermeabil inSltimea malurilor etc)
In continuare sunt date cateva exemple de constructii caracteristice pentru asemenea prize
Captarea pentru debit mare realizabilS pe un rau mare pentru localitSti industrii irigatii energie etc Are alcStuirea generals din figura 214
Intre douS culei (o culee este o constractie de legSturS intre constructia dintre albie si mai) se executS elementul de barare a albiei adicS de ridicare a nivelului apei la cota minimS necesarS Aceasta poate fi un prag - baraj deversor dacS lungimea disponibilS si cota malului permit
evacuarea debitelor mari de rau sau baraj cu stavile mobile (stavilar) care se pot ridica sau culca (intr-un locas special prevazut) in radier lasand libera sectiunea pentru evacuarea apelor mari Sunt si cazuri in care din cauza deschiderii mari a albiei s-a adoptat o solutie mixta partial cu stavile partial cu baraj deversor sau uneori si cu baraj nedeversant
Pe malul opus captarii se executa daca este cazul ecluza pentru navigatie sau plutarit cu dimensiunile cerate de beneficiar si aproape totdeauna o scara de pesti pentru a asigura circulatia libera a pestilor intre cele doua biefuri (un bief este zona de rau aflata amonte sau aval de constructia considerate) Pe acelasi mai cu priza se gasesc doua deschideri de spalare prevazute cu vane plane care stau totdeauna partial deschise astfel incat debitul de apa care nu se capteaza sa nu deverseze peste baraj ci sa treaca pe sub aceste stavile
Se reaminteste ca in nici un caz nu este permisa captarea integrals a debitului raului in sectiunea respectiva o parte a debitului raului trebuie sa treaca in aval pentru mentinerea intr-o stare salubra a zonei (altfel devine depozit de gunoaie pe timp de ape scazute) asigurarea apei pentru vietuitoare si vegetatie Debitul ramas in albie este numit debit de servitute (Qs) Spalarea este necesara intracat prin ridicarea locala a nivelului apei s-a realizat in amonte o reducere locala a pantei energetice a curentului de apa Aceasta reducere conduce la micsorarea capacitatii de transport deci micul lac ce se creeaza in spatele barajului se umple repede cu aluviuni Umplerea se face si in dreptul gratarului fiind periclitata adancimea de intrare minima altfel spus se realizeaza ridicarea locala a fundului albiei Lasand libera circulatia apei langa gratar se produce continuu o spalare a depunerilor din cauza vitezei mari realizate sub stavilele de spalare
in unele cazuri prima pila a barajului a fost prelungita cu un pinten formand un fel de canal in fata prizei Apa circuland cu o viteza comparabila cu cea existenta in rau inainte de barare evita producerea de depuneri in fata prizei
Atat in dreptul stavilelor de spalare cat si al barajului deversor in aval se executa un disipator de energie al carui rol este de a reduce viteza apei la o limita care sa nu produca eroziuni spalari in aval de constractie spalari care ar putea periclita stabilitatea acesteia
Priza este o deschidere in culee protejata cu un gratar contra plutitorilor Pentru a evita antrenarea aluviunilor mari in priza aceasta se prevede cu un rag (grataral se aseaza deasupra fundului albiei la 05 - 10 m) Pentru a nu favoriza blocarea gratarului cu plutitori viteza de trecere este redusa 01 - 05 ms din care cauza priza are o forma de palnie Intrarea poate fi inchisa cu stavile Daca deschiderea totala este mare ea se poate reduce cu ajutorul unor pile intermediare Lungimea unei stavile nu va depasi 250 m altfel dispozitivele de ridicare a stavilelor devin greoaie In pile inaintea nisei stavilei se lasa profile U inglobate in beton cu deschiderea spre apa pentru a se putea lansa batardoul (umplutura din elemente grinzi de lemn sau metal) in scopul punerii la uscat a incintei pentru eventuale reparatii Deoarece dupa gratar viteza apei scade mult se produc depuneri care pot afecta circulatia pe canalul de legatura Spalarea lor se poate face cu o golire secundara - de spalare (vezi figura 214) Daca se inchide plecarea spre beneficiar (stavila V2) si se deschide stavila V3 se poate asigura o circulatie fortata cu 0 viteza cu 0 viteza mare (diferenta de nivel amonte-aval este mare) Daca debitul pe rau este suficient iar gratarele au o suprafata mai mare decat cea strict necesara se poate merge cu vana V3 partial deschisa - spalarea facandu-se continuu Pentru evitarea antrenarii plutitorilor mari si a ghetii in sloiuri la gratar se amenajeaza un perete de lemn scufundat partial (05 m) sau o linie de busteni legati articulat (care plutesc) Fenomenele de iarna sunt cele mai dificile la aceste prize
Captarea tiroleza este 0 captare cu gratar pe creasta (figura 215a) care se adopta in cazul in care debitul raului la ape mici este redus si nu poate asigura spalarea zonei din fata prizei iar debitul captat fiind mic captarea in mai se face greu (la aceasta constractie de captare se executa si o priza de iarna in cazul in care grataral ingheata) Captarea se aplica in zone de munte la rauri cu caracter torential pentru debite nu prea mari (sub lm3s) In unele situatii masivul de beton nu se vede din albie fiind alcatuit dintr-un prag de fund - cu gratar la nivelul fundului apei (grataral este inclinat aval pentru a evita blocarea cu aluviuni mari)
Captarea sub albie se adopta in situatia unor localitati de munte pentru care singura sansa de apa o constituie raul sau paraul care izvoraste de la cote inalte al carui debit scade foarte mult in perioadele de iarna si vara si in cazul care fenomenele de inghet dureaza timp indelungat In aceasta situatie 0 captare in albia raului va fi serios stanjenita iar exploatarea va pune probleme deosebite Pentru evitarea unora din aceste probleme au fost imaginate si executate captari sub fundul albiei intr-o zona in care albia este bine dezvoltata si are un pat de 2-3 m de aluviuni Constructia transversals dreneaza apa la unui din capetele sale unde pe malul raului dintr-un put este prelevata si transportata Aceasta captare se deosebeste insa de captarea subterana a apei infiltrate prin mai sau sub fundul albiei (cu drenuri radicale) deoarece apa captata are tot caracteristicile unei ape de suprafata dramul parcurs prin patul aluvionar fiind foarte scurt o asemenea apa are o turbiditate mai mica decat apa captata direct din rau
Schema unei captari sub albie numita uneori si caucaziana este data in figura 215b iar schema unei captari proiectata pentru extinderea provizorie a alimentarii cu apa a unei localitati din tara - la un debit de 10 dm3s in figura 215C
Din figura se observa ca in patul aluvionar al raului se executa o constractie permeabila care dreneaza apa ce se scurge prin subteran sau care se infiltreaza direct asupra constractiei In fata acestei constructii si deasupra ei se executa un blocaj din anrocamente care sa permita accesul mai bun al apei si totodata sa stabilizeze constructia contra efectului dinamic la ape mari (captarea lucreaza ca un prag de fund stabilizator)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 25
Captarea este relativ simpla usor de executat si cu rezultate bune in exploatare Trebuie insa data o atentie deosebita posibilei colmatari a zonei de acces la elementul drenant din cauza apei ce confine fibre de dimensiuni mici (celuloza si hartie) material ce se colmateaza etc
26 Captari din lacuri
Tara noastra nu dispune de lacuri naturale de volume importante care sa poata folosi drept sursa de apa Din aceasta cauza captarile vor fi analizate din punct de vedere al prelevarii apei din lacurile artificiale
In etapa actuala in tara noastra executarea de captari cu debite importante din majoritatea raurilor interioare nu se pot face fara o regularizare a debitului deoarece desi regimul precipitatiilor este relativ uniform (200-2000 mman) distributia in timp este foarte neuniforma Aceasta face ca in perioadele de primavara si toamna debitele sa fie foarte mari iar in perioada de vara si mai ales iarna debitele sa scada la valori extrem de mici cu totul insuficiente pentru alimentarea folosintelor Regularizarea debitelor se face prin lacuri de acumulare special create (bazine uriase cu volume de zeci de milioane-miliarde de metri cubi) care acumuleaza apa din rau in perioadele de viitura si permit folosirea acesteia la debitele dorite
Este insa evident ca un asemenea lac nu se poate crea decat printr-o constructie specials de blocare a albiei numita baraj constructie care prin amploare si efort de investitie pune probleme deosebite Din aceasta cauza executarea unor asemenea lucrari se face prin cooperare cu alti beneficiari lacul urmand sa aiba o folosinta complexa dupa cum urmeaza
bull va reduce viiturile si va permite protej area localitatilor si scoaterea unor suprafete de sub efectul inundatilor redandu-le circuitului agricol
bull volumul de apa acumulat confine o cantitate mare de energie hidraulica energie care poate fi transformata in cadrul centralelor hidroelectrice in energie electrica si data in circuitul energetic al tarii
bull o parte din volumul de apa acumulat poate fi preluat pentru irigarea unor importante suprafete de teren
bull parte din lac poate fi amenajat ca zona de agrement dezvoltand zona din punct de vedere turistic
bull se poate imbunatati regimul de curgere in aval cu efect si asupra calitatii apei
Din punct de vedere al alimentarii cu apa lacul are eel putin in prima perioada un efect favorabil apa prelevata fiind in general mai limpede si mai constants sub raport calitativ Aceasta presupune insa preluarea apei direct din lac (varianta I din figura 216) lucru care poate dezavantaja pe alti beneficiari (cei care se ocupa de producerea energiei de exemplu)
Pe de alta parte apa stationand mult timp in lac isi modifica calitatea iar prin descompunerea depunerilor si dezvoltarea unor microorganisme specifice apa poate sa capete gust neplacut (gustul este diferit de eel al apei de rau care este apa curgatoare) De aceea uneori apa este acumulata dar nu este captata din lac ci uzinata si lasata sa curga pe vechea albie pentru a se aera (varianta Il-a din figura 216) Solutia este
Figura 215 Captari speciale a - captare tiroleza b - captare cu galerie transversala pe fundul albiei c -
dren sub fundul albiei
favorabila in cazul in care utilizatorul de apa se afla la distanta mare Daca centrala functioneaza continuu atunci captarea se poate face in curent liber daca insa centrala (UHE) functioneaza in regim de varf (cum de obicei functioneaza asemenea centrale cateva ore in cursul zilei) atunci avalul inainte de priza trebuie prevazut un lac de compensare zilnica a debitelor lac care sa retina apa uzinata in regim neuniform si sa permita captarea unui debit relativ constant Cele doua variante aratate schematic in figura 216 trebuie comparate ca avantaje si dezavantaje
Priza de apa poate fi realizata in corpul barajului in aval de baraj sau in lac Elementele care conduc la stabilirea solutiei sunt
bull pozitia utilizatorului de apa fata de lac captare din lac daca acesta este amplasat amonte si departe de baraj in baraj sau aval pentru un consumator aval sau din alt bazin hidrografic
bull marimea lacului variatia nivelului apei in lac
bull existenta unei salbe de lacuri pe raul respectiv
bull utilizarea rationala complexa a apei acumulate (de regula la stabilirea amplasamentului lacului se statueaza si modul de folosire al apei)
bull tipul de baraj si simultaneitatea executiei barajului cu priza pentru folosinte de apa in general dupa executarea barajului priza poate fi numai in aval sau in lac
bull conditiile reale de teren trebuie tinut seama ca baraj ele cu lacuri mari de acumulare sunt situate in zona de deal - munte
bull conditiile rationale de tratare a apei obtinute din lac
261 Priza tn aval de baraj
Se poate executa oricand inainte si dupa executia barajului in forme si la debite adecvate Sunt posibile urmatoarele tipuri de captari
bull captari in curent liber de forma celor descrise anterior pe raul pe care debitul regularizat prin lac are valori mult mai mari
bull captari in baraj sau in lac in cazul in care lacul are ca principals folosinta alimentarea cu apa sau cand barajul este realizat pentru un lac de compensare a debitelor rezultate de la functionarea unor centrale hidroelectrice din amonte
bull captari in lac in cazul in care lacul compenseaza folosinta energetica iar beneficiarul este departe de baraj in amonte
262 Prize Tn corpul barajului
Sunt gandite si executate odata cu barajul astfel incat sa nu pericliteze siguranta in functionare a acestuia dar sa poata preleva apa de calitatea cea mai buna existenta la un moment dat in lac
In cele ce urmeaza sunt date exemple de captari de apa executate in baraj Daca barajul este din beton priza este de regula comuna cu barajul (figura 217)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 27
apa curgatoare Barajul care realizeaza lacul de compensare este din materiale locale cu un sistem de stavile pentru spalarea depunerilor de viitura (figura 219)
In figura 220 este schitata captarea dintr-un lac al carui baraj este executat din materiale locale cu miez de etansare din argila Captarea se executa total izolat de baraj (in malul natural sau in lac figura 221 - pentru a nu-i produce dificultati barajului prin exfiltrarea apei pe langa sistemul de transport al apei) si pentru ca priza sa nu aiba dificultati la tasari neuniforme ale barajului Apa captata din priza turn de la cote diferite functie de calitatea acesteia este evacuata prin conducte sau galerii amplasate in malul natural
Acest tip de captare poate fi aplicata si in alta pozitie in cuprinsul lacului pentru beneficiari riverani - amonte de baraj
Cand principala folosinta a lacului este de combatere a undei de viitura captarea poate avea o forma speciala (figura 222) Captarea este amplasata la o cota deasupra rezervei destinata acumularii depunerilor din lac si trebuie sa evite blocarea cu corpuri mari ce pot cadea prin apa intrucat nu este accesibila decat la ape mici - lac gol sau lac golit
263 Captari in lac
Se utilizeaza atunci cand in amplasament nivelul apei este asigurat intotdeauna deasupra unor valori limita Se pot practica o captare de tip turn (figura 221) cand debitul captat este important iar nivelul lacului relativ constant o captare plutitoare cand alimentarea cu apa este sezoniera sau conditiile de iarna nu sunt severe o captare de fund cand lacul este de adancime mare si cu un volum de apa important (figura 223a)
Captarea de fund este formata dintr-un sorb (pot fi prevazute mai multe asemenea constructii separate) asezat pe o confectie metalica stabila de tip tetrapod Se amplaseaza deasupra nivelului (apreciat) de colmatare si sub nivelul minim al apei din lac (acoperire mai mare pentru a o feri de plutitori) Zona captarii va fi balizata pentru a fi ferita de accesul plutitorilor si a putea fi usor reperata pentru control se marcheaza si zona de protectie daca este cazul Conducta de legatura (suficient de elastica daca are lungime mare) se lanseaza prin plutire si poate permite ridicarea prizei in caz de nevoie Captarea va fi amplasata la o asemenea adancime incat sa nu fie deplasata de valuri si totodata nu intr-o zona in care valurile pot pune in miscare depunerile de pe fund si deteriora calitatea apei Captarea este tipica pentru prelevarea apei din lacurile naturale (figura 223b)
Existenta lacurilor de acumulare ridicS probleme importante sub trei aspecte generale aspecte care pot influenta calitatea apei captate siguranta in functionare a prizei sau si a zonelor vecine
bull pentru lacurile mici problema cea mai importanta este legata de colmatarea cu aluviuni lipsa masurilor de protejare amenajare si stabilizare a solului in bazinul hidrografic conduce la antrenarea unei mari cantitati de sol (mai ales fertil) care blocheaza in scurt timp volumul lacului
bull pentru lacurile cu volum mediu (milioane de m3) problema cea mai importanta este eutrofizarea apei lacului
bull pentru lacurile mari (sute de milioane m3) problema importanta este imbdtrdnirea lacului (o eutrofizare lenta avand ca punct final obtinerea unei ape de calitate total deosebitS de aceea a raului din care pro vine)
Eutrofizarea lacurilor este o problema acuta a multor lacuri din zone de ses si colinare Cauza principals este aportul de substante fertilizante (fosfor carbon azot) Fosforul (adus in apa in special din apele uzate orSaenesti - neepurate adecvat) in cantitSti mici favorizeaza randamentul de functionare a fitoplanctonului care la randul lui favorizeazS fixarea azotului cu ajutorul bacteriilor Dezvoltarea fitoplanctonului favorizeazS dezvoltarea zooplanctonului si deci a populatiei de pesti
DacS fluxul energetic si aportul de substante este moderat atunci ciclul se incheie devine stabil si lacul isi pSatreaza calitatea de lac oligotrof (figura 224a) In cazul in care cantitatea de fosfor creste creste volumul de fitoplancton deoarece nu exista suficient azot si lantul se rupe Zooplanctonul si pesti mor substantia organicS creste bacteriile consumS oxigenul si lacul devine eutrof acoperindu-se cu vegetatie (care are rSdacinile in malul situat pe fundul lacului si frunzele la suprafata realizand fotosinteza figura 224b) Consumarea oxigenului de cStre substantele in descompunere si capacitatea redusa de aerare fac ca apa lacului sa aibS de regulS un continut mai redus de oxigen
Daca se reduce cantitatea de nutrient (in special fosforul) dupa un timp calitatea apei se imbunatateste neajungand insa la calitatea initials (se considers ca un continut Tn fosfor de 10-20 mgl este acceptabil)
Imbdtrdnirea lacurilor este fenomenul de modificare continuS a calitatii apei lacului ca urmare a noului echilibru ce se realizeazS intre aportul de substante si circulatia apei Apa care ajunge in lac este o apa cu continut ridicat de substante minerale si organice Acestea se depun se descompun intra in reactie formand substante noi cu continut de Fe N S C (H2S CH4) substante care modifies chimismul apei Pe baza aportului de substante si sub influenta luminii creste productia de masa organica (schema lacului oligotrof) Apare un fenomen nou de circulatie a apei in lac vara apa de la suprafata este calda deci mai usoarS toamna insa apa se rSceste devine mai rece decat apa de la fundul lacului (are cca 4degC sub 15 - 20 m temperature ramane relativ constants) deci devine mai grea (densitatea creste la scaderea temperaturii) si coboarS inlocuind apa mai calda de adancime apa care se ridicS (depunerile mai pot fi agitate si de valurile de la suprafata)
Pozitia captarii in lacurile adanci trebuie sa fie totdeauna in zona medie cu temperature relativ constants (6 - 12degC) si unde nu se simte direct influenta descompunerilor ce se produc la fundul lacului (sau tulbureala datS de depunerile rSacolite)
28 Procese de pre-tratare aplicarea de algicide
Algele sau cianobacteriile (algele verzi-albastre) din lacurile si acumularile de stocare pot crea probleme de gust si miros precum si aparitia unor substante ce provoaca imbolnaviri (toxine) Pentru controlul dezvoltarii algelor sau cianobacteriilor se pot folosi compusi care distrug algele (algicidele) Daca are loc un eveniment legat de utilizarea algicidelor (calitatea apei este afectata de utilizarea unui algicid) pot avea loc urmatoarele
bull daca se utilizeaza algicide in exces substanta chimica poate provoca imbolnaviri
bull daca volumul de alge sau cianobacterii este prea mare si nu poate fi controlat de algicid toxinele din alge cianobacterii pot provoca imbolnaviri
bull daca se utilizeaza ca algicid paiele de orz substantele din paie pot reactiona cu dezinfectantele si forma subproduse ce provoaca imbolnaviri
Aplicarea de algicide in sursa de apa poate prezenta riscuri pentru sanatatea si siguranta muncii operatorilor Acestea sunt recunoscute dar nu vor fi discutate deoarece astfel de riscuri fac obiectul legislatiei muncii si protectiei muncii Algele sau cianobacteriile din sursa de apa pot interfera cu functionarea statiei de tratare Un bun control al cresterii lor face sa se diminueze necesitatea pre-oxidarii Se reduce de asemenea cantitatea de dezinfectant ce se pierde in reactia cu algele sau cu substantele pe care acestea le elimina in apa
31 Alcatuirea statiilor de tratare a apei
Rolul statiei de tratare este de a corecta calitatea apei brute pana la atingerea cerintelor utilizatorului Exista o multitudine de procese de tratare care se utilizeaza in practica insa schema generala a unei statii de tratare (figura 31) cuprinde
bull trepte multiple de oxidare (pre-oxidare post-oxidare) cu scopul de a oxida compusi chimici dar si de a realiza bariere succesive in calea micro-organismelor
bull procese de limpezire a apei care constau in
o coagulare-floculare cu reactivi chimici in camere de reactie special amenajate
o decantarea apei pentru retinerea suspensiilor coagulate
o filtrarea pe strat de nisip pentru finalizarea procesului de limpezire
bull afinarea apei constituita din oxidare cu ozon urmata de adsorbtie pe carbune activ granular cu scopul indepartarii anumitor compusi chimici toxici
bull dezinfectia apei pentru indepartarea totala a virusurilor bacteriilor si altor micro-organisme din apa treapta obligatorie in Romania conform Legii privind Calitatea Apei Potabile nr 4582002
3
Pentru eliminarea duritatii se pot adopta scheme cu schimbatori de ioni sau cu reactivi chimici (var si soda) in functie de tipul duritatii (temporara sau permanenta)
Orice statie de tratare este deservita de anumite facilitati pentru intretinerea proprie Printre acestea se mentioneaza
bull statia de reactivi chimici cu rolul de a stoca prepara si doza reactivii necesari procesului de tratare (coagulanti floculanti agenti dezinfectanti corectie pH etc)
bull sisteme de spalare filtre rapide constituite din statii de pompe si de suflante
bull laborator pentru a determina corectitudinea procesului de tratare dar si calitatea apei produse
bull alte facilitati printre care se mentioneaza sisteme de recuperare a apei de la spalare filtre si a namolului din decantoare
311 Exemple de statii de tratare
O schema de tratare cu filtrare directa este prezentata in figura 32 Uzina de apa a orasului Los Angeles - SUA (Los Angeles Aqueduct Filtration Plant) are o capacitate instalata de 185 m3s filiera tratare fiind prezentata in cele ce urmeaza
bull pre-oxidare cu ozon 4 generatoare care produc 3780 kg CVzi (doza medie ozon 15 mgdm3) 4 bazine de contact (timp de contact minim 49 min)
bull coagulare (amestec rapid) 8 camere de reactie echipate cu agitatoare dinamice timp minim de amestec 086 s pentru doua camere inseriate Reactivi utilizati clorura ferica sulfat de aluminiu polimeri anionici si neionici soda caustica clor
bull floculare 36 camere de reactie lenta timp minim de reactie lenta 8 min pentru 3 bazine inseriate
bull filtrare 24 unitati (aria unei unitati A=160 m2) strat de antracit cu inaltimea de 24 m viteza de filtrare 175 mh care asigura un timp de contact de 10 minute
bull dezinfectie finala cu clor (doza maxima clor 56 mgdm3)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 3
Un alt exemplu de schema de tratare care nu cuprinde treapta de decantare este uzina de apa Ivry (Franta) modernizata in 1987 (debit instalat Q = 300000 m3zi) Dupa modernizare uzina cuprinde urmatoarele procese (figura 33)
bull pre-oxidare cu ozon doza uzuala 10 mg CVdm3
bull coagulare (amestec rapid) cu clorura ferica (5 - 10 mgdm3) si polimer anionic (0025 -005 mgdm3)
bull pre-filtrare faza I - (coagulare pe masa de contact) 18 unitati de 815 m2 strat biolit 10 m viteza de filtrare maxima 10 mh
bull floculare cu clorura ferica (2-6 mg Fe3+dm3) si polimer (005 - 10 mgdm3)
bull pre-filtrare faza II - nisip 22 unitati de 81 m viteza de filtrare 9 mh
bull filtrare lenta 30 cuve (23000 m2) viteza maxima de filtrare 13 mzi inaltime strat 07 m
bull post-ozonare timp de contact 4 minute doza uzuala 04 - 06 mg CVdm3
bull filtrare pe CAG inaltime strat 10 m viteza de filtrare 10 mh
bull dezinfectare finala cu hipoclorit de sodiu
In figura 34 este prezentata o schema tehnologica a unei uzine de apa aplicata in cateva mari uzine de tratare (Qgt2000 m3h) ce preiau apa bruta direct din fluviul Ruhr Schema asigura o eliminare optima a microorganismelor Concentratia de Cryptosporidium in apa raului Ruhr variaza de la 0 la 5 unit(100 dm3) iar concentratia chisturilor Giardia de la 8 la 250 unitdm3 Nu au fost detectate aceste organisme in treptele premergatoare dezinfectarii Se remarca prezenta treptelor de filtrare incepand cu filtrarea mecanica pe microsite in capatul amonte al filierei de tratare si continuand cu un pachet de trei trepte de filtrare (dublu strat carbune activ granular si filtre lente) care asigura o eficienta foarte mare din punct de vedere microbiologic
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 3
Figura 34 Filiera tehnologica uzina de apa Mulheim an der Ruhr
(Germania)
Un exemplu de schema tehnologica combinata (Q=32 m3s) este prezentata in figura 35 Apa bruta (fluviul Elba) este puternic incarcata in poluanti Filtrarea primara (bazine de infiltratie) reduce de cateva ori incarcarea microbiologica iar in cazul folosirii treptelor de floculare sedimentare si filtrare reducerea incarcarii microbiologice este de circa 9999
Prin curgerea in stratul subteran se obtine o apa ce se incadreaza in normele privind calitatea apei potabile Dezinfectia finala este aplicata pentru a preveni cresterea masei bacteriene in sistemele de distributie Uzina este prevazuta a fi modernizata cu treapta de oxidare cu ozon si filtre multistrat
In Elvetia sunt intalnite in principal scheme complexe de tratare avand la baza procese biologice (figura 36) Treptele de tratare clasice (pre-oxidare cu ozon coagulare-floculare filtrare rapida) sunt urmate de corectia pH-ului si postozonare in fmalul filierei de tratare se prevad reactoare biologice inseriate (filtre CAG activate biologic urmate de filtre lente) Se urmareste in principal reducerea indicatorilor biologici si bacteriologici prin reducerea concentratiilor de carbon organic asimilabil (AOC lt 10 ug Cdm ) Se remarca absenta dezinfectarii finale Se obtine o apa biostabila introducerea acesteia intr-o retea de distributie nu necesita prezenta unui dezinfectant rezidual Se asigura in acest mod o siguranta ridicata la consumator in ceea ce priveste potentialul de formare al trihalometanilor
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 3
33 Procese de oxidare
Procesele de oxidare pot fi intalnite in toate statiile de tratare in doua sectiuni caracteristice ale schemei
bull pre-oxidare in capatul amonte al filierei pentru oxidarea substantei organice plancton inactivare microorganisme obiectul principal este asigurarea functionarii optime a proceselor de tratare si evitarea contaminarii acesteia
bull post-oxidarea amplasat dupa procesele de tratare conventionale (decantare si filtrare rapida pe strat de nisip) urmareste oxidarea totala a micro poluantilor reducerea materiilor organice naturale si inactivarea totala in ape limpezi a compusilor biologici si bacteriologici
331 Pre-oxidare
In mod obisnuit se utilizeaza urmatorii agenti oxidanti clor ozon dioxid de clor 3311 Clorul(Ch)
Clorul se utilizeaza in mod uzual cu doze cuprinse in domeniul 1 - 3 mgl cu timp de contact minim Tc=30 minute in anumite situatii (inflorire algala sau poluare accidentala) dozele pot fi mai mari dar se urmareste evitarea formarii sub-produsilor organo-clorurati (de exemplu trihalometani THM) prin efectuarea de incercari pe apa sursei pentru a se stabili potentialul de formare
Clorul este adoptat frecvent datorita costurilor reduse implicate Reactia clorului trebuie urmarita cu atentie luand in consideratie agentii reducatori (H2S Mn2+ Fe3+) si materiile organice naturale in diagrama din figura 37 se poate urmari procesul de reactie al clorului in apa (clorare la breakpoint) Punctul critic se atinge daca raportul masic intre clor si amoniac variaza intre 81 -101 (teoretic 761)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 40
3312 Ozonul(03)
Ozonul este un gaz violet instabil care degaja un miros iritant caracteristic
Se produce prin descarcari electrice la diferente de potential ridicate intre doi electrozi intre care curge aer sau oxigen pur Eficienta productiei depinde de diferenta de potential frecventa caracteristicile materialului dielectric si spatiul care separa dielectricele Progresele tehnologice din ultimii 20-30 ani au condus la reducerea consumului de energie la 10 - 12 kWh 1 kg O3
Dozele uzuale de ozon sunt in gama 1 - 3 mgCVdm3 iar timpul de contact uzual este Tc=10 minute Se tinde spre adoptarea solutiei cu doua reactoare in serie ca in figura 38 Adancimea apei in reactoare poate atinge 6-75 m
Conceptual reactoarele de ozon functioneaza pe baza interceptarii curentului de apa descendent de catre voalul de bule mici de ozon in miscare ascendents
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
0
4
3313 Dioxidul de clor (CIO2)
Se poate obtine din clorit de sodiu si clor conform reactiei
2NaC102 + Cl2rarr2C102 + 2NaCl (31)
Stoechiometric 1 g dioxid de clor se obtine din 134 g clorita de sodiu si 05 g de clor
Este instabil si exploziv la temperaturi T gt (-40degC) Se produce imediat inainte de injectia in apa La 20degC si presiune partiala de 53 kPa solubilitatea este 4 gdm3
Avantajele utilizarii CIO2 sunt
bull nu formeaza sub-produsi de tip trihalometani (THM)
bull are putere oxidanta mai buna oxideaza fenoli si este foarte eficace la pH peste 85
Dozele utilizate frecvent 01 - 05 mgl timpul de contact fiind Tc = 10 min Se mentioneaza ca pentru doze mai mare de 05 mgl exista riscul formarii de sub-produsi de tip clorati
Reactoarele de pre-oxidare utilizeaza agitatoare mecanice (rezistente la coroziune) care asigura amestecul mecanic cu randamente ridicate intre apa de tratat si solutia de CIO2
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 4
332 Post-oxidare
In filierele de tratare se dezvolta din ce in ce mai mult conceptul de post-oxidare cu ozon pe apa limpezita dupa filtrele rapide de nisip pentru ca eficienta transferului creste se reduc dozele de ozon si oxidarea micro-poluantilor devine mai eficienta
incadrarea procesului de post-oxidare in schema statiei de tratare se realizeaza totdeauna ca infigura 310 n
Dozele de 03 in post-oxidare nu depasesc 2 mgl Principiile reactoarelor de ozon sunt identice cu cele utilizate in pre-oxidare
Post-oxidarea cu ozon combinata cu adsorbtia pe CAG este procesul (denumit afinare) capabil sa asigure
- eliminare totala compusi biologici microbiologici si micropoluanti
- reducere materiilor organice naturale astfel incat TOC lt 25 g Cl
- eliminare pesticide
333 Alegerea oxidantului
Alegerea oxidantului se bazeaza pe analiza calitatii apei caracterizarea marimii poluarii care poate apare (continut materii organice naturale carbon organic total numar de microorganisme perioade duraf deg ce aparitie)
Alegerea agentului oxidant are la baza costuri si implicatii in filiera tehnologica
Tabelul 35 Caracteristici principale Tn alegerea oxidantilor Nr crt
Oxidant Avantaje Dezavantaje
1 Clor-Cl2 - costuri reduse- cunoastere operare- este remanent (rezidual) in reteaua de
distributie
formeaza THM - necesita timpi de contact mari
2 Dioxid de clor - C102 - capacitate de oxidare mai ridicata in raport cu Cl2
- nu formeaza THM- este remanent (rezidual) in reteaua de
distributie
- necesita preparare si dozare instantanee- la doze prea mari poate forma cloraticosturi mai mari in raport cu Cl2
3 Ozon - 03 - cea mai mare capacitate de oxidare- nu formeaza THM
- necesita preparare si dozare instantaneeconsumuri energetice mari- poate forma subprodusi de tip bromaji sau
aldehide- nu este remanent (rezidual) in reteaua de
distributie
4
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 4
Figura 311 Fortele
ce actioneaza asupra
particulelor aflate Tn
apa
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
3511 Deznisipatoare
Sunt destinate sa retina particulele de tip nisip pentru protectia utilajelor din schema statiei de tratare Schema unui deznisipator orizontal este data in figura 313
Figura 313 Deznisipator orizontal longitudinal
1 Gratar 2 Bare de linistire 3 Nisa pentru reparatii Tn caz de avarie 4 Stavilar de intrare 5 Vane de golire 6 Stavilarde iesire 7 Galerie de golire
In zona de intrare a apei in deznisipator se monteaza un gratar rar pentru impiedicarea accesului corpurilor mari in interiorul bazinului Pentru linistirea curentului se monteaza bare verticale de linistire Peretii laterali ai deznisipatorului se executa cu evazare catre exterior pentru a permite preluarea impingerilor survenite din podul de gheata care se formeaza pe timp de iarna la suprafata bazinului Panta radierului bazinului trebuie sa permita evacuarea depunerilor in zona din aval a bazinului Evacuarea depunerilor se poate realiza cu mai multe sisteme
bull prin hidro-mecanizare cu scoaterea din functiune a unui compartiment
bull prin golirea totala a compartimentului (numai pentru debite foarte reduse)
bull cu electro-pompe speciale purtate de o grinda rulanta
3512 Decantoare statice
Sunt destinate surselor cu variatii mari de turbiditate la care 50 - 60 din suspensii sunt de natura minerala (gravimetrice) in figura 314 se prezinta schema unui decantor orizontal longitudinal Elementele principale ale bazinului sunt
bull zona de intrare in care se gaseste un perete de linistire a curentului in partea superioara respectiv canalul de evacuare a depunerilor in partea inferioara
bull decantorul propriu-zis cu radier cu panta catre basa de evacuare a namolului amplasata in zona incipienta a bazinului
bull zona de evacuare a apei decantate care este bordata de un gratar cu rolul impiedicarii accesului plutitorilor
Curatirea decantoarelor orizontale se realizeaza
bull Intermitent prin golire si evacuare depuneri hidraulic sau mecanic
bull Continuu cu ajutorul podurilor racloare care strang depunerile in base special amenajate
Dificultatile in operarea decantoarelor statice se pot sintetiza
bull sunt influentate de factori atmosferici vant gheata insorire
bull miscarea este turbulenta ca structura si particule fine pot fi repuse in stare de suspensie
bull echilibrarea fluxului hidraulic se realizeaza cu dificultate
bull eficienta retinerii nu depaseste 10-15 NTU la apa decantata
37 Filtrarea apei - generalitati
Filtrarea este procesul de limpezire finala a apei (stadiul II) la curgerea printr-un mediu poros de obicei format din nisip cuartos Procesul simuleaza infiltratia apelor superficiale in mediile poroase din subsolul pamantului Procesul este cunoscut si aplicat de mult timp (primul brevet s-a emis in 1830)
Schema generala (figura 323) indica filtrul ca fiind format dintr-un bazin (cuva) in care apa curge in sens descendent traverseaza mediul poros sustinut de un drenaj si ajunge intr-un rezervor de apa filtrata amplasat sub drenaj Sistemul este dotat cu toate instalatiile de introducere -prelevare apa preaplin si golire
Parametrii fundamentali ai procesului de filtrare sunt
bull viteza de filtrare definita (ca viteza aparenta) cu relatia urmatoare
vF = Q A [ m h ] [mzi] (313)
In care
Q - debitul de apa filtrata
A - suprafata orizontala a stratului filtrant in
functie de viteza de filtrare se pot clasifica in
o filtre lente (biologice) - VF = 01 - 025 [mh]
o filtre rapide - vF = 4 - 10 [mh|
o filtre ultra-rapide
bull mediul filtrant - in general nisip cuartos care sa realizeze prin uniformitatea granulelor un volum de goluri in care sa se acumuleze suspensia retinuta din apa caracteristicile sunt diferite pe tipuri de filtre
bull pierderea de sarcina (hr) exprimata ca diferenta intre nivelul apei in cuva filtrului si nivelul apei in rezervorul de apa filtrata este data de colmatarea stratului si este variabila in timp
49
38 Filtre lente
Se bazeaza pe formarea unei membrane biologice constituita din colonii de bacterii aerobe -amplasata la suprafata stratului de nisip (pe primii 2-3 cm) Elementul fundamental este dezvoltarea membranei (in 1 - 3 zile) functie de caracteristicile apei Dupa o perioada (30 - 50 zile) membrana se colmateaza si incepe sa se rupa degradand calitatea apei Aceasta se razuieste (se curata) manual sau mecanic si procesul este reluat In figura 52 se indica schema unui filtru lent
Dispoizitiv de curatat_____________________________membrana biologtca
Figura 325 indica tipurile de organisme care pot fi intalnite pe o adancime de 30 cm in nisipul filtrului lent
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
Nisipul din filtrul lent trebuie sa aiba urmatorii parametri
bull granulozitatea in domeniul dg = 035 - 050 mm
bull coeficientul de neuniformitate ult 15
(314)
In care d6o - diametral ochiurilor sitei prin care trece 60 din materialul cernut
d1o - diametral ochiurilor sitei prin care trece 10 din materialul cernut
01
50
bull inaltimea stratului de nisip H=90-100 cm cand grosimea stratului de nisip ajunge dupa curatiri succesive la 70 - 80 cm este necesara completarea la inaltimea initiala
Solutia filtrelor lente se prevede la debite relativ mici (max 10000 m zi) si surse de apa in general curate (lipsite de alge culoare poluanti toxici) Se pot obtine rezultate performante la ape necoagulate Operarea sistemelor de filtre lente este simpla Procesul de filtrare lenta este asimilat cu procese fizice si biologice Acestea din urma necesita o atentie si urmarire continua in etapele de operare a filtrelor in special referitor la starea coloniilor de bacterii aerobe din membrana biologica
310Filtre rapide
In figura 326 se prezinta schema unui filtru rapid Acesta este constituit din urmatoarele elemente componente
bull sistem admisie apa in cuva - are rolul echirepartitiei debitului catre cuvele de filtre
bull stratul filtrant peste care exista un strat de apa
bull drenaj cu rolul de a sustine stratul filtrant si de a transforma bulele mari in bule fine in procesul de spalare inversa
bull sistem de mentinere a nivelului apei in filtru (pentru filtrele cu functionare in sistem nivel constant si debit variabil)
bull statie de pompare apa de la spalare filtre si statie de suflante
bull instalatii hidraulice grupate in galeria tehnologica cu rolul de a asigura toate utilitatile necesare functionarii corecte a procesului (conducte si vane apa filtrata apa spalare aer spalare preaplin golire etc)
bull rezervor de apa filtrata amplasat de obicei sub toata statia sau in anumite cazuri numai sub galeria tehnologica
Procesul consta in doua etape
bull filtrarea apei parcurgand in sens descendent stratul de nisip si drenajul
bull spalarea filtrului in sens ascendent in doua faze distincte
o faza 1 (durata Ti=5-10 min)
o faza 2 - limpezire (durata Ti=10-15 min)
51
in ultimii 30-40 de ani in lume a existat o preocupare constants pentru perfectionarea procesului in sensul obtinerii performantei in calitatea apei filtrate (turbiditatea sa se incadreze in domeniulOl - 10 NTU)
Mecanismele de retinere in filtrele rapide se pot sintetiza ca in schema urmatoare
3101 Mediul filtrant
Calitatile materialului filtrant sunt urmatoarele
bull domeniul de granulozitate dg = 085 - 2 mm
bull coeficientul de neuniformitate u=d6odio lt 15
bull fractiunile inferioare diametrului 085 mm si superioare dmax 2 mm inferioare procentual la 10 in greutate
bull diametrul efectiv def = dio = 09-1 mm
bull sa realizeze un numar de goluri (porozitate) mare (pgt40)
bull forma granulelor apropiata de sfera pentru obtinerea unui grad de acoperire ridicat
bull continut de roci cuartoase recomandabil peste 95
bull sa aiba duritate (gt 7 in scara Mohs) pentru a nu se sfarama la spalare
Calitatea materialului filtrant influenteaza viteza de filtrare O serie de studii au indicat domeniul optim de granulozitate al nisipului de filtru conform figurii 328
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 52
3102 Calitatea influentului fn corelatie cu materialul filtrant
Pentru realizarea unei retineri eficiente a suspensiilor se impune ca in influentul filtrelor acestea sa fie floculate Aceasta se caracterizeaza prin coeficientul de coeziune al suspensiilor floculate (namol retinut) aceasta caracterizeaza capacitatea de rezistenta la forfecare si depinde de doza de floculant si natura (minerala sau organica a suspensiilor)
Procesul de optimizare a filtrarii rapide a apei ia in considerate principiul un filtru va functiona optim cand va produce cea mai mare cantitate de apa intre doua spalari succesive aceasta se va realiza cand timpul in care se atinge pierderea de sarcina limita este egal cu timpul in care se calitatea apei filtrate se inrautateste la limita maxim acceptabila (Ti = T2) sau penetrarea impuritatilor in interiorul masei filtrante se va efectua cu aceeasi viteza cu care creste pierderea de sarcina Expresiile celor doua perioade au fost determinate de cercetatorii Richard si Croce-Spinelli
Tx = a bull σ - 0 9 5 bull k-075bull def-045bull h0
n95bull v -185 (316)
T l = b bull σ-075 k - 0 7 5 bull dlef
1 5 Δhr05 bull vF
-065 (317)
In care Ti - perioada in care turbiditatea apei filtrate atinge valoarea limita (1 NTU)
T2 - perioada in care se atinge pierderea de sarcina limita (15 - 18 m)
a b - coeficienti empirici (experimentali)
hn - grosime strat nisip
Δhr- viteza de crestere a pierderii de sarcina
INSPECTIA SANITARA SI MOMTORIZAREA CALITATII APEI
VF - viteza de filtrare
k - coeficient de coeziune al namolului
a - depozitul specific (volumul de suspensii raportat la volumul de material filtrant)
Se constata ca fiecare filtru poate conduce la un ciclu optim functie de calitatea nisipului grosimea stratului calitatea flocularii suspensiilor din apa influenta si viteza de filtrare
3103 Variatia pierderii de sarcina
Urmarirea pierderii de sarcina este importanta pentru ca poate pune in evidenta functionarea filtrului Operarea optima a unui filtru se realizeaza prin urmarirea in timp a variatiei pierderii de sarcina si turbiditatii Masurile pentru realizarea acestui optim sunt
53
bull reducerea vitezei - cele mai performante filtre lucreaza cu viteze de filtrare variabile astfel incat colmatarea stratului sa se realizeze fara socuri
bull adaugarea unui polimer (doze 01 - 02 mgl) in influent pentru a mari rezistenta particulelor floculate
bull imbunatatirea calitatii nisipului
Presiune (m col H20)
Figura 329 Estimarea pierderii de sarcina Tn
stratul filtrant
3104 Spalarea filtrelor
Se realizeaza in contra curent de apa si aer comprimat Elementele tehnice care intervin esential in obtinerea performantelor spalarii sunt
bull calitate drenaj - din punct de vedere al uniformitatii debitelor de apa si aer
bull colectarea uniforma a apei de la spalare
bull metoda de spalare care sa asigure eliminarea totala a suspensiilor retinute in strat cu resurse minime
bull drenaj de mare rezistenta hidraulica (cu placi cu crepine)
Se bazeaza pe principiul introducerii unei rezistente hidraulice de 15 - 20 cm coloana de apa (reducerea brusca de sectiune la intrarea apei in tija crepinei) care asigura uniformizarea intensitatilor de spalare pe suprafata cuvei (abateri de plusmn 3-5) In figura 330 se prezinta schema drenajului cu placi cu crepine
Se pun conditii severe din punct de vedere constructiv pentru realizarea drenajului
bull asigurarea etansarii perfecte
bull asigurarea cotei exacte si unice pentru pozitia orificiilor de aer
bull rezistenta cosurilor crepinelor
bull asigurarea formarii unui nivel de separatie apa - aer uniform si constant pe toata suprafata cuvei
Cele mai performante filtre din punct de vedere al spalarii sunt filtrele cu baleiaj la spalare (figura 331)
INSPECTIA SANITARA SI MOMTORIZAREA CALITATII APEI
55
55
in perioada de spalare a filtrului nivelul in cuva se afla la cota NS jgheaburile J nu mai deverseaza si prin orificiile de la baza jgheaburilor se creeaza un curent de baleiaj (1-2 dm3sm2) cu apa decantata care impinge suspensiile spre jgheabul de colectare Se reduc astfel timpii de spalare (cu 50) si intensitatile si volumele de apa de spalare
Prin curgerea ascendenta a aerului masa de nisip vibreaza si peliculele de namol se desprind de granule Curentul ascendent de apa le antreneaza Spalarea numai cu aer induce vibrarea masei de nisip si depunerea namolului in zona inferioara a stratului De aceea este contraindicata spalarea numai cu aer in faza 1
In general echipamentele pentru asigurarea debitelor apa de spalare se adopta un utilaj (pompa) in faza 1 si inca o pompa de acelasi tip pentru faza a Il-a
3105 Asigurarea repartitiei uniforme a influentului
Pentru asigurarea repartitiei uniforme a apei decantate se utilizeaza diverse sisteme Cel mai performant este sistemul cu deversori neinecati conform cu schema din figura 332
3106 Sistemele hidraulice
Sistemele hidraulice asigura deservirea statiei de filtre atat in procesul de filtrare cat si in procesul de spalare Acestea se vor dimensiona conform vitezelor economice prezentate in tabelul urmator
3107 Reglajului debitului si nivelului de apa in cuva
Pentru filtrele care functioneaza cu nivel constant si debit variabil este foarte important ca nivelul apei in filtru se fie mentinut pseudo-constant Aceasta se asigura cu diverse sisteme de plutitori (regulator de nivel amonte) care comanda vana de pe conducta de apa filtrata sau cu sisteme electronice si hidraulice conform figurii 333
Figura 333 Sistem de reglare electronic al nivelului apei Tn filtru
Legends 1 Strat filtrant 2 Vana apa filtrata 3 Parghie comanda vana 4 Electrovana de comanda 5 Regulator electronic 6 Senzor de presiune pentru nivel filtru 7 Senzor de presiune sub planseu 8 Potentiometru 9 Indicator de
colmatare 10 Alimentare cu fluid de comanda
313 Afin area apei
Procesul de afmare a apei este constituit din combinatia intre procesul de post-oxidare cu ozon a apei filtrate urmat de adsorbtie pe carbune activ granular
3131 Post-oxidarea cu ozon
Ozonul (O3) se obtine din aer sau oxigen supus la descarcari electrice printr-un dielectric In figura 334 se prezinta un element dintr-un ozonor
figura 334 Element tubular de ozonor
1 - Intrare gaz vector (aeroxigen) 2 3 - Electrozi 4 - Dielectric 5 - Spatiu de descarcare electrica 6 - Gaz vector +
ozon 7 - Apa racire
Diferentele de potential la care se lucreaza sunt cuprinse intre 6000 - 18000 V functie de natura si grosimea dielectricului marimea spatiului de descarcare si presiunea absoluta de functionare
Concentratiile de ozon in gazul vector obisnuite sunt
bull 10-40gm - in cazul utilizarii aerului
bull 10-140 gm3 - in cazul utilizarii oxigenului
Pentru a realiza concentratii optime si stabilitatea procesului se cere punct de roua -60degC -80degC
Energia specifics pentru productia de ozon
bull 13-18 kWhkg O3 - produs din aer
bull 8-10 kWhkg O3 - produs din oxigen
Actiunea O3 asupra apelor de consum se poate sintetiza
bull imbunatatirea calitatilor organoleptice (gust miros culoare)
bull activitate bactericide si virulicida
bull oxidarea materiilor organice
bull oxidare micro-poluanti
bull imbunatatirea biodegradabilitatii in amonte de CAG
3132 Adsorbtie pe carbune activ granular (CAG)
Carbunele activ se poate obtine din carbuni minieri sau din coaja de nuca de cocos Majoritatea carbunilor minieri pot fi convertiti in carbune activ insa proprietatile carbunelui activ depind esential de calitatea initiala a carbunilor in special in ceea ce priveste duritatea acestora in acest sens se utilizeaza adesea coaja nucilor de cocos pentru fabricarea carbunelui activ
Exista o multitudine de procese de fabricare a carbunelui activ insa eel mai dezvoltat este piroliza urmata de activarea cu gaze de oxidare Piroliza (carbonizarea) presupune incalzirea materialului la temperaturi intre 600 si 900 degC in absenta aerului Pentru obtinerea unei porozitati ridicate se pot utiliza adaosuri de cloruri metalice (de exemplu ZnCl) Piroliza poate reprezenta unicul pas de activare in cazul in care se doreste obtinerea unui material cu 0 porozitate ridicata
A doua etapa este cea de oxidare care se realizeaza de obicei cu abur sau uneori cu aer Temperaturile sunt uzuale in gama de 600 - 900 degC Pe parcursul acestei etape se realizeaza 0 erodare a suprafetei interne a carbunelui si dezvoltarea unei retele extensive de micropori care cresc capacitatea de adsorbtie
58
Printre proprietatile principale ale carbunelui activ se enumera continutul de cenusa umiditatea densitatea marimea particulelor duritatea volumul si distributia dupa marime a porilor suprafata interna
31321 Continutul in cenusa
Continutul in cenusa este reprezentat de reziduul obtinut prin calcinarea la temperatura de 954 degC timp de 3 ore in aer Uzual continutul de cenusa variaza intre 3 si 10 Pentru reducerea cantitatii de cenusa se poate utiliza spalarea cu acid
31322 Umiditatea
Umiditatea se determina prin uscarea in cuptor timp de 3 ore a unei cantitati de 5 sau 10 g de carbune activ la temperatura 150 degC Se determina greutatea inainte si dupa uscare si racire in exicator Umiditatea in vrac a carbunelui activ este recomandabil sa fie limitata la maxim 5
31323 Densitatea
Sunt mai multe tipuri de densitati printre care se mentioneaza densitatea in vrac densitatea aparenta densitatea particulei si densitatea reala Densitatea in vrac sau densitatea aparenta reprezinta greutatea carbunelui activ uscat raportata la volumul pe care acesta il ocupa Aceasta se determina prin umplerea unui cilindru cu volumul de 100 ml cu carbune prin cadere libera dintr-o masina vibratoare si cantarirea volumului respectiv Valorile uzuale sunt in gama 05 - 06 gml pentru carbune activ fabricat din carbune minier respectiv 024 - 030 mg1 pentru carbune activ fabricat din lemn
Densitatea particulei reprezinta densitatea unei particule singulare Volumul pe care se bazeaza include volumul porilor precum si volumul materialului Densitatea particulei se determina in mod uzual cu mercur la presiunea atmosferica (mercurul umple spatiile goale din particula de carbune activ dar nu umple porii) Valorile uzuale sunt in gama 074 - 080 gml
Densitatea reala sau densitatea scheletului este cea determinate numai pe materialul (carbunele) propriu-zis Pentru determinarea acesteia se utilizeaza uzual o metoda de inlocuire cu heliu (heliul intra practic in toti porii materialului) Valorile uzuale sunt in gama 21 - 22 gml
31324 Marimea particulelor
Aceasta se determina prin cernerea a 100 sau 200 g de carbune printr-un sistem de site mecanice timp de 10 minute dupa care se cantaresc retinerile pe fiecare sita in parte Carbunele activ pudra se incadreaza de obicei in domeniul 005 mm - 15 mm
31325 Friabilitatea
Capacitatea carbunelui activ de a rezista la abraziune este unul dintre parametrii cei mai importanti Procedura de determinare a friabilitatii carbunelui activ presupune determinarea granulozitatii acestora inainte si dupa testul propriu-zis care consta in concasarea succesiva a carbunelui intr-un recipient alaturi de bile de otel inoxidabil Valorile uzuale ale indicelui de friabilitate sunt 65 - 80 (practic 70 - 75) ceea ce atesta faptul ca materialul este foarte usor friabil si este necesar atentie la procedura de spalare
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATIIAPEI 59
31326 Volumul si distributia dupa marime a porilor
Volumul porilor reprezinta volumul total al porilor din particula de carbune activ granular raportat la greutate Valorile uzuale sunt de ordinul 08 - 12 mlg pentru carbune activ fabricat din carbuni minieri respectiv 22-25 mlg pentru carbune activ fabricat din lemn Volumul total al porilor poate fi determinat printr-un test de adsorbtie cu azot desfasurate astfel incat azotul condensat sa intre in totalitate in porii carbunelui
Carbunele activ confine o structura complexa de pori de forme si marimi diferite Porii au de obicei o geometrie neregulata si sunt interconectati Dimensiunile porilor sunt uzual intre 10 A si 100000 A (001 cm) Distributia dupa marime a porilor depinde de tipul de material utilizat si de metoda si de durata procesului de activare
31327 Suprafata internaSuprafata interna a materialelor poroase in general se determinS cu ecuatia BET stabilita de
Brunauer Emmett si Teller Ecuatia descrie formarea de strate multiple de gaz condensat care apar atunci cand un gaz adsorbabil (de exemplu azotul) este in contact cu materialul poros Intr-un astfel de test se utilizeaza azot la temperatura de fierbere si presiunea atmosferica (-196 degC sau 77 K)
Ecuatia BET (expresia 318) a fost derivata presupunand urmatoarelebull rata de condensare a moleculelor din primul strat este egala cu rata de evaporare a
moleculelor din zonele acoperite cu un singur strat de moleculebull caldura de adsorbtie peste primul strat este constants si egala cu caldura de lichefiere
qqm=b(PPS)(1-PPs)(1-PPS+bPPS) ( 3 1 8 )
In care Ps - presiunea de vaporizare la saturatie la temperatura utilizata in test uzual 1 atm
q - cantitatea de substanta adsorbita la presiunea P
qm - cantitatea de substanta adsorbita numai cand se constata acoperirea totala a suprafetei cu un strat monomolecular
b - constanta determinata experimental
In figura 336 se prezinta o relatie tipica intre marimea porilor si suprafata totala Suprafata cumulativa este data de insumarea suprafetelor tuturor porilor cu un diametru dat sau mai mare Se remarca faptul ca marea majoritate a suprafetei este atribuita porilor de mici dimensiuni
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI60
3133 Teste uzuale de adsorbtie
In practica se utilizeaza o serie intreaga de teste pentru a determina capacitatea de adsorbtie pentru diferite tipuri de carbune activ Printre acestea se mentioneaza
- Indicele Iod reprezinta cantitatea de iod in miligrame pe gram adsorbit de un carbune activ la echilibru cu o solutie I2-KI cu concentratia 002 N indicele iod indica suprafata totala a porilor cu diametru de 10 A sau mai mare valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 800 - 1000 mgg
Indicele Melasa reprezinta un indicator al puterii de decolorare a carbunelui activ granular in contact cu 0 solutie de melasa la fierbere indicele melasa este in stricta legatura cu suprafata totala a porilor cu diametrul mai mare de 28 A valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 200 - 300
- Indicele Albastru de Metilen reprezinta cantitatea de albastru de metilen adsorbita de 1 g de carbune activ la echilibru in contact cu o solutie cu concentratia 1 mg1 de albastru de metilen Albastrul de metilen are greutatea moleculara 320 si indica suprafata totala a porilor cu diametrul de 15 A
- Activitatea tetraclorurii de carbon tetraclorura de carbon CC14 este un compus molecular mic si poate intra in toti porii In acest test un curent de aer este saturat cu CCI4 la 0 degC si este trecut printr-un strat de carbune activ mentinut la 25 degC pana cand nu se mai detecteaza nici o schimbare in greutate Activitatea este greutatea CCI4 adsorbita pe unitatea de greutate de carbune activ exprimata procentual Valorile uzuale ale acestui indicator sunt in gama 60 -80
- Indicele butan este similar activitatii tetraclorurii de carbon valoarea acestuia este exprimata grame de butan adsorbite pe 100 ml carbune activ valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 7 - 8 g 100 ml carbune activ
- Indicele FINAD stabilit de cercetatorul C Gomella si reprezinta un produs al mai multor indici F - fenol I - iod N - indol A - antipirina D - detergent
316 Deferizarea si demanganizarea apei
Fierul (Fe) si manganul (Mn) sunt elemente care se gasesc frecvent in mediul subteran si in apa apar in concentratii pana la 10 mg1 (Fe) si 2 mg1 (Mn) Prezenta fierului si manganului in apele potabile pot genera urmatoarele probleme
bull produce gust metalic dezagreabil
bull coloreaza tesaturile si echipamentele sanitare
bull formeaza precipitate in conducte care favorizeaza dezvoltarea bacteriilor feruginoase (Chrenothrix) acestea modifica regimul hidraulic calitatea apei distribute si favorizeaza fenomenele de coroziune
3161 Echilibrul fierului si manganului in apa
Fierul si manganul sunt prezente dizolvate in solutiile apoase sub forma Fe2+si Mn2+ Concentratia in oxigen a apelor subterane care contin Fe si Mn este nula Din namolurile situate in
2+ ~
zona anaeroba din hipolimnion se elibereaza ioni de Fe2+ si Mnz+ in apele lacurilor In numeroase ape naturale se remarca prezenta Fe3+ asociata cu substantele humice Stabilitatea fierului si manganului in apa depinde de numeroase variabile
bull pH-ul apei
bull concentratia diferitelor elemente chimice
bull potentialul de oxido-reducere (Eh) al solutiei
In figura 341 se prezinta diagrama de stabilitate a formelor fierului in solutie in aceasta diagrama o curba (linie) reprezinta locul geometric pentru care concentratia celor doua substante este aceeasi De exemplu linia 1 reprezinta solutia pentru care O2 si H2O au aceeasi valoare Aria cuprinsa intre curbele 1 si 2 reprezinta aria de stabilitate a compusilor de Fe Chimia manganului este asemanatoare cu cea a Fe Astfel la pH si Eh reduse Fe si Mn sunt stabile in forme bivalente
pentru debite mari si la adancimi sub 20 m se folosesc pompe cu ax vertical cu motorul in mediu uscat (amplasat in cabina supraterana) si pompa cufundata in apa In ultimul caz transmiterea cuplului motor se face prin intermediul unui arbore amplasat in axul conductei de refulare Linia piezometrica la sistemul de colectare cu pompe este aratata in figura 26 pentru doua situatii cu pomparea direct din put intr-un rezervor de inmagazinare respectiv cu pozarea unei statii de pompare intermediare prevazuta cu pompe cu ax orizontal Cea de-a doua varianta conduce la economii de energie
In cazul echiparii cu pompe este esential ca (1) debitul pompei sa fie eel mult egal cu debitul maxim al putului (2) pompele sa functioneze in regim constant in timp (3) dupa oprirea pompelor reporairea sa se faca manual cu respectarea regulilor generale si deschiderea vanei de refulare sa nu permita preluarea unui debit mai mare decat debitului putului
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 1
224 Captari cu dren
Drenul este un element constructiv permeabil orizontal nevizitabil (dren propriu-zis) sau vizitabil (galerie) care asezat in calea curentului subteran de apa il capteazS si conduce apa captata spre unui din capete la un put colector Prin urmare drenul indeplineste un rolul dublu
bull captarea apei din strat
bull transportul acesteia la putul colector Elementele
principale ale drenului sunt date in figura 27
Figura 27 Elementele captarii cu dren de coasta a - plan b - profil longitudinal prin dren c -
sectiune transversala tip d - detaliu de tub pentru dren
Pe o directie aproximativ perpendiculars pe directia de curgere a curentului de apa subteranS se sapa un sant de lStime convenabilS - sapSturS taluzatS in cazul in care debitul stratului este mai mic iar stratul este format din material grosier (pietris nisip mare) sau sapStura sub protectia a doi pereti de palplanse din lemn metal sau beton armat (mai rar) infipte in prealabil panS la stratul de bazS dacS stratul acvifer este puternic (bogat) iar materialul din strat confine in cantitate mare fractiuni fine SApStura se executS panS la stratul de bazS cand drenul perfect se aseazS chiar pe strat sau nu cand drenul se aseaza deasupra stratului de baza (dren imperfect) el captand numai o parte din apa stratului
Daca drenul este amplasat la baza unui strat acvifer a carei panta piezometrica in regim natural este mai mare de 001 drenul se numeste dren de coasta si se considers ca primeste apa dintr-o singurS parte iar dacS drenul este amplasat in strat acvifer cu panta piezometrica mai mica (ilt00l) drenul se numeste dren in bazin si se considers cS primeste apa din ambele pSrti
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 1
Dupa nivelarea fundului sapampturii (executatS cu panta de minim lo data in proiect) se monteazS tuburile de drenaj de obicei din beton dar pot fi si de argila arsa zidarie de piatrS azbociment bazalt etc
Daca se considers necesar se executa in prealabil un strat de beton de egalizare (de cca 10 - 20 cm) Tuburile se aseaza cap la cap (preferabila folosirea tuburilor cu talpS) fScand sau nu etansarea capetelor La circa 50 m distanta se lasa loc pentru executarea caminelor de vizitare care au radierul cu circa 50 cm mai coborat decat cota radierului tubului pentru a asigura un mic volum de depozitare a nisipului (antrenat eventual de apa) Diametrele tuburilor cresc spre putul colector schimbarea de diametre se face obligatoriu in dreptul unui cSmin intre 2 cSmine traseul drenului trebuie sa fie rectiliniu dar pe ansamblu drenul poate fi format dintr-o serie de aliniamente care se intersecteaza sub diferite unghiuri (mai mari de 90deg) Tubul de drenaj are orificii in jumStatea superioara orificiile sunt conice cu dimensiunea mai mica la exterior pentru a permite materialului granular care a intrat in orificii sa cada in dren Jumatatea de jos a drenului serveste pentru transporrul apei
In jurul tubului-dren se prevede un filtru invers din straturi de minim 10 cm grosime Straturile au marimea granulelor stabilitS ca la un filtru invers Un filtru invers este o succesiune de straturi din material granular asezate astfel incat granulele unui strat sa nu treaca prin golurile stratului urmator in sensul in care circulS apa Pentru a avea indeplinitS aceasta conditie este suficient ca raportul intre diametrele medii a doua straturi adiacente sa fie maxim 4 -5
Peste straturile filtrului invers se face umplutura din material local bine compactat daca este cazul extragand si palplansele o data cu avansarea umpluturii acestea se pot scoate si ulterior folosind insa un utilaj mai puternic si avand grijS sa nu se deterioreze stratul interior de material
La circa 50 cm deasupra nivelului stratului de apa se executa cu una sau doua pante o saltea de argila de circa 30 cm grosime Rolul sau este de a devia apele din precipitatii ce tind sa se infiltreze spre dren direct prin zona de umplutura care este mai prealabila Se continua umplutura peste saltea se compacteazS si se lasa cu bombament pentru ca la o eventualS tasare in timp sa nu ramana un sant superficial in care sa bSlteascS apa Se amenajeaza caminele cu umplutura de 50 cm peste nivelul apei de inundatie la asigurarea de 1 se executa putul colector si se echipeazS cu o stavilS de perete si un deversor triunghiular la debusarea drenului in cazul drenurilor lungi putul colector se aseaza la jumatatea frontului obtinand un dren cu doua ramuri care pot fi sau nu simetrice dupa particularitStile drenului Putul colector poate servi numai ca bazin de aspiratie pentru pompe (inaltimea stratului de apa de circa 10 - 120 peste sorb) cat si ca statie de pompare in care caz partea de deasupra se amenajeaza corespunzator
Daca apa captata contine substante care precipita usor in contact cu aerul (saruri de fier mangan) si se depun pe peretii drenului riscand sa-1 colmateze in timp atunci drenul se executa vizitabil Pentru a permite circulatia personalului de intretinere se executa si o mica pasarela in lungul drenului La drenuri ce capteazS apa potabila vor fi luate masuri de protectie sanitara
226 Tratarea apei din surse subterane
Calitatea apei subterane este influentatS de urmStorii parametri
bull nature mineralogies si geologicS a subsolului terenului in care se formeaza (sau curge)
bull calitatea apelor infiltrate de la suprafata terenului (numai pentru strate freatice)
In functie de influenta pe care apele meteorice o au asupra calitatii apei subterane straturile acvifere se clasifica in
bull strate freatice cantonate la adancimi mici sub suprafata terenului calitatea apei este influentatS direct de infiltratiile de la suprafata terenului sau exfiltratii din sisteme pozate subteran (retele canalizare fose conducte de petrol si gaze)
bull strate captive situate la adancimi de la 50 m la 150 - 200 m in subsolul terenului calitatea apei este putin (deloc) influentatS de apele infiltrate de la suprafatS
Acumularea si circulatia apei intr-un strat determina preluarea caracteristicilor rocilor stratului Se stabileste un echilibra intre caracteristicile apei si compozitia terenului in care este stocatS (sau curge) Rocile compacte cu fisuri sau caverne dau apei continut de gaz carbonic carbonati CO2 Principalele caracteristici ale apelor subterane se pot sintetiza
bull temperature - relativ constants ~ 10 -12degC
bull turbiditatea (MTS) - redusanula
bull culoare - data de materiile in solutie (acizi humici)
bull mineralizare - constants superioara apelor de suprafata
bull Fe Mn (bivalenti) - in general prezenti
bull CO2 agresiv - adesea prezent
bull O2 dizolvat - redusabsent
bull H2S - prezent in special in apele de adancime de carst
bull NH4 - prezent frecvent fara indice poluare
bull NO3 - continut ridicat pentru stratele freatice
bull Micropoluanti - in general absenti poluarile accidentale
bull Elemente vii - frecvent ferobacterii
bull Caracter eutrof-nul
Din punct de vedere al incarcarii s-a propus clasificarea surselor subterane in doua categorii
bull Surse cu incarcare redusa s-a luat in considerate existenta Fe2+ si Mn2+ in apa subterana in cantitati reduse dar care depasesc limitele impuse de Legea 4582002
bull Surse subterane incarcate in acceptiunea incdrcat se intelege depasirea continutului de Fe (pana la 50 ori) Mn (pana la 20 ori) azotati azotiti si H2S
In tabelul 21 se indica principalele caracteristici
Tabelul 21 Caracteristici principale surse subterane Denumire parametru Caracteristici apa
brutaFrecventa de depasire a prevederilor Legii 4582002 ()
Caracteristici necesare apa tratata
Tncarcare redusa
sursa incarcata
Tncarcare redusa
sursa incarcat
a
Directiva 9883EC
Legea 4582002
Fier total (mgl) 02-20 30-100 20 50 02 02Mangan (mgl) 005-05 08-10 20 50 005 005Azotati (mgl) lt50 80-120 - 80 50 50Azotiti (mgl) lt05 20 - 50 - 80 05 05Amoniu (mgl) lt05 10-20 - 50 05 05Hidrogen sulfurat (mgl) lt01 13-20 - 50 - 01
in situatia in care se utilizeaza 0 sursa subterana cu incarcare redusa potabilizarea apei se poate realiza printr-o schema indicata de figura urmatoare
Figura 28 Schema de tratare a apei din sursa subterana cu Tncarcare redusa Notatii Aerare - Bazin de contact pentru oxidare fier si mangan FRN - filtrare rapida pe strat de nisip pentru
retinere fier si mangan oxidat DZF - Dezinfectie cu clor
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
Schemele de potabilizare pentru surse incarcate sunt complexe asa cum rezulta din figura 29 Sunt necesare
bull procese de oxidare in sistemul multi - bariera (pre-oxidare si post-oxidare)
bull procese performante de oxidare sedimentare in stadiul I si II
bull procese de afinare
In astfel de situatii solutiile se stabilesc prin analiza mai multor variante de surse functie de consumatorii afectati o sursa mai departata (zeci de km) poate deveni avantajoasa vis-a-vis de costurile implicate in tratare
1
Figura 29 Schema de tratare apa din sursa subterana foarte
Incarcata INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
1
24 Captari din rauri
241 Captari Tn albie
2411 Captarea cu sorb
Se recomanda pentru captari provizorii mobile sau sezoniere Consta intr-un sorb amplasat convenabil in apa si stabilizat pentru protectie contra plutitorilor mari In figura 210 este schitata o captare fixa cu sorb
Sorbul este o confectie metalicS specials inchisa la un capat legata cu flanse la conducta de aspiratie cu celalalt capat si prevampzutS cu orificii pe suprafata laterals (cu dimensiuni suficient de mici pentru a nu intra plutitorii sau suspensiile mari) Pentru a avea viteze mici de intrare diametral sorbului este de 15 ori mai mare decat diametral conductei de aspiratie Pentru a nu aspira plutitori care sa-1 infunde sau a nu fi blocat in gheatS (hg = 03 - 04 m) si pentru ca gheata care se sparge in bucati la o viiturS de primavarS sa nu blocheze sorbul si sa-1 distrugS acesta trebuie sa fie asezat la minimum 05 m sub nivelul minim al raului la asigurarea normatS Pentru a capta aluviuni cat mai putine si de dimensiuni mai mici sorbul trebuie asezat la minimum 05 m peste fundul albiei Rezulta cS sorbul se poate prevedea in conditii normale in ape a caror adancime depSaeste 120 m (considerand ca sorbul are un diametra de minim 200 mm la un debit relativ mic)
Tot in scopul reducerii cantitatii de aluviuni antrenate sorbul se aseaza cu ajutorul unui cot in sensul de curgere al apei astfel incat apa sa intre in sorb prin intoarcere Sorbul se stabilizeaza in albie cu ajutorul unor piloti din lemn cu diametral de 0 10-12 cm batuti sub adancimea de afuiere in albie
In cazul captarilor mobile (folosite in special la irigatii) conducta de aspiratie se poate lasa aproape vertical in apa neingropata in mai cu asigurarea ca efectul dinamic al apei este atat de mic incat eforturile rezultate pot fi preluate de imbinari si conducte Sprijinirea se face prin amenajarea malului in trepte (trebuie avut grija sa nu fie depasita inaltimea de aspiratie a pompei amplasate pe mai)
2412 Captarea cu crib
Este o captare la care sorbul este protejat cu o constractie fixa stabila numita crib Cribul poate fi executat din elemente detasabile (grinzi din lemn elemente din beton armat de tip grinda) sau turnat pe loc (cu sorbul separat sau sorbul incorporat in constractie) In figura 211 se prezinta o captare cu crib
Grataral cribului se dimensioneaza la o viteza medie de trecere de 01 - 03 ms grataral se executa din bare rezistente la socul cu plutitorii iar amplasarea lor se face pe partea laterala sau aval a cribului (soc din cauza plutitorilor redus acces redus al aluviunilor din cauza intoarcerii curentului de apa aluviunile tree avand inertie mai mare)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 18
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
Apa captata prin crib poate fi aspirata de o pompa sau poate fi sifonata intr-un put colector cu rol de deznisipator si camera de aspiratie pentru pompe Vacuumul maxim pe conducta nu trebuie sa depaseasca 4-6 metri
Pentru sporirea sigurantei constructiei pot fi realizate mai multe criburi asezate in sah la 10-20 m in albie legate separat la pu|ul colector in cazul unor utilizatori importanti pot fi prevazute si criburi de rezerva Este esential ca toate criburile sa fie in stare de functionare altfel din cauza nisipului conductele de legatura si captarea se blocheaza Periodic conducta si cribul pot fi spalate prin aspirarea apei prin (n-1) criburi si refularea acesteia (sau a unei parti) prin cribul n care se spala Pentru aceasta instalatia hidraulica in putul colector trebuie gandita adecvat
Daca malul este inundabil si putul colector nu se poate departa pentru a iesi din zona inundabila vor fi luate masuri de indiguire a zonei sau de ridicare a putului la o cota cu minimum 050 m peste nivelul inundabil si aparare contra efectului dinamic al apei (accesul la put se va asigura pentru orice conditii)
A
In cazul in care nu se poate asigura adancimea pentru navigatie cu acordul beneficiarului zonei de navigatie se poate amplasa cribul mai sus luandu-se masuri corespunzatoare pentru marcarea pozitiei criburilor prin balize
242 Captari Tn mai
Captarea in mai se adopta in cazul unor debite importante cu o mare siguranta in functionare si cand situatia locala nu permite executarea de criburi
Captarea de mai are mai multe variante de constructii in functie de debitul captat si de destinatia apei captate Astfel pentru centre populate sau industrii unde debitul este totusi redus iar apa urmeaza sa suporte o tratare pentru corectarea calitatii pot fi prevazute captari cu cheson de mai Pentru debite mari de apa (mari unitati industriale centre populate mari irigatii CET-uri etc) se prevad captari in mai de tip bazin deschis
1
Figura 211 Captare cu cribLegenda 1 Put colector (cheson) 2 Crib din elemente prefabricate 3
Gratar 4 Saltea de fascine 5 Conducta de sifonare 6 Sistem de amorsare 7 Vacuum 8 Sorb 9 Conducta catre statia de pompare 10 Radier din beton armat
11 Cutitul chesonului 12 Strat depuneri
Captarea cu cheson este o constractie monolita care de obicei cuprinde si statia de pompare - echipata eel mai bine cu pompe cu ax vertical Schematic constructia unei captari de mai este prezentata in figura 212
B - B
c
Figura 212 Captare de mai cu cheson a-sectiune verticala 6-8 fo-detaliu sita c-sectiune orizontala
A - A
Legenda1 - camera de admisie si deznisipare a apei 2 - camera sitelor rotative 3 - camera cu rol de bazin de aspiratiepentru pompe 4 - camera uscata pentru pompe
INSPECTIA SANITARA SIMONITORIZAREA CALITATII APEI
Constructia este formata dintr-un cheson de dimensiuni mari asezat in malul raului astfel incat in fata ferestrelor de priza sa fie asigurat in permanent un nivel suficient de apa
Din cauza dimensiunilor si adancimii mari de fundare de obicei lansarea chesonului se face cu aer comprimat in partea de jos asigurandu-se o camera de lucru betonata ulterior Constructia este compartimentata vertical pe linii tehnologice dintre care una este intotdeauna de rezerva In interior se deosebesc patru camere (compartimente) cu urmatoarele roluri
1 Camera de admisie si deznisipare a apei (cu posibilitati de evacuare a nisipului depus)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
2
20
2 Camera sitelor rotative sitele rotative sunt formate din panouri de sita cu ochiuri relativ mici (1-3 mm) articulate si trecute peste doua tambururi - unui sus (motor) si altul jos (pasiv) apa trece prin panourile de sita sunt retinute pe sita impuritatile mari plutitorii in general si apoi panoul descarcat se ridica permanent ajungand deasupra nivelului apei in fata unui jet de spalare
3 Camera cu rol de bazin de aspiratie pentru pompele din camera 4
4 Camera uscata care adaposteste pompele treapta I (care trimit apa de la sursa la statia de tratare) In cazul in care nu se dispune de pompe cu ax vertical (care au motoarele montate pe platforma superioara) pot fi prevazute fi prevazute si pompe cu ax orizontal cu luarea unor masuri importante de pastrare uscata a camerelor
Cand sunt disponibile pompe cu ax vertical camerele 3 si 4 pot fi unificate In partea superioara a constructiei se prevad camera de comanda camera de manevra a vanelor si pompelor de epuisment camera motoarelor pompelor verticale si sala transformatoarelor (daca este cazul) Nivelul planseului se executa de obicei cu circa 07 m peste nivelul maxim al apelor raului cu asigurarea 1 In fata prizei se executa o pasarela de acces a personalului pentru curatarea gratarelor de la priza si indepartarea plutitorilor si ghetii Gratarele sunt rare cu distante intre bare de 3 - 10 cm
Admisia apei in priza se face prin doua serii de ferestre - o fereastra sub nivelul minim si o fereastra sub nivelul maxim Viteza de trecere a apei este de 02 - 03 ms iar nivelul de apa peste marginea de sus a ferestrei de minimum 050 m
La nivelurile mari in rau se lucreaza cu fereastra de sus pentru a evita antrenarea in priza a aluviunilor mari care sunt tarate de apa la partea de jos a albiei Pentru inchidere fiecare fereastra are in spate o stavila plana manevrabila de la suprafata In fata ferestrelor gratarele sunt rare din bare rotunde (teava) sau profile si se pot curata cu greble mecanice (la prizele mari) sau manual Gratarele trebuie sa fie executate cu atentie si iarna se pot inlocui cu gratare din lemn sau se pot lua masuri speciale pentru a se evita prinderea zaiului de barele metalice (bune conducatoare de caldura)
Zaiul este gheata in cristale fine care pluteste in masa de apa Pentru a evita blocarea cu gheata au fost imaginate mai multe sisteme toate fiind insa perfectabile Astfel la centralele termice sau industriale unde exista abur rezidual sau apa calda se transforms gratarul in radiator prin interiorul tevilor circuland agentul de incalzire sau se toarna apa calda inaintea gratarului astfel incat apa care trece prin gratar sa aiba 01 - 05degC In alte cazuri s-a transformat gratarul in rezistenta electrica legandu-1 la o sursa de tensiune convenabila (putere instalata de cca 10 kWhm2) consumul de energie este relativ mare iar pericolul de accidentare este ridicat S-a recurs si la imbracarea barelor gratarului in cauciuc ebonita sau mase plastice in scopul impiedicarii zaiului sa se prinda de bare In foarte multe cazuri insa se sparge gheata la priza cu unelte manuale atunci cand se constats ca nu mai intra apa suficienta operatiune foarte grea si riscanta In cazul in care apa raului contine in anumite perioade o cantitate mare de suspensii se poate aseza priza nu pe malul raului ci intr-un bazin executat pe malul raului iar apa raului parcurgandu-1 se produce deznisiparea
Foarte importante sunt forma sub care se amenajeaza intrarea apei din rau in bazin (existand riscul aparitiei depunerilor) si modul in care se reuseste sa se faca evacuarea depunerilor din bazin In literature de specialitate se citeaza si alte posibilitati de folosire a acestor bazine Uneori aceste bazine au fost executate sub forma de canale lungi cu priza la caparul eel mai departat Curatirea canalului se poate face prin dragare
Sunt situatii insa in care din motive locale debit mare si curgere gravitationala captarea poate fi mai simpla Captarea poate avea un singur compartiment pentru debite mici sau poate fi organizata pe linii pentru usurinta exploatarii Intrarea apei se face pe sub un timpan care evita socul plutitorilor cu gratarul si dirijarea acestora in aval Pentru punerea la uscat fiecare compartiment se prevede cu batardou demontabil Priza poate avea doua gratare in serie un gratar rar si un gratar des
O mare importanta o are directia de asezare a gratarului fata de directia circuitului de apa asezarea corecta este data de conditiile locale si uneori sunt necesare studii detaliate pe model in laborator Gratarul se poate aseza paralel cu curentul de apa putin oblic astfel incat apa sa atace gratarul sub unghiul eel mai favorabil sau frontal
243 Captari cu regularizarea albiei
Sunt situatii in care pe rau exista debitul de apa necesar pentru captare dar albia este atat de dezvoltata incat inaltimea apei nu permite derivarea debitului necesar In aceasta situatie este nevoie de inaltarea (cresterea) nivelului apei Una din solutii este de a ingusta albia prin lucrari artificiale de regularizare Intrucat asemenea lucrari de regularizare pot fi necesare si in alte cazuri (stabilirea albiei minore de exemplu) vor fi date cateva elemente generale urmand ca in caz de necesitate sa se apeleze la lucrari de specialitate Lucrdrile de regularizare se prevad si se executa cu respectarea urmatoarelor reguli generale
bull la ape mici curgerea sa fie cea dorita (stabila catre priza) iar la ape mari sa nu se produca inundatii in zonele vecine (sa nu se reduca din capacitatea de transport a albiei)
bull lucrarile sa se execute in etape pentru a se putea cunoaste reactiile la noile conditii si pentru a se putea cunoaste reactiile la noile conditii si pentru a se putea face corectari in etapele urmatoare
bull tipurile de lucrari sa se incadreze in peisaj
bull lucrarile sa nu stanjeasca circulatia apei pentru alte folosinte sau sa produca baltirea apei cu efecte de insalubritate
bull sa se prevada lucrari cu materialele din zona
bull sa fie folosita tendinta naturala de curgere a apei puterea si capacitatea colmatata a curentului
In figura 38 sunt schitate tipurile de lucrari mai des utilizate lucrari in albie (diguri de dirijare traverse de colmatare epiuri) si lucrari de aparare si consolidare a malurilor Elementele constructive tip sunt in general executate printr-o combinatie rationala de
bull combinatie de lemn cu piatra (casoaie suluri si saltele de fascine)
bull combinatie de piatra cu metal (gabioane)
bull anrocamente (piatra mare sparta)
bull beton beton armat sub forma de constructii masive sau elemente prefabricate
bull constructii vii formate din inierbare vegetatie mica (se ia in considerare capacitatea de transport a
albiei la ape mari)Apardrile de mai sunt lucrari de consolidare a malului raului impotriva efectului de eroziune al apei
la viteze mari Acestea pot fi lucrari foarte simple cum sunt taluzele inierbate cu unele elemente simple de fixare sau lucrari mai complicate ca taluz pavat cu elemente de beton zidarie de piatra rostuita sau nu
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
Figura 213 Lucrari de regularizare a albiei Tn zona prizeiLegends a - plan cu tipurile de lucrari b - tipuri de aparari de mai 1 - cu
casoaie 2 - cu dale din beton armat 3 - cu elemente mixte (zidarie de piatra secti Tnierbare) c - diguri epiuri executate din 1 - gabioane 2 - anrocamente
22
zidarie de sprijin din zidarie beton sau beton armat La constructive de mai trebuie tinut seama ca in afara de efectul de erodare si de afuiere a patului de sprijin actioneaza si impingerea malului
Digurile longitudinale sunt lucrari executate in albie care au rol de a dirija pe o portiune un spatiu relativ fix apa raului Se realizeaza din anrocamente cu marime suficienta pentru a nu fi antrenate de apa prefabricate de beton gabioane (piatra de rau balast inchis in casete de sarma zincata pentru a obtine o stabilitate generala mare - elemente simple ieftine si stabile atata timp cat sarma de la cos nu cedeaza sub efectul eroziunii si coroziunii) casoaie din lemn blocuri de beton legate elastic etc Capetele acestor diguri trebuie sa fie bine aparate eventual legate cu cate un epiu astfel incat curentul de apa sa nu patrunda in spatele digului Daca digurile sunt deversate vor fi luate masuri constructive contra afuieri sau spalarii patului cu efect imediat asupra stabilitatii constructiei
Epiurile sunt ca si digurile constructii permeabile rezistente la actiunea apei submersibile sau nu care dirijeaza apa raului pe un anumit spatiu si favorizeaza colmatarea treptatS a spatiului dintre ele Ca pozitie pot fi dirijate spre aval normal pe albie sau orientate spre amonte Se executa din aceleasi materiale ca si digurile Daca albia are un pat usor afuiabil inainte de executia digului propriu-zis se amenajeaza un pat elastic din saltele de fascine sau numai rulouri de fascine O atentie deosebitS se da capului epiului (partea terminals dinspre apa) care este elementul eel mai solicitat Totdeauna coada epiului trebuie bine incastrata in mai pentru a nu permite apei sa-1 ocoleasca
Traversele de colmatare sunt diguri scurte executate din umplutura de material local protejata cu anrocamente mari pe albia minora ce trebuie pSrSaitS sau pe bratele auxiliare care trebuie sa fie colmatate L ape mari spatiul dintre traverse se umple cu aluviuni si in timp traseul vechi al albiei minore dispare
Toate constructiile enumerate anterior si altele asemSnStoare imaginate de specialisti trebuie sa fie verificate si la efecte (in perioada de primavara nu trebuie sa se permita formarea de zSpoare -blocuri de gheata spartS aglomerata care favorizeaza inundatiile) Pe zonele de rau regularizate tipurile de constructii pentru captarea apei sunt similare cu cele pentru albia neregularizatS dar cu adancime suficientS a apei De altfel totdeauna cand se executa constructii legate de apa vor fi luate si masuri de stabilizare a albiei in zona afectata
244 Captari cu baraj de derivatie
In cazul in care pe rau nu se poate asigura nivelul minim necesar pentru captarea apei iar regularizarea albie nu este posibila sau rationala se recurge la executarea unei constructii pentru ridicarea artificials a acestuia dacS debitul captat este important iar fenomenele de iarnS nu pun probleme deosebite
Pentru a nu crea prejudicii pentru alti beneficiari constructia numita stdvilar sau baraj de derivatie trebuie sa asigure concomitent urmStoarele conditii
bull sa fie stabilS la actiunea dinamicS a apei
bull sa permita evacuarea debitelor mari fSrS a provoca inundatii sau deteriorarea altor constructii
bull sa permits evacuarea gheturilor de primSvarS
bull sa asigure navigatia plutaritul circulatia pestilor sau alte folosinte etc Forma
captSrii depinde de
bull marimea debitului captat raportul debit captat debit rau
bull variatia debitului raului si aluviunilor transportate
bull posibilitStile de executie
bull amplasamentul efectiv al prizei (natura albiei adancimea stratului impermeabil inSltimea malurilor etc)
In continuare sunt date cateva exemple de constructii caracteristice pentru asemenea prize
Captarea pentru debit mare realizabilS pe un rau mare pentru localitSti industrii irigatii energie etc Are alcStuirea generals din figura 214
Intre douS culei (o culee este o constractie de legSturS intre constructia dintre albie si mai) se executS elementul de barare a albiei adicS de ridicare a nivelului apei la cota minimS necesarS Aceasta poate fi un prag - baraj deversor dacS lungimea disponibilS si cota malului permit
evacuarea debitelor mari de rau sau baraj cu stavile mobile (stavilar) care se pot ridica sau culca (intr-un locas special prevazut) in radier lasand libera sectiunea pentru evacuarea apelor mari Sunt si cazuri in care din cauza deschiderii mari a albiei s-a adoptat o solutie mixta partial cu stavile partial cu baraj deversor sau uneori si cu baraj nedeversant
Pe malul opus captarii se executa daca este cazul ecluza pentru navigatie sau plutarit cu dimensiunile cerate de beneficiar si aproape totdeauna o scara de pesti pentru a asigura circulatia libera a pestilor intre cele doua biefuri (un bief este zona de rau aflata amonte sau aval de constructia considerate) Pe acelasi mai cu priza se gasesc doua deschideri de spalare prevazute cu vane plane care stau totdeauna partial deschise astfel incat debitul de apa care nu se capteaza sa nu deverseze peste baraj ci sa treaca pe sub aceste stavile
Se reaminteste ca in nici un caz nu este permisa captarea integrals a debitului raului in sectiunea respectiva o parte a debitului raului trebuie sa treaca in aval pentru mentinerea intr-o stare salubra a zonei (altfel devine depozit de gunoaie pe timp de ape scazute) asigurarea apei pentru vietuitoare si vegetatie Debitul ramas in albie este numit debit de servitute (Qs) Spalarea este necesara intracat prin ridicarea locala a nivelului apei s-a realizat in amonte o reducere locala a pantei energetice a curentului de apa Aceasta reducere conduce la micsorarea capacitatii de transport deci micul lac ce se creeaza in spatele barajului se umple repede cu aluviuni Umplerea se face si in dreptul gratarului fiind periclitata adancimea de intrare minima altfel spus se realizeaza ridicarea locala a fundului albiei Lasand libera circulatia apei langa gratar se produce continuu o spalare a depunerilor din cauza vitezei mari realizate sub stavilele de spalare
in unele cazuri prima pila a barajului a fost prelungita cu un pinten formand un fel de canal in fata prizei Apa circuland cu o viteza comparabila cu cea existenta in rau inainte de barare evita producerea de depuneri in fata prizei
Atat in dreptul stavilelor de spalare cat si al barajului deversor in aval se executa un disipator de energie al carui rol este de a reduce viteza apei la o limita care sa nu produca eroziuni spalari in aval de constractie spalari care ar putea periclita stabilitatea acesteia
Priza este o deschidere in culee protejata cu un gratar contra plutitorilor Pentru a evita antrenarea aluviunilor mari in priza aceasta se prevede cu un rag (grataral se aseaza deasupra fundului albiei la 05 - 10 m) Pentru a nu favoriza blocarea gratarului cu plutitori viteza de trecere este redusa 01 - 05 ms din care cauza priza are o forma de palnie Intrarea poate fi inchisa cu stavile Daca deschiderea totala este mare ea se poate reduce cu ajutorul unor pile intermediare Lungimea unei stavile nu va depasi 250 m altfel dispozitivele de ridicare a stavilelor devin greoaie In pile inaintea nisei stavilei se lasa profile U inglobate in beton cu deschiderea spre apa pentru a se putea lansa batardoul (umplutura din elemente grinzi de lemn sau metal) in scopul punerii la uscat a incintei pentru eventuale reparatii Deoarece dupa gratar viteza apei scade mult se produc depuneri care pot afecta circulatia pe canalul de legatura Spalarea lor se poate face cu o golire secundara - de spalare (vezi figura 214) Daca se inchide plecarea spre beneficiar (stavila V2) si se deschide stavila V3 se poate asigura o circulatie fortata cu 0 viteza cu 0 viteza mare (diferenta de nivel amonte-aval este mare) Daca debitul pe rau este suficient iar gratarele au o suprafata mai mare decat cea strict necesara se poate merge cu vana V3 partial deschisa - spalarea facandu-se continuu Pentru evitarea antrenarii plutitorilor mari si a ghetii in sloiuri la gratar se amenajeaza un perete de lemn scufundat partial (05 m) sau o linie de busteni legati articulat (care plutesc) Fenomenele de iarna sunt cele mai dificile la aceste prize
Captarea tiroleza este 0 captare cu gratar pe creasta (figura 215a) care se adopta in cazul in care debitul raului la ape mici este redus si nu poate asigura spalarea zonei din fata prizei iar debitul captat fiind mic captarea in mai se face greu (la aceasta constractie de captare se executa si o priza de iarna in cazul in care grataral ingheata) Captarea se aplica in zone de munte la rauri cu caracter torential pentru debite nu prea mari (sub lm3s) In unele situatii masivul de beton nu se vede din albie fiind alcatuit dintr-un prag de fund - cu gratar la nivelul fundului apei (grataral este inclinat aval pentru a evita blocarea cu aluviuni mari)
Captarea sub albie se adopta in situatia unor localitati de munte pentru care singura sansa de apa o constituie raul sau paraul care izvoraste de la cote inalte al carui debit scade foarte mult in perioadele de iarna si vara si in cazul care fenomenele de inghet dureaza timp indelungat In aceasta situatie 0 captare in albia raului va fi serios stanjenita iar exploatarea va pune probleme deosebite Pentru evitarea unora din aceste probleme au fost imaginate si executate captari sub fundul albiei intr-o zona in care albia este bine dezvoltata si are un pat de 2-3 m de aluviuni Constructia transversals dreneaza apa la unui din capetele sale unde pe malul raului dintr-un put este prelevata si transportata Aceasta captare se deosebeste insa de captarea subterana a apei infiltrate prin mai sau sub fundul albiei (cu drenuri radicale) deoarece apa captata are tot caracteristicile unei ape de suprafata dramul parcurs prin patul aluvionar fiind foarte scurt o asemenea apa are o turbiditate mai mica decat apa captata direct din rau
Schema unei captari sub albie numita uneori si caucaziana este data in figura 215b iar schema unei captari proiectata pentru extinderea provizorie a alimentarii cu apa a unei localitati din tara - la un debit de 10 dm3s in figura 215C
Din figura se observa ca in patul aluvionar al raului se executa o constractie permeabila care dreneaza apa ce se scurge prin subteran sau care se infiltreaza direct asupra constractiei In fata acestei constructii si deasupra ei se executa un blocaj din anrocamente care sa permita accesul mai bun al apei si totodata sa stabilizeze constructia contra efectului dinamic la ape mari (captarea lucreaza ca un prag de fund stabilizator)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 25
Captarea este relativ simpla usor de executat si cu rezultate bune in exploatare Trebuie insa data o atentie deosebita posibilei colmatari a zonei de acces la elementul drenant din cauza apei ce confine fibre de dimensiuni mici (celuloza si hartie) material ce se colmateaza etc
26 Captari din lacuri
Tara noastra nu dispune de lacuri naturale de volume importante care sa poata folosi drept sursa de apa Din aceasta cauza captarile vor fi analizate din punct de vedere al prelevarii apei din lacurile artificiale
In etapa actuala in tara noastra executarea de captari cu debite importante din majoritatea raurilor interioare nu se pot face fara o regularizare a debitului deoarece desi regimul precipitatiilor este relativ uniform (200-2000 mman) distributia in timp este foarte neuniforma Aceasta face ca in perioadele de primavara si toamna debitele sa fie foarte mari iar in perioada de vara si mai ales iarna debitele sa scada la valori extrem de mici cu totul insuficiente pentru alimentarea folosintelor Regularizarea debitelor se face prin lacuri de acumulare special create (bazine uriase cu volume de zeci de milioane-miliarde de metri cubi) care acumuleaza apa din rau in perioadele de viitura si permit folosirea acesteia la debitele dorite
Este insa evident ca un asemenea lac nu se poate crea decat printr-o constructie specials de blocare a albiei numita baraj constructie care prin amploare si efort de investitie pune probleme deosebite Din aceasta cauza executarea unor asemenea lucrari se face prin cooperare cu alti beneficiari lacul urmand sa aiba o folosinta complexa dupa cum urmeaza
bull va reduce viiturile si va permite protej area localitatilor si scoaterea unor suprafete de sub efectul inundatilor redandu-le circuitului agricol
bull volumul de apa acumulat confine o cantitate mare de energie hidraulica energie care poate fi transformata in cadrul centralelor hidroelectrice in energie electrica si data in circuitul energetic al tarii
bull o parte din volumul de apa acumulat poate fi preluat pentru irigarea unor importante suprafete de teren
bull parte din lac poate fi amenajat ca zona de agrement dezvoltand zona din punct de vedere turistic
bull se poate imbunatati regimul de curgere in aval cu efect si asupra calitatii apei
Din punct de vedere al alimentarii cu apa lacul are eel putin in prima perioada un efect favorabil apa prelevata fiind in general mai limpede si mai constants sub raport calitativ Aceasta presupune insa preluarea apei direct din lac (varianta I din figura 216) lucru care poate dezavantaja pe alti beneficiari (cei care se ocupa de producerea energiei de exemplu)
Pe de alta parte apa stationand mult timp in lac isi modifica calitatea iar prin descompunerea depunerilor si dezvoltarea unor microorganisme specifice apa poate sa capete gust neplacut (gustul este diferit de eel al apei de rau care este apa curgatoare) De aceea uneori apa este acumulata dar nu este captata din lac ci uzinata si lasata sa curga pe vechea albie pentru a se aera (varianta Il-a din figura 216) Solutia este
Figura 215 Captari speciale a - captare tiroleza b - captare cu galerie transversala pe fundul albiei c -
dren sub fundul albiei
favorabila in cazul in care utilizatorul de apa se afla la distanta mare Daca centrala functioneaza continuu atunci captarea se poate face in curent liber daca insa centrala (UHE) functioneaza in regim de varf (cum de obicei functioneaza asemenea centrale cateva ore in cursul zilei) atunci avalul inainte de priza trebuie prevazut un lac de compensare zilnica a debitelor lac care sa retina apa uzinata in regim neuniform si sa permita captarea unui debit relativ constant Cele doua variante aratate schematic in figura 216 trebuie comparate ca avantaje si dezavantaje
Priza de apa poate fi realizata in corpul barajului in aval de baraj sau in lac Elementele care conduc la stabilirea solutiei sunt
bull pozitia utilizatorului de apa fata de lac captare din lac daca acesta este amplasat amonte si departe de baraj in baraj sau aval pentru un consumator aval sau din alt bazin hidrografic
bull marimea lacului variatia nivelului apei in lac
bull existenta unei salbe de lacuri pe raul respectiv
bull utilizarea rationala complexa a apei acumulate (de regula la stabilirea amplasamentului lacului se statueaza si modul de folosire al apei)
bull tipul de baraj si simultaneitatea executiei barajului cu priza pentru folosinte de apa in general dupa executarea barajului priza poate fi numai in aval sau in lac
bull conditiile reale de teren trebuie tinut seama ca baraj ele cu lacuri mari de acumulare sunt situate in zona de deal - munte
bull conditiile rationale de tratare a apei obtinute din lac
261 Priza tn aval de baraj
Se poate executa oricand inainte si dupa executia barajului in forme si la debite adecvate Sunt posibile urmatoarele tipuri de captari
bull captari in curent liber de forma celor descrise anterior pe raul pe care debitul regularizat prin lac are valori mult mai mari
bull captari in baraj sau in lac in cazul in care lacul are ca principals folosinta alimentarea cu apa sau cand barajul este realizat pentru un lac de compensare a debitelor rezultate de la functionarea unor centrale hidroelectrice din amonte
bull captari in lac in cazul in care lacul compenseaza folosinta energetica iar beneficiarul este departe de baraj in amonte
262 Prize Tn corpul barajului
Sunt gandite si executate odata cu barajul astfel incat sa nu pericliteze siguranta in functionare a acestuia dar sa poata preleva apa de calitatea cea mai buna existenta la un moment dat in lac
In cele ce urmeaza sunt date exemple de captari de apa executate in baraj Daca barajul este din beton priza este de regula comuna cu barajul (figura 217)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 27
apa curgatoare Barajul care realizeaza lacul de compensare este din materiale locale cu un sistem de stavile pentru spalarea depunerilor de viitura (figura 219)
In figura 220 este schitata captarea dintr-un lac al carui baraj este executat din materiale locale cu miez de etansare din argila Captarea se executa total izolat de baraj (in malul natural sau in lac figura 221 - pentru a nu-i produce dificultati barajului prin exfiltrarea apei pe langa sistemul de transport al apei) si pentru ca priza sa nu aiba dificultati la tasari neuniforme ale barajului Apa captata din priza turn de la cote diferite functie de calitatea acesteia este evacuata prin conducte sau galerii amplasate in malul natural
Acest tip de captare poate fi aplicata si in alta pozitie in cuprinsul lacului pentru beneficiari riverani - amonte de baraj
Cand principala folosinta a lacului este de combatere a undei de viitura captarea poate avea o forma speciala (figura 222) Captarea este amplasata la o cota deasupra rezervei destinata acumularii depunerilor din lac si trebuie sa evite blocarea cu corpuri mari ce pot cadea prin apa intrucat nu este accesibila decat la ape mici - lac gol sau lac golit
263 Captari in lac
Se utilizeaza atunci cand in amplasament nivelul apei este asigurat intotdeauna deasupra unor valori limita Se pot practica o captare de tip turn (figura 221) cand debitul captat este important iar nivelul lacului relativ constant o captare plutitoare cand alimentarea cu apa este sezoniera sau conditiile de iarna nu sunt severe o captare de fund cand lacul este de adancime mare si cu un volum de apa important (figura 223a)
Captarea de fund este formata dintr-un sorb (pot fi prevazute mai multe asemenea constructii separate) asezat pe o confectie metalica stabila de tip tetrapod Se amplaseaza deasupra nivelului (apreciat) de colmatare si sub nivelul minim al apei din lac (acoperire mai mare pentru a o feri de plutitori) Zona captarii va fi balizata pentru a fi ferita de accesul plutitorilor si a putea fi usor reperata pentru control se marcheaza si zona de protectie daca este cazul Conducta de legatura (suficient de elastica daca are lungime mare) se lanseaza prin plutire si poate permite ridicarea prizei in caz de nevoie Captarea va fi amplasata la o asemenea adancime incat sa nu fie deplasata de valuri si totodata nu intr-o zona in care valurile pot pune in miscare depunerile de pe fund si deteriora calitatea apei Captarea este tipica pentru prelevarea apei din lacurile naturale (figura 223b)
Existenta lacurilor de acumulare ridicS probleme importante sub trei aspecte generale aspecte care pot influenta calitatea apei captate siguranta in functionare a prizei sau si a zonelor vecine
bull pentru lacurile mici problema cea mai importanta este legata de colmatarea cu aluviuni lipsa masurilor de protejare amenajare si stabilizare a solului in bazinul hidrografic conduce la antrenarea unei mari cantitati de sol (mai ales fertil) care blocheaza in scurt timp volumul lacului
bull pentru lacurile cu volum mediu (milioane de m3) problema cea mai importanta este eutrofizarea apei lacului
bull pentru lacurile mari (sute de milioane m3) problema importanta este imbdtrdnirea lacului (o eutrofizare lenta avand ca punct final obtinerea unei ape de calitate total deosebitS de aceea a raului din care pro vine)
Eutrofizarea lacurilor este o problema acuta a multor lacuri din zone de ses si colinare Cauza principals este aportul de substante fertilizante (fosfor carbon azot) Fosforul (adus in apa in special din apele uzate orSaenesti - neepurate adecvat) in cantitSti mici favorizeaza randamentul de functionare a fitoplanctonului care la randul lui favorizeazS fixarea azotului cu ajutorul bacteriilor Dezvoltarea fitoplanctonului favorizeazS dezvoltarea zooplanctonului si deci a populatiei de pesti
DacS fluxul energetic si aportul de substante este moderat atunci ciclul se incheie devine stabil si lacul isi pSatreaza calitatea de lac oligotrof (figura 224a) In cazul in care cantitatea de fosfor creste creste volumul de fitoplancton deoarece nu exista suficient azot si lantul se rupe Zooplanctonul si pesti mor substantia organicS creste bacteriile consumS oxigenul si lacul devine eutrof acoperindu-se cu vegetatie (care are rSdacinile in malul situat pe fundul lacului si frunzele la suprafata realizand fotosinteza figura 224b) Consumarea oxigenului de cStre substantele in descompunere si capacitatea redusa de aerare fac ca apa lacului sa aibS de regulS un continut mai redus de oxigen
Daca se reduce cantitatea de nutrient (in special fosforul) dupa un timp calitatea apei se imbunatateste neajungand insa la calitatea initials (se considers ca un continut Tn fosfor de 10-20 mgl este acceptabil)
Imbdtrdnirea lacurilor este fenomenul de modificare continuS a calitatii apei lacului ca urmare a noului echilibru ce se realizeazS intre aportul de substante si circulatia apei Apa care ajunge in lac este o apa cu continut ridicat de substante minerale si organice Acestea se depun se descompun intra in reactie formand substante noi cu continut de Fe N S C (H2S CH4) substante care modifies chimismul apei Pe baza aportului de substante si sub influenta luminii creste productia de masa organica (schema lacului oligotrof) Apare un fenomen nou de circulatie a apei in lac vara apa de la suprafata este calda deci mai usoarS toamna insa apa se rSceste devine mai rece decat apa de la fundul lacului (are cca 4degC sub 15 - 20 m temperature ramane relativ constants) deci devine mai grea (densitatea creste la scaderea temperaturii) si coboarS inlocuind apa mai calda de adancime apa care se ridicS (depunerile mai pot fi agitate si de valurile de la suprafata)
Pozitia captarii in lacurile adanci trebuie sa fie totdeauna in zona medie cu temperature relativ constants (6 - 12degC) si unde nu se simte direct influenta descompunerilor ce se produc la fundul lacului (sau tulbureala datS de depunerile rSacolite)
28 Procese de pre-tratare aplicarea de algicide
Algele sau cianobacteriile (algele verzi-albastre) din lacurile si acumularile de stocare pot crea probleme de gust si miros precum si aparitia unor substante ce provoaca imbolnaviri (toxine) Pentru controlul dezvoltarii algelor sau cianobacteriilor se pot folosi compusi care distrug algele (algicidele) Daca are loc un eveniment legat de utilizarea algicidelor (calitatea apei este afectata de utilizarea unui algicid) pot avea loc urmatoarele
bull daca se utilizeaza algicide in exces substanta chimica poate provoca imbolnaviri
bull daca volumul de alge sau cianobacterii este prea mare si nu poate fi controlat de algicid toxinele din alge cianobacterii pot provoca imbolnaviri
bull daca se utilizeaza ca algicid paiele de orz substantele din paie pot reactiona cu dezinfectantele si forma subproduse ce provoaca imbolnaviri
Aplicarea de algicide in sursa de apa poate prezenta riscuri pentru sanatatea si siguranta muncii operatorilor Acestea sunt recunoscute dar nu vor fi discutate deoarece astfel de riscuri fac obiectul legislatiei muncii si protectiei muncii Algele sau cianobacteriile din sursa de apa pot interfera cu functionarea statiei de tratare Un bun control al cresterii lor face sa se diminueze necesitatea pre-oxidarii Se reduce de asemenea cantitatea de dezinfectant ce se pierde in reactia cu algele sau cu substantele pe care acestea le elimina in apa
31 Alcatuirea statiilor de tratare a apei
Rolul statiei de tratare este de a corecta calitatea apei brute pana la atingerea cerintelor utilizatorului Exista o multitudine de procese de tratare care se utilizeaza in practica insa schema generala a unei statii de tratare (figura 31) cuprinde
bull trepte multiple de oxidare (pre-oxidare post-oxidare) cu scopul de a oxida compusi chimici dar si de a realiza bariere succesive in calea micro-organismelor
bull procese de limpezire a apei care constau in
o coagulare-floculare cu reactivi chimici in camere de reactie special amenajate
o decantarea apei pentru retinerea suspensiilor coagulate
o filtrarea pe strat de nisip pentru finalizarea procesului de limpezire
bull afinarea apei constituita din oxidare cu ozon urmata de adsorbtie pe carbune activ granular cu scopul indepartarii anumitor compusi chimici toxici
bull dezinfectia apei pentru indepartarea totala a virusurilor bacteriilor si altor micro-organisme din apa treapta obligatorie in Romania conform Legii privind Calitatea Apei Potabile nr 4582002
3
Pentru eliminarea duritatii se pot adopta scheme cu schimbatori de ioni sau cu reactivi chimici (var si soda) in functie de tipul duritatii (temporara sau permanenta)
Orice statie de tratare este deservita de anumite facilitati pentru intretinerea proprie Printre acestea se mentioneaza
bull statia de reactivi chimici cu rolul de a stoca prepara si doza reactivii necesari procesului de tratare (coagulanti floculanti agenti dezinfectanti corectie pH etc)
bull sisteme de spalare filtre rapide constituite din statii de pompe si de suflante
bull laborator pentru a determina corectitudinea procesului de tratare dar si calitatea apei produse
bull alte facilitati printre care se mentioneaza sisteme de recuperare a apei de la spalare filtre si a namolului din decantoare
311 Exemple de statii de tratare
O schema de tratare cu filtrare directa este prezentata in figura 32 Uzina de apa a orasului Los Angeles - SUA (Los Angeles Aqueduct Filtration Plant) are o capacitate instalata de 185 m3s filiera tratare fiind prezentata in cele ce urmeaza
bull pre-oxidare cu ozon 4 generatoare care produc 3780 kg CVzi (doza medie ozon 15 mgdm3) 4 bazine de contact (timp de contact minim 49 min)
bull coagulare (amestec rapid) 8 camere de reactie echipate cu agitatoare dinamice timp minim de amestec 086 s pentru doua camere inseriate Reactivi utilizati clorura ferica sulfat de aluminiu polimeri anionici si neionici soda caustica clor
bull floculare 36 camere de reactie lenta timp minim de reactie lenta 8 min pentru 3 bazine inseriate
bull filtrare 24 unitati (aria unei unitati A=160 m2) strat de antracit cu inaltimea de 24 m viteza de filtrare 175 mh care asigura un timp de contact de 10 minute
bull dezinfectie finala cu clor (doza maxima clor 56 mgdm3)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 3
Un alt exemplu de schema de tratare care nu cuprinde treapta de decantare este uzina de apa Ivry (Franta) modernizata in 1987 (debit instalat Q = 300000 m3zi) Dupa modernizare uzina cuprinde urmatoarele procese (figura 33)
bull pre-oxidare cu ozon doza uzuala 10 mg CVdm3
bull coagulare (amestec rapid) cu clorura ferica (5 - 10 mgdm3) si polimer anionic (0025 -005 mgdm3)
bull pre-filtrare faza I - (coagulare pe masa de contact) 18 unitati de 815 m2 strat biolit 10 m viteza de filtrare maxima 10 mh
bull floculare cu clorura ferica (2-6 mg Fe3+dm3) si polimer (005 - 10 mgdm3)
bull pre-filtrare faza II - nisip 22 unitati de 81 m viteza de filtrare 9 mh
bull filtrare lenta 30 cuve (23000 m2) viteza maxima de filtrare 13 mzi inaltime strat 07 m
bull post-ozonare timp de contact 4 minute doza uzuala 04 - 06 mg CVdm3
bull filtrare pe CAG inaltime strat 10 m viteza de filtrare 10 mh
bull dezinfectare finala cu hipoclorit de sodiu
In figura 34 este prezentata o schema tehnologica a unei uzine de apa aplicata in cateva mari uzine de tratare (Qgt2000 m3h) ce preiau apa bruta direct din fluviul Ruhr Schema asigura o eliminare optima a microorganismelor Concentratia de Cryptosporidium in apa raului Ruhr variaza de la 0 la 5 unit(100 dm3) iar concentratia chisturilor Giardia de la 8 la 250 unitdm3 Nu au fost detectate aceste organisme in treptele premergatoare dezinfectarii Se remarca prezenta treptelor de filtrare incepand cu filtrarea mecanica pe microsite in capatul amonte al filierei de tratare si continuand cu un pachet de trei trepte de filtrare (dublu strat carbune activ granular si filtre lente) care asigura o eficienta foarte mare din punct de vedere microbiologic
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 3
Figura 34 Filiera tehnologica uzina de apa Mulheim an der Ruhr
(Germania)
Un exemplu de schema tehnologica combinata (Q=32 m3s) este prezentata in figura 35 Apa bruta (fluviul Elba) este puternic incarcata in poluanti Filtrarea primara (bazine de infiltratie) reduce de cateva ori incarcarea microbiologica iar in cazul folosirii treptelor de floculare sedimentare si filtrare reducerea incarcarii microbiologice este de circa 9999
Prin curgerea in stratul subteran se obtine o apa ce se incadreaza in normele privind calitatea apei potabile Dezinfectia finala este aplicata pentru a preveni cresterea masei bacteriene in sistemele de distributie Uzina este prevazuta a fi modernizata cu treapta de oxidare cu ozon si filtre multistrat
In Elvetia sunt intalnite in principal scheme complexe de tratare avand la baza procese biologice (figura 36) Treptele de tratare clasice (pre-oxidare cu ozon coagulare-floculare filtrare rapida) sunt urmate de corectia pH-ului si postozonare in fmalul filierei de tratare se prevad reactoare biologice inseriate (filtre CAG activate biologic urmate de filtre lente) Se urmareste in principal reducerea indicatorilor biologici si bacteriologici prin reducerea concentratiilor de carbon organic asimilabil (AOC lt 10 ug Cdm ) Se remarca absenta dezinfectarii finale Se obtine o apa biostabila introducerea acesteia intr-o retea de distributie nu necesita prezenta unui dezinfectant rezidual Se asigura in acest mod o siguranta ridicata la consumator in ceea ce priveste potentialul de formare al trihalometanilor
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 3
33 Procese de oxidare
Procesele de oxidare pot fi intalnite in toate statiile de tratare in doua sectiuni caracteristice ale schemei
bull pre-oxidare in capatul amonte al filierei pentru oxidarea substantei organice plancton inactivare microorganisme obiectul principal este asigurarea functionarii optime a proceselor de tratare si evitarea contaminarii acesteia
bull post-oxidarea amplasat dupa procesele de tratare conventionale (decantare si filtrare rapida pe strat de nisip) urmareste oxidarea totala a micro poluantilor reducerea materiilor organice naturale si inactivarea totala in ape limpezi a compusilor biologici si bacteriologici
331 Pre-oxidare
In mod obisnuit se utilizeaza urmatorii agenti oxidanti clor ozon dioxid de clor 3311 Clorul(Ch)
Clorul se utilizeaza in mod uzual cu doze cuprinse in domeniul 1 - 3 mgl cu timp de contact minim Tc=30 minute in anumite situatii (inflorire algala sau poluare accidentala) dozele pot fi mai mari dar se urmareste evitarea formarii sub-produsilor organo-clorurati (de exemplu trihalometani THM) prin efectuarea de incercari pe apa sursei pentru a se stabili potentialul de formare
Clorul este adoptat frecvent datorita costurilor reduse implicate Reactia clorului trebuie urmarita cu atentie luand in consideratie agentii reducatori (H2S Mn2+ Fe3+) si materiile organice naturale in diagrama din figura 37 se poate urmari procesul de reactie al clorului in apa (clorare la breakpoint) Punctul critic se atinge daca raportul masic intre clor si amoniac variaza intre 81 -101 (teoretic 761)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 40
3312 Ozonul(03)
Ozonul este un gaz violet instabil care degaja un miros iritant caracteristic
Se produce prin descarcari electrice la diferente de potential ridicate intre doi electrozi intre care curge aer sau oxigen pur Eficienta productiei depinde de diferenta de potential frecventa caracteristicile materialului dielectric si spatiul care separa dielectricele Progresele tehnologice din ultimii 20-30 ani au condus la reducerea consumului de energie la 10 - 12 kWh 1 kg O3
Dozele uzuale de ozon sunt in gama 1 - 3 mgCVdm3 iar timpul de contact uzual este Tc=10 minute Se tinde spre adoptarea solutiei cu doua reactoare in serie ca in figura 38 Adancimea apei in reactoare poate atinge 6-75 m
Conceptual reactoarele de ozon functioneaza pe baza interceptarii curentului de apa descendent de catre voalul de bule mici de ozon in miscare ascendents
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
0
4
3313 Dioxidul de clor (CIO2)
Se poate obtine din clorit de sodiu si clor conform reactiei
2NaC102 + Cl2rarr2C102 + 2NaCl (31)
Stoechiometric 1 g dioxid de clor se obtine din 134 g clorita de sodiu si 05 g de clor
Este instabil si exploziv la temperaturi T gt (-40degC) Se produce imediat inainte de injectia in apa La 20degC si presiune partiala de 53 kPa solubilitatea este 4 gdm3
Avantajele utilizarii CIO2 sunt
bull nu formeaza sub-produsi de tip trihalometani (THM)
bull are putere oxidanta mai buna oxideaza fenoli si este foarte eficace la pH peste 85
Dozele utilizate frecvent 01 - 05 mgl timpul de contact fiind Tc = 10 min Se mentioneaza ca pentru doze mai mare de 05 mgl exista riscul formarii de sub-produsi de tip clorati
Reactoarele de pre-oxidare utilizeaza agitatoare mecanice (rezistente la coroziune) care asigura amestecul mecanic cu randamente ridicate intre apa de tratat si solutia de CIO2
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 4
332 Post-oxidare
In filierele de tratare se dezvolta din ce in ce mai mult conceptul de post-oxidare cu ozon pe apa limpezita dupa filtrele rapide de nisip pentru ca eficienta transferului creste se reduc dozele de ozon si oxidarea micro-poluantilor devine mai eficienta
incadrarea procesului de post-oxidare in schema statiei de tratare se realizeaza totdeauna ca infigura 310 n
Dozele de 03 in post-oxidare nu depasesc 2 mgl Principiile reactoarelor de ozon sunt identice cu cele utilizate in pre-oxidare
Post-oxidarea cu ozon combinata cu adsorbtia pe CAG este procesul (denumit afinare) capabil sa asigure
- eliminare totala compusi biologici microbiologici si micropoluanti
- reducere materiilor organice naturale astfel incat TOC lt 25 g Cl
- eliminare pesticide
333 Alegerea oxidantului
Alegerea oxidantului se bazeaza pe analiza calitatii apei caracterizarea marimii poluarii care poate apare (continut materii organice naturale carbon organic total numar de microorganisme perioade duraf deg ce aparitie)
Alegerea agentului oxidant are la baza costuri si implicatii in filiera tehnologica
Tabelul 35 Caracteristici principale Tn alegerea oxidantilor Nr crt
Oxidant Avantaje Dezavantaje
1 Clor-Cl2 - costuri reduse- cunoastere operare- este remanent (rezidual) in reteaua de
distributie
formeaza THM - necesita timpi de contact mari
2 Dioxid de clor - C102 - capacitate de oxidare mai ridicata in raport cu Cl2
- nu formeaza THM- este remanent (rezidual) in reteaua de
distributie
- necesita preparare si dozare instantanee- la doze prea mari poate forma cloraticosturi mai mari in raport cu Cl2
3 Ozon - 03 - cea mai mare capacitate de oxidare- nu formeaza THM
- necesita preparare si dozare instantaneeconsumuri energetice mari- poate forma subprodusi de tip bromaji sau
aldehide- nu este remanent (rezidual) in reteaua de
distributie
4
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 4
Figura 311 Fortele
ce actioneaza asupra
particulelor aflate Tn
apa
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
3511 Deznisipatoare
Sunt destinate sa retina particulele de tip nisip pentru protectia utilajelor din schema statiei de tratare Schema unui deznisipator orizontal este data in figura 313
Figura 313 Deznisipator orizontal longitudinal
1 Gratar 2 Bare de linistire 3 Nisa pentru reparatii Tn caz de avarie 4 Stavilar de intrare 5 Vane de golire 6 Stavilarde iesire 7 Galerie de golire
In zona de intrare a apei in deznisipator se monteaza un gratar rar pentru impiedicarea accesului corpurilor mari in interiorul bazinului Pentru linistirea curentului se monteaza bare verticale de linistire Peretii laterali ai deznisipatorului se executa cu evazare catre exterior pentru a permite preluarea impingerilor survenite din podul de gheata care se formeaza pe timp de iarna la suprafata bazinului Panta radierului bazinului trebuie sa permita evacuarea depunerilor in zona din aval a bazinului Evacuarea depunerilor se poate realiza cu mai multe sisteme
bull prin hidro-mecanizare cu scoaterea din functiune a unui compartiment
bull prin golirea totala a compartimentului (numai pentru debite foarte reduse)
bull cu electro-pompe speciale purtate de o grinda rulanta
3512 Decantoare statice
Sunt destinate surselor cu variatii mari de turbiditate la care 50 - 60 din suspensii sunt de natura minerala (gravimetrice) in figura 314 se prezinta schema unui decantor orizontal longitudinal Elementele principale ale bazinului sunt
bull zona de intrare in care se gaseste un perete de linistire a curentului in partea superioara respectiv canalul de evacuare a depunerilor in partea inferioara
bull decantorul propriu-zis cu radier cu panta catre basa de evacuare a namolului amplasata in zona incipienta a bazinului
bull zona de evacuare a apei decantate care este bordata de un gratar cu rolul impiedicarii accesului plutitorilor
Curatirea decantoarelor orizontale se realizeaza
bull Intermitent prin golire si evacuare depuneri hidraulic sau mecanic
bull Continuu cu ajutorul podurilor racloare care strang depunerile in base special amenajate
Dificultatile in operarea decantoarelor statice se pot sintetiza
bull sunt influentate de factori atmosferici vant gheata insorire
bull miscarea este turbulenta ca structura si particule fine pot fi repuse in stare de suspensie
bull echilibrarea fluxului hidraulic se realizeaza cu dificultate
bull eficienta retinerii nu depaseste 10-15 NTU la apa decantata
37 Filtrarea apei - generalitati
Filtrarea este procesul de limpezire finala a apei (stadiul II) la curgerea printr-un mediu poros de obicei format din nisip cuartos Procesul simuleaza infiltratia apelor superficiale in mediile poroase din subsolul pamantului Procesul este cunoscut si aplicat de mult timp (primul brevet s-a emis in 1830)
Schema generala (figura 323) indica filtrul ca fiind format dintr-un bazin (cuva) in care apa curge in sens descendent traverseaza mediul poros sustinut de un drenaj si ajunge intr-un rezervor de apa filtrata amplasat sub drenaj Sistemul este dotat cu toate instalatiile de introducere -prelevare apa preaplin si golire
Parametrii fundamentali ai procesului de filtrare sunt
bull viteza de filtrare definita (ca viteza aparenta) cu relatia urmatoare
vF = Q A [ m h ] [mzi] (313)
In care
Q - debitul de apa filtrata
A - suprafata orizontala a stratului filtrant in
functie de viteza de filtrare se pot clasifica in
o filtre lente (biologice) - VF = 01 - 025 [mh]
o filtre rapide - vF = 4 - 10 [mh|
o filtre ultra-rapide
bull mediul filtrant - in general nisip cuartos care sa realizeze prin uniformitatea granulelor un volum de goluri in care sa se acumuleze suspensia retinuta din apa caracteristicile sunt diferite pe tipuri de filtre
bull pierderea de sarcina (hr) exprimata ca diferenta intre nivelul apei in cuva filtrului si nivelul apei in rezervorul de apa filtrata este data de colmatarea stratului si este variabila in timp
49
38 Filtre lente
Se bazeaza pe formarea unei membrane biologice constituita din colonii de bacterii aerobe -amplasata la suprafata stratului de nisip (pe primii 2-3 cm) Elementul fundamental este dezvoltarea membranei (in 1 - 3 zile) functie de caracteristicile apei Dupa o perioada (30 - 50 zile) membrana se colmateaza si incepe sa se rupa degradand calitatea apei Aceasta se razuieste (se curata) manual sau mecanic si procesul este reluat In figura 52 se indica schema unui filtru lent
Dispoizitiv de curatat_____________________________membrana biologtca
Figura 325 indica tipurile de organisme care pot fi intalnite pe o adancime de 30 cm in nisipul filtrului lent
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
Nisipul din filtrul lent trebuie sa aiba urmatorii parametri
bull granulozitatea in domeniul dg = 035 - 050 mm
bull coeficientul de neuniformitate ult 15
(314)
In care d6o - diametral ochiurilor sitei prin care trece 60 din materialul cernut
d1o - diametral ochiurilor sitei prin care trece 10 din materialul cernut
01
50
bull inaltimea stratului de nisip H=90-100 cm cand grosimea stratului de nisip ajunge dupa curatiri succesive la 70 - 80 cm este necesara completarea la inaltimea initiala
Solutia filtrelor lente se prevede la debite relativ mici (max 10000 m zi) si surse de apa in general curate (lipsite de alge culoare poluanti toxici) Se pot obtine rezultate performante la ape necoagulate Operarea sistemelor de filtre lente este simpla Procesul de filtrare lenta este asimilat cu procese fizice si biologice Acestea din urma necesita o atentie si urmarire continua in etapele de operare a filtrelor in special referitor la starea coloniilor de bacterii aerobe din membrana biologica
310Filtre rapide
In figura 326 se prezinta schema unui filtru rapid Acesta este constituit din urmatoarele elemente componente
bull sistem admisie apa in cuva - are rolul echirepartitiei debitului catre cuvele de filtre
bull stratul filtrant peste care exista un strat de apa
bull drenaj cu rolul de a sustine stratul filtrant si de a transforma bulele mari in bule fine in procesul de spalare inversa
bull sistem de mentinere a nivelului apei in filtru (pentru filtrele cu functionare in sistem nivel constant si debit variabil)
bull statie de pompare apa de la spalare filtre si statie de suflante
bull instalatii hidraulice grupate in galeria tehnologica cu rolul de a asigura toate utilitatile necesare functionarii corecte a procesului (conducte si vane apa filtrata apa spalare aer spalare preaplin golire etc)
bull rezervor de apa filtrata amplasat de obicei sub toata statia sau in anumite cazuri numai sub galeria tehnologica
Procesul consta in doua etape
bull filtrarea apei parcurgand in sens descendent stratul de nisip si drenajul
bull spalarea filtrului in sens ascendent in doua faze distincte
o faza 1 (durata Ti=5-10 min)
o faza 2 - limpezire (durata Ti=10-15 min)
51
in ultimii 30-40 de ani in lume a existat o preocupare constants pentru perfectionarea procesului in sensul obtinerii performantei in calitatea apei filtrate (turbiditatea sa se incadreze in domeniulOl - 10 NTU)
Mecanismele de retinere in filtrele rapide se pot sintetiza ca in schema urmatoare
3101 Mediul filtrant
Calitatile materialului filtrant sunt urmatoarele
bull domeniul de granulozitate dg = 085 - 2 mm
bull coeficientul de neuniformitate u=d6odio lt 15
bull fractiunile inferioare diametrului 085 mm si superioare dmax 2 mm inferioare procentual la 10 in greutate
bull diametrul efectiv def = dio = 09-1 mm
bull sa realizeze un numar de goluri (porozitate) mare (pgt40)
bull forma granulelor apropiata de sfera pentru obtinerea unui grad de acoperire ridicat
bull continut de roci cuartoase recomandabil peste 95
bull sa aiba duritate (gt 7 in scara Mohs) pentru a nu se sfarama la spalare
Calitatea materialului filtrant influenteaza viteza de filtrare O serie de studii au indicat domeniul optim de granulozitate al nisipului de filtru conform figurii 328
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 52
3102 Calitatea influentului fn corelatie cu materialul filtrant
Pentru realizarea unei retineri eficiente a suspensiilor se impune ca in influentul filtrelor acestea sa fie floculate Aceasta se caracterizeaza prin coeficientul de coeziune al suspensiilor floculate (namol retinut) aceasta caracterizeaza capacitatea de rezistenta la forfecare si depinde de doza de floculant si natura (minerala sau organica a suspensiilor)
Procesul de optimizare a filtrarii rapide a apei ia in considerate principiul un filtru va functiona optim cand va produce cea mai mare cantitate de apa intre doua spalari succesive aceasta se va realiza cand timpul in care se atinge pierderea de sarcina limita este egal cu timpul in care se calitatea apei filtrate se inrautateste la limita maxim acceptabila (Ti = T2) sau penetrarea impuritatilor in interiorul masei filtrante se va efectua cu aceeasi viteza cu care creste pierderea de sarcina Expresiile celor doua perioade au fost determinate de cercetatorii Richard si Croce-Spinelli
Tx = a bull σ - 0 9 5 bull k-075bull def-045bull h0
n95bull v -185 (316)
T l = b bull σ-075 k - 0 7 5 bull dlef
1 5 Δhr05 bull vF
-065 (317)
In care Ti - perioada in care turbiditatea apei filtrate atinge valoarea limita (1 NTU)
T2 - perioada in care se atinge pierderea de sarcina limita (15 - 18 m)
a b - coeficienti empirici (experimentali)
hn - grosime strat nisip
Δhr- viteza de crestere a pierderii de sarcina
INSPECTIA SANITARA SI MOMTORIZAREA CALITATII APEI
VF - viteza de filtrare
k - coeficient de coeziune al namolului
a - depozitul specific (volumul de suspensii raportat la volumul de material filtrant)
Se constata ca fiecare filtru poate conduce la un ciclu optim functie de calitatea nisipului grosimea stratului calitatea flocularii suspensiilor din apa influenta si viteza de filtrare
3103 Variatia pierderii de sarcina
Urmarirea pierderii de sarcina este importanta pentru ca poate pune in evidenta functionarea filtrului Operarea optima a unui filtru se realizeaza prin urmarirea in timp a variatiei pierderii de sarcina si turbiditatii Masurile pentru realizarea acestui optim sunt
53
bull reducerea vitezei - cele mai performante filtre lucreaza cu viteze de filtrare variabile astfel incat colmatarea stratului sa se realizeze fara socuri
bull adaugarea unui polimer (doze 01 - 02 mgl) in influent pentru a mari rezistenta particulelor floculate
bull imbunatatirea calitatii nisipului
Presiune (m col H20)
Figura 329 Estimarea pierderii de sarcina Tn
stratul filtrant
3104 Spalarea filtrelor
Se realizeaza in contra curent de apa si aer comprimat Elementele tehnice care intervin esential in obtinerea performantelor spalarii sunt
bull calitate drenaj - din punct de vedere al uniformitatii debitelor de apa si aer
bull colectarea uniforma a apei de la spalare
bull metoda de spalare care sa asigure eliminarea totala a suspensiilor retinute in strat cu resurse minime
bull drenaj de mare rezistenta hidraulica (cu placi cu crepine)
Se bazeaza pe principiul introducerii unei rezistente hidraulice de 15 - 20 cm coloana de apa (reducerea brusca de sectiune la intrarea apei in tija crepinei) care asigura uniformizarea intensitatilor de spalare pe suprafata cuvei (abateri de plusmn 3-5) In figura 330 se prezinta schema drenajului cu placi cu crepine
Se pun conditii severe din punct de vedere constructiv pentru realizarea drenajului
bull asigurarea etansarii perfecte
bull asigurarea cotei exacte si unice pentru pozitia orificiilor de aer
bull rezistenta cosurilor crepinelor
bull asigurarea formarii unui nivel de separatie apa - aer uniform si constant pe toata suprafata cuvei
Cele mai performante filtre din punct de vedere al spalarii sunt filtrele cu baleiaj la spalare (figura 331)
INSPECTIA SANITARA SI MOMTORIZAREA CALITATII APEI
55
55
in perioada de spalare a filtrului nivelul in cuva se afla la cota NS jgheaburile J nu mai deverseaza si prin orificiile de la baza jgheaburilor se creeaza un curent de baleiaj (1-2 dm3sm2) cu apa decantata care impinge suspensiile spre jgheabul de colectare Se reduc astfel timpii de spalare (cu 50) si intensitatile si volumele de apa de spalare
Prin curgerea ascendenta a aerului masa de nisip vibreaza si peliculele de namol se desprind de granule Curentul ascendent de apa le antreneaza Spalarea numai cu aer induce vibrarea masei de nisip si depunerea namolului in zona inferioara a stratului De aceea este contraindicata spalarea numai cu aer in faza 1
In general echipamentele pentru asigurarea debitelor apa de spalare se adopta un utilaj (pompa) in faza 1 si inca o pompa de acelasi tip pentru faza a Il-a
3105 Asigurarea repartitiei uniforme a influentului
Pentru asigurarea repartitiei uniforme a apei decantate se utilizeaza diverse sisteme Cel mai performant este sistemul cu deversori neinecati conform cu schema din figura 332
3106 Sistemele hidraulice
Sistemele hidraulice asigura deservirea statiei de filtre atat in procesul de filtrare cat si in procesul de spalare Acestea se vor dimensiona conform vitezelor economice prezentate in tabelul urmator
3107 Reglajului debitului si nivelului de apa in cuva
Pentru filtrele care functioneaza cu nivel constant si debit variabil este foarte important ca nivelul apei in filtru se fie mentinut pseudo-constant Aceasta se asigura cu diverse sisteme de plutitori (regulator de nivel amonte) care comanda vana de pe conducta de apa filtrata sau cu sisteme electronice si hidraulice conform figurii 333
Figura 333 Sistem de reglare electronic al nivelului apei Tn filtru
Legends 1 Strat filtrant 2 Vana apa filtrata 3 Parghie comanda vana 4 Electrovana de comanda 5 Regulator electronic 6 Senzor de presiune pentru nivel filtru 7 Senzor de presiune sub planseu 8 Potentiometru 9 Indicator de
colmatare 10 Alimentare cu fluid de comanda
313 Afin area apei
Procesul de afmare a apei este constituit din combinatia intre procesul de post-oxidare cu ozon a apei filtrate urmat de adsorbtie pe carbune activ granular
3131 Post-oxidarea cu ozon
Ozonul (O3) se obtine din aer sau oxigen supus la descarcari electrice printr-un dielectric In figura 334 se prezinta un element dintr-un ozonor
figura 334 Element tubular de ozonor
1 - Intrare gaz vector (aeroxigen) 2 3 - Electrozi 4 - Dielectric 5 - Spatiu de descarcare electrica 6 - Gaz vector +
ozon 7 - Apa racire
Diferentele de potential la care se lucreaza sunt cuprinse intre 6000 - 18000 V functie de natura si grosimea dielectricului marimea spatiului de descarcare si presiunea absoluta de functionare
Concentratiile de ozon in gazul vector obisnuite sunt
bull 10-40gm - in cazul utilizarii aerului
bull 10-140 gm3 - in cazul utilizarii oxigenului
Pentru a realiza concentratii optime si stabilitatea procesului se cere punct de roua -60degC -80degC
Energia specifics pentru productia de ozon
bull 13-18 kWhkg O3 - produs din aer
bull 8-10 kWhkg O3 - produs din oxigen
Actiunea O3 asupra apelor de consum se poate sintetiza
bull imbunatatirea calitatilor organoleptice (gust miros culoare)
bull activitate bactericide si virulicida
bull oxidarea materiilor organice
bull oxidare micro-poluanti
bull imbunatatirea biodegradabilitatii in amonte de CAG
3132 Adsorbtie pe carbune activ granular (CAG)
Carbunele activ se poate obtine din carbuni minieri sau din coaja de nuca de cocos Majoritatea carbunilor minieri pot fi convertiti in carbune activ insa proprietatile carbunelui activ depind esential de calitatea initiala a carbunilor in special in ceea ce priveste duritatea acestora in acest sens se utilizeaza adesea coaja nucilor de cocos pentru fabricarea carbunelui activ
Exista o multitudine de procese de fabricare a carbunelui activ insa eel mai dezvoltat este piroliza urmata de activarea cu gaze de oxidare Piroliza (carbonizarea) presupune incalzirea materialului la temperaturi intre 600 si 900 degC in absenta aerului Pentru obtinerea unei porozitati ridicate se pot utiliza adaosuri de cloruri metalice (de exemplu ZnCl) Piroliza poate reprezenta unicul pas de activare in cazul in care se doreste obtinerea unui material cu 0 porozitate ridicata
A doua etapa este cea de oxidare care se realizeaza de obicei cu abur sau uneori cu aer Temperaturile sunt uzuale in gama de 600 - 900 degC Pe parcursul acestei etape se realizeaza 0 erodare a suprafetei interne a carbunelui si dezvoltarea unei retele extensive de micropori care cresc capacitatea de adsorbtie
58
Printre proprietatile principale ale carbunelui activ se enumera continutul de cenusa umiditatea densitatea marimea particulelor duritatea volumul si distributia dupa marime a porilor suprafata interna
31321 Continutul in cenusa
Continutul in cenusa este reprezentat de reziduul obtinut prin calcinarea la temperatura de 954 degC timp de 3 ore in aer Uzual continutul de cenusa variaza intre 3 si 10 Pentru reducerea cantitatii de cenusa se poate utiliza spalarea cu acid
31322 Umiditatea
Umiditatea se determina prin uscarea in cuptor timp de 3 ore a unei cantitati de 5 sau 10 g de carbune activ la temperatura 150 degC Se determina greutatea inainte si dupa uscare si racire in exicator Umiditatea in vrac a carbunelui activ este recomandabil sa fie limitata la maxim 5
31323 Densitatea
Sunt mai multe tipuri de densitati printre care se mentioneaza densitatea in vrac densitatea aparenta densitatea particulei si densitatea reala Densitatea in vrac sau densitatea aparenta reprezinta greutatea carbunelui activ uscat raportata la volumul pe care acesta il ocupa Aceasta se determina prin umplerea unui cilindru cu volumul de 100 ml cu carbune prin cadere libera dintr-o masina vibratoare si cantarirea volumului respectiv Valorile uzuale sunt in gama 05 - 06 gml pentru carbune activ fabricat din carbune minier respectiv 024 - 030 mg1 pentru carbune activ fabricat din lemn
Densitatea particulei reprezinta densitatea unei particule singulare Volumul pe care se bazeaza include volumul porilor precum si volumul materialului Densitatea particulei se determina in mod uzual cu mercur la presiunea atmosferica (mercurul umple spatiile goale din particula de carbune activ dar nu umple porii) Valorile uzuale sunt in gama 074 - 080 gml
Densitatea reala sau densitatea scheletului este cea determinate numai pe materialul (carbunele) propriu-zis Pentru determinarea acesteia se utilizeaza uzual o metoda de inlocuire cu heliu (heliul intra practic in toti porii materialului) Valorile uzuale sunt in gama 21 - 22 gml
31324 Marimea particulelor
Aceasta se determina prin cernerea a 100 sau 200 g de carbune printr-un sistem de site mecanice timp de 10 minute dupa care se cantaresc retinerile pe fiecare sita in parte Carbunele activ pudra se incadreaza de obicei in domeniul 005 mm - 15 mm
31325 Friabilitatea
Capacitatea carbunelui activ de a rezista la abraziune este unul dintre parametrii cei mai importanti Procedura de determinare a friabilitatii carbunelui activ presupune determinarea granulozitatii acestora inainte si dupa testul propriu-zis care consta in concasarea succesiva a carbunelui intr-un recipient alaturi de bile de otel inoxidabil Valorile uzuale ale indicelui de friabilitate sunt 65 - 80 (practic 70 - 75) ceea ce atesta faptul ca materialul este foarte usor friabil si este necesar atentie la procedura de spalare
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATIIAPEI 59
31326 Volumul si distributia dupa marime a porilor
Volumul porilor reprezinta volumul total al porilor din particula de carbune activ granular raportat la greutate Valorile uzuale sunt de ordinul 08 - 12 mlg pentru carbune activ fabricat din carbuni minieri respectiv 22-25 mlg pentru carbune activ fabricat din lemn Volumul total al porilor poate fi determinat printr-un test de adsorbtie cu azot desfasurate astfel incat azotul condensat sa intre in totalitate in porii carbunelui
Carbunele activ confine o structura complexa de pori de forme si marimi diferite Porii au de obicei o geometrie neregulata si sunt interconectati Dimensiunile porilor sunt uzual intre 10 A si 100000 A (001 cm) Distributia dupa marime a porilor depinde de tipul de material utilizat si de metoda si de durata procesului de activare
31327 Suprafata internaSuprafata interna a materialelor poroase in general se determinS cu ecuatia BET stabilita de
Brunauer Emmett si Teller Ecuatia descrie formarea de strate multiple de gaz condensat care apar atunci cand un gaz adsorbabil (de exemplu azotul) este in contact cu materialul poros Intr-un astfel de test se utilizeaza azot la temperatura de fierbere si presiunea atmosferica (-196 degC sau 77 K)
Ecuatia BET (expresia 318) a fost derivata presupunand urmatoarelebull rata de condensare a moleculelor din primul strat este egala cu rata de evaporare a
moleculelor din zonele acoperite cu un singur strat de moleculebull caldura de adsorbtie peste primul strat este constants si egala cu caldura de lichefiere
qqm=b(PPS)(1-PPs)(1-PPS+bPPS) ( 3 1 8 )
In care Ps - presiunea de vaporizare la saturatie la temperatura utilizata in test uzual 1 atm
q - cantitatea de substanta adsorbita la presiunea P
qm - cantitatea de substanta adsorbita numai cand se constata acoperirea totala a suprafetei cu un strat monomolecular
b - constanta determinata experimental
In figura 336 se prezinta o relatie tipica intre marimea porilor si suprafata totala Suprafata cumulativa este data de insumarea suprafetelor tuturor porilor cu un diametru dat sau mai mare Se remarca faptul ca marea majoritate a suprafetei este atribuita porilor de mici dimensiuni
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI60
3133 Teste uzuale de adsorbtie
In practica se utilizeaza o serie intreaga de teste pentru a determina capacitatea de adsorbtie pentru diferite tipuri de carbune activ Printre acestea se mentioneaza
- Indicele Iod reprezinta cantitatea de iod in miligrame pe gram adsorbit de un carbune activ la echilibru cu o solutie I2-KI cu concentratia 002 N indicele iod indica suprafata totala a porilor cu diametru de 10 A sau mai mare valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 800 - 1000 mgg
Indicele Melasa reprezinta un indicator al puterii de decolorare a carbunelui activ granular in contact cu 0 solutie de melasa la fierbere indicele melasa este in stricta legatura cu suprafata totala a porilor cu diametrul mai mare de 28 A valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 200 - 300
- Indicele Albastru de Metilen reprezinta cantitatea de albastru de metilen adsorbita de 1 g de carbune activ la echilibru in contact cu o solutie cu concentratia 1 mg1 de albastru de metilen Albastrul de metilen are greutatea moleculara 320 si indica suprafata totala a porilor cu diametrul de 15 A
- Activitatea tetraclorurii de carbon tetraclorura de carbon CC14 este un compus molecular mic si poate intra in toti porii In acest test un curent de aer este saturat cu CCI4 la 0 degC si este trecut printr-un strat de carbune activ mentinut la 25 degC pana cand nu se mai detecteaza nici o schimbare in greutate Activitatea este greutatea CCI4 adsorbita pe unitatea de greutate de carbune activ exprimata procentual Valorile uzuale ale acestui indicator sunt in gama 60 -80
- Indicele butan este similar activitatii tetraclorurii de carbon valoarea acestuia este exprimata grame de butan adsorbite pe 100 ml carbune activ valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 7 - 8 g 100 ml carbune activ
- Indicele FINAD stabilit de cercetatorul C Gomella si reprezinta un produs al mai multor indici F - fenol I - iod N - indol A - antipirina D - detergent
316 Deferizarea si demanganizarea apei
Fierul (Fe) si manganul (Mn) sunt elemente care se gasesc frecvent in mediul subteran si in apa apar in concentratii pana la 10 mg1 (Fe) si 2 mg1 (Mn) Prezenta fierului si manganului in apele potabile pot genera urmatoarele probleme
bull produce gust metalic dezagreabil
bull coloreaza tesaturile si echipamentele sanitare
bull formeaza precipitate in conducte care favorizeaza dezvoltarea bacteriilor feruginoase (Chrenothrix) acestea modifica regimul hidraulic calitatea apei distribute si favorizeaza fenomenele de coroziune
3161 Echilibrul fierului si manganului in apa
Fierul si manganul sunt prezente dizolvate in solutiile apoase sub forma Fe2+si Mn2+ Concentratia in oxigen a apelor subterane care contin Fe si Mn este nula Din namolurile situate in
2+ ~
zona anaeroba din hipolimnion se elibereaza ioni de Fe2+ si Mnz+ in apele lacurilor In numeroase ape naturale se remarca prezenta Fe3+ asociata cu substantele humice Stabilitatea fierului si manganului in apa depinde de numeroase variabile
bull pH-ul apei
bull concentratia diferitelor elemente chimice
bull potentialul de oxido-reducere (Eh) al solutiei
In figura 341 se prezinta diagrama de stabilitate a formelor fierului in solutie in aceasta diagrama o curba (linie) reprezinta locul geometric pentru care concentratia celor doua substante este aceeasi De exemplu linia 1 reprezinta solutia pentru care O2 si H2O au aceeasi valoare Aria cuprinsa intre curbele 1 si 2 reprezinta aria de stabilitate a compusilor de Fe Chimia manganului este asemanatoare cu cea a Fe Astfel la pH si Eh reduse Fe si Mn sunt stabile in forme bivalente
224 Captari cu dren
Drenul este un element constructiv permeabil orizontal nevizitabil (dren propriu-zis) sau vizitabil (galerie) care asezat in calea curentului subteran de apa il capteazS si conduce apa captata spre unui din capete la un put colector Prin urmare drenul indeplineste un rolul dublu
bull captarea apei din strat
bull transportul acesteia la putul colector Elementele
principale ale drenului sunt date in figura 27
Figura 27 Elementele captarii cu dren de coasta a - plan b - profil longitudinal prin dren c -
sectiune transversala tip d - detaliu de tub pentru dren
Pe o directie aproximativ perpendiculars pe directia de curgere a curentului de apa subteranS se sapa un sant de lStime convenabilS - sapSturS taluzatS in cazul in care debitul stratului este mai mic iar stratul este format din material grosier (pietris nisip mare) sau sapStura sub protectia a doi pereti de palplanse din lemn metal sau beton armat (mai rar) infipte in prealabil panS la stratul de bazS dacS stratul acvifer este puternic (bogat) iar materialul din strat confine in cantitate mare fractiuni fine SApStura se executS panS la stratul de bazS cand drenul perfect se aseazS chiar pe strat sau nu cand drenul se aseaza deasupra stratului de baza (dren imperfect) el captand numai o parte din apa stratului
Daca drenul este amplasat la baza unui strat acvifer a carei panta piezometrica in regim natural este mai mare de 001 drenul se numeste dren de coasta si se considers ca primeste apa dintr-o singurS parte iar dacS drenul este amplasat in strat acvifer cu panta piezometrica mai mica (ilt00l) drenul se numeste dren in bazin si se considers cS primeste apa din ambele pSrti
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 1
Dupa nivelarea fundului sapampturii (executatS cu panta de minim lo data in proiect) se monteazS tuburile de drenaj de obicei din beton dar pot fi si de argila arsa zidarie de piatrS azbociment bazalt etc
Daca se considers necesar se executa in prealabil un strat de beton de egalizare (de cca 10 - 20 cm) Tuburile se aseaza cap la cap (preferabila folosirea tuburilor cu talpS) fScand sau nu etansarea capetelor La circa 50 m distanta se lasa loc pentru executarea caminelor de vizitare care au radierul cu circa 50 cm mai coborat decat cota radierului tubului pentru a asigura un mic volum de depozitare a nisipului (antrenat eventual de apa) Diametrele tuburilor cresc spre putul colector schimbarea de diametre se face obligatoriu in dreptul unui cSmin intre 2 cSmine traseul drenului trebuie sa fie rectiliniu dar pe ansamblu drenul poate fi format dintr-o serie de aliniamente care se intersecteaza sub diferite unghiuri (mai mari de 90deg) Tubul de drenaj are orificii in jumStatea superioara orificiile sunt conice cu dimensiunea mai mica la exterior pentru a permite materialului granular care a intrat in orificii sa cada in dren Jumatatea de jos a drenului serveste pentru transporrul apei
In jurul tubului-dren se prevede un filtru invers din straturi de minim 10 cm grosime Straturile au marimea granulelor stabilitS ca la un filtru invers Un filtru invers este o succesiune de straturi din material granular asezate astfel incat granulele unui strat sa nu treaca prin golurile stratului urmator in sensul in care circulS apa Pentru a avea indeplinitS aceasta conditie este suficient ca raportul intre diametrele medii a doua straturi adiacente sa fie maxim 4 -5
Peste straturile filtrului invers se face umplutura din material local bine compactat daca este cazul extragand si palplansele o data cu avansarea umpluturii acestea se pot scoate si ulterior folosind insa un utilaj mai puternic si avand grijS sa nu se deterioreze stratul interior de material
La circa 50 cm deasupra nivelului stratului de apa se executa cu una sau doua pante o saltea de argila de circa 30 cm grosime Rolul sau este de a devia apele din precipitatii ce tind sa se infiltreze spre dren direct prin zona de umplutura care este mai prealabila Se continua umplutura peste saltea se compacteazS si se lasa cu bombament pentru ca la o eventualS tasare in timp sa nu ramana un sant superficial in care sa bSlteascS apa Se amenajeaza caminele cu umplutura de 50 cm peste nivelul apei de inundatie la asigurarea de 1 se executa putul colector si se echipeazS cu o stavilS de perete si un deversor triunghiular la debusarea drenului in cazul drenurilor lungi putul colector se aseaza la jumatatea frontului obtinand un dren cu doua ramuri care pot fi sau nu simetrice dupa particularitStile drenului Putul colector poate servi numai ca bazin de aspiratie pentru pompe (inaltimea stratului de apa de circa 10 - 120 peste sorb) cat si ca statie de pompare in care caz partea de deasupra se amenajeaza corespunzator
Daca apa captata contine substante care precipita usor in contact cu aerul (saruri de fier mangan) si se depun pe peretii drenului riscand sa-1 colmateze in timp atunci drenul se executa vizitabil Pentru a permite circulatia personalului de intretinere se executa si o mica pasarela in lungul drenului La drenuri ce capteazS apa potabila vor fi luate masuri de protectie sanitara
226 Tratarea apei din surse subterane
Calitatea apei subterane este influentatS de urmStorii parametri
bull nature mineralogies si geologicS a subsolului terenului in care se formeaza (sau curge)
bull calitatea apelor infiltrate de la suprafata terenului (numai pentru strate freatice)
In functie de influenta pe care apele meteorice o au asupra calitatii apei subterane straturile acvifere se clasifica in
bull strate freatice cantonate la adancimi mici sub suprafata terenului calitatea apei este influentatS direct de infiltratiile de la suprafata terenului sau exfiltratii din sisteme pozate subteran (retele canalizare fose conducte de petrol si gaze)
bull strate captive situate la adancimi de la 50 m la 150 - 200 m in subsolul terenului calitatea apei este putin (deloc) influentatS de apele infiltrate de la suprafatS
Acumularea si circulatia apei intr-un strat determina preluarea caracteristicilor rocilor stratului Se stabileste un echilibra intre caracteristicile apei si compozitia terenului in care este stocatS (sau curge) Rocile compacte cu fisuri sau caverne dau apei continut de gaz carbonic carbonati CO2 Principalele caracteristici ale apelor subterane se pot sintetiza
bull temperature - relativ constants ~ 10 -12degC
bull turbiditatea (MTS) - redusanula
bull culoare - data de materiile in solutie (acizi humici)
bull mineralizare - constants superioara apelor de suprafata
bull Fe Mn (bivalenti) - in general prezenti
bull CO2 agresiv - adesea prezent
bull O2 dizolvat - redusabsent
bull H2S - prezent in special in apele de adancime de carst
bull NH4 - prezent frecvent fara indice poluare
bull NO3 - continut ridicat pentru stratele freatice
bull Micropoluanti - in general absenti poluarile accidentale
bull Elemente vii - frecvent ferobacterii
bull Caracter eutrof-nul
Din punct de vedere al incarcarii s-a propus clasificarea surselor subterane in doua categorii
bull Surse cu incarcare redusa s-a luat in considerate existenta Fe2+ si Mn2+ in apa subterana in cantitati reduse dar care depasesc limitele impuse de Legea 4582002
bull Surse subterane incarcate in acceptiunea incdrcat se intelege depasirea continutului de Fe (pana la 50 ori) Mn (pana la 20 ori) azotati azotiti si H2S
In tabelul 21 se indica principalele caracteristici
Tabelul 21 Caracteristici principale surse subterane Denumire parametru Caracteristici apa
brutaFrecventa de depasire a prevederilor Legii 4582002 ()
Caracteristici necesare apa tratata
Tncarcare redusa
sursa incarcata
Tncarcare redusa
sursa incarcat
a
Directiva 9883EC
Legea 4582002
Fier total (mgl) 02-20 30-100 20 50 02 02Mangan (mgl) 005-05 08-10 20 50 005 005Azotati (mgl) lt50 80-120 - 80 50 50Azotiti (mgl) lt05 20 - 50 - 80 05 05Amoniu (mgl) lt05 10-20 - 50 05 05Hidrogen sulfurat (mgl) lt01 13-20 - 50 - 01
in situatia in care se utilizeaza 0 sursa subterana cu incarcare redusa potabilizarea apei se poate realiza printr-o schema indicata de figura urmatoare
Figura 28 Schema de tratare a apei din sursa subterana cu Tncarcare redusa Notatii Aerare - Bazin de contact pentru oxidare fier si mangan FRN - filtrare rapida pe strat de nisip pentru
retinere fier si mangan oxidat DZF - Dezinfectie cu clor
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
Schemele de potabilizare pentru surse incarcate sunt complexe asa cum rezulta din figura 29 Sunt necesare
bull procese de oxidare in sistemul multi - bariera (pre-oxidare si post-oxidare)
bull procese performante de oxidare sedimentare in stadiul I si II
bull procese de afinare
In astfel de situatii solutiile se stabilesc prin analiza mai multor variante de surse functie de consumatorii afectati o sursa mai departata (zeci de km) poate deveni avantajoasa vis-a-vis de costurile implicate in tratare
1
Figura 29 Schema de tratare apa din sursa subterana foarte
Incarcata INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
1
24 Captari din rauri
241 Captari Tn albie
2411 Captarea cu sorb
Se recomanda pentru captari provizorii mobile sau sezoniere Consta intr-un sorb amplasat convenabil in apa si stabilizat pentru protectie contra plutitorilor mari In figura 210 este schitata o captare fixa cu sorb
Sorbul este o confectie metalicS specials inchisa la un capat legata cu flanse la conducta de aspiratie cu celalalt capat si prevampzutS cu orificii pe suprafata laterals (cu dimensiuni suficient de mici pentru a nu intra plutitorii sau suspensiile mari) Pentru a avea viteze mici de intrare diametral sorbului este de 15 ori mai mare decat diametral conductei de aspiratie Pentru a nu aspira plutitori care sa-1 infunde sau a nu fi blocat in gheatS (hg = 03 - 04 m) si pentru ca gheata care se sparge in bucati la o viiturS de primavarS sa nu blocheze sorbul si sa-1 distrugS acesta trebuie sa fie asezat la minimum 05 m sub nivelul minim al raului la asigurarea normatS Pentru a capta aluviuni cat mai putine si de dimensiuni mai mici sorbul trebuie asezat la minimum 05 m peste fundul albiei Rezulta cS sorbul se poate prevedea in conditii normale in ape a caror adancime depSaeste 120 m (considerand ca sorbul are un diametra de minim 200 mm la un debit relativ mic)
Tot in scopul reducerii cantitatii de aluviuni antrenate sorbul se aseaza cu ajutorul unui cot in sensul de curgere al apei astfel incat apa sa intre in sorb prin intoarcere Sorbul se stabilizeaza in albie cu ajutorul unor piloti din lemn cu diametral de 0 10-12 cm batuti sub adancimea de afuiere in albie
In cazul captarilor mobile (folosite in special la irigatii) conducta de aspiratie se poate lasa aproape vertical in apa neingropata in mai cu asigurarea ca efectul dinamic al apei este atat de mic incat eforturile rezultate pot fi preluate de imbinari si conducte Sprijinirea se face prin amenajarea malului in trepte (trebuie avut grija sa nu fie depasita inaltimea de aspiratie a pompei amplasate pe mai)
2412 Captarea cu crib
Este o captare la care sorbul este protejat cu o constractie fixa stabila numita crib Cribul poate fi executat din elemente detasabile (grinzi din lemn elemente din beton armat de tip grinda) sau turnat pe loc (cu sorbul separat sau sorbul incorporat in constractie) In figura 211 se prezinta o captare cu crib
Grataral cribului se dimensioneaza la o viteza medie de trecere de 01 - 03 ms grataral se executa din bare rezistente la socul cu plutitorii iar amplasarea lor se face pe partea laterala sau aval a cribului (soc din cauza plutitorilor redus acces redus al aluviunilor din cauza intoarcerii curentului de apa aluviunile tree avand inertie mai mare)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 18
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
Apa captata prin crib poate fi aspirata de o pompa sau poate fi sifonata intr-un put colector cu rol de deznisipator si camera de aspiratie pentru pompe Vacuumul maxim pe conducta nu trebuie sa depaseasca 4-6 metri
Pentru sporirea sigurantei constructiei pot fi realizate mai multe criburi asezate in sah la 10-20 m in albie legate separat la pu|ul colector in cazul unor utilizatori importanti pot fi prevazute si criburi de rezerva Este esential ca toate criburile sa fie in stare de functionare altfel din cauza nisipului conductele de legatura si captarea se blocheaza Periodic conducta si cribul pot fi spalate prin aspirarea apei prin (n-1) criburi si refularea acesteia (sau a unei parti) prin cribul n care se spala Pentru aceasta instalatia hidraulica in putul colector trebuie gandita adecvat
Daca malul este inundabil si putul colector nu se poate departa pentru a iesi din zona inundabila vor fi luate masuri de indiguire a zonei sau de ridicare a putului la o cota cu minimum 050 m peste nivelul inundabil si aparare contra efectului dinamic al apei (accesul la put se va asigura pentru orice conditii)
A
In cazul in care nu se poate asigura adancimea pentru navigatie cu acordul beneficiarului zonei de navigatie se poate amplasa cribul mai sus luandu-se masuri corespunzatoare pentru marcarea pozitiei criburilor prin balize
242 Captari Tn mai
Captarea in mai se adopta in cazul unor debite importante cu o mare siguranta in functionare si cand situatia locala nu permite executarea de criburi
Captarea de mai are mai multe variante de constructii in functie de debitul captat si de destinatia apei captate Astfel pentru centre populate sau industrii unde debitul este totusi redus iar apa urmeaza sa suporte o tratare pentru corectarea calitatii pot fi prevazute captari cu cheson de mai Pentru debite mari de apa (mari unitati industriale centre populate mari irigatii CET-uri etc) se prevad captari in mai de tip bazin deschis
1
Figura 211 Captare cu cribLegenda 1 Put colector (cheson) 2 Crib din elemente prefabricate 3
Gratar 4 Saltea de fascine 5 Conducta de sifonare 6 Sistem de amorsare 7 Vacuum 8 Sorb 9 Conducta catre statia de pompare 10 Radier din beton armat
11 Cutitul chesonului 12 Strat depuneri
Captarea cu cheson este o constractie monolita care de obicei cuprinde si statia de pompare - echipata eel mai bine cu pompe cu ax vertical Schematic constructia unei captari de mai este prezentata in figura 212
B - B
c
Figura 212 Captare de mai cu cheson a-sectiune verticala 6-8 fo-detaliu sita c-sectiune orizontala
A - A
Legenda1 - camera de admisie si deznisipare a apei 2 - camera sitelor rotative 3 - camera cu rol de bazin de aspiratiepentru pompe 4 - camera uscata pentru pompe
INSPECTIA SANITARA SIMONITORIZAREA CALITATII APEI
Constructia este formata dintr-un cheson de dimensiuni mari asezat in malul raului astfel incat in fata ferestrelor de priza sa fie asigurat in permanent un nivel suficient de apa
Din cauza dimensiunilor si adancimii mari de fundare de obicei lansarea chesonului se face cu aer comprimat in partea de jos asigurandu-se o camera de lucru betonata ulterior Constructia este compartimentata vertical pe linii tehnologice dintre care una este intotdeauna de rezerva In interior se deosebesc patru camere (compartimente) cu urmatoarele roluri
1 Camera de admisie si deznisipare a apei (cu posibilitati de evacuare a nisipului depus)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
2
20
2 Camera sitelor rotative sitele rotative sunt formate din panouri de sita cu ochiuri relativ mici (1-3 mm) articulate si trecute peste doua tambururi - unui sus (motor) si altul jos (pasiv) apa trece prin panourile de sita sunt retinute pe sita impuritatile mari plutitorii in general si apoi panoul descarcat se ridica permanent ajungand deasupra nivelului apei in fata unui jet de spalare
3 Camera cu rol de bazin de aspiratie pentru pompele din camera 4
4 Camera uscata care adaposteste pompele treapta I (care trimit apa de la sursa la statia de tratare) In cazul in care nu se dispune de pompe cu ax vertical (care au motoarele montate pe platforma superioara) pot fi prevazute fi prevazute si pompe cu ax orizontal cu luarea unor masuri importante de pastrare uscata a camerelor
Cand sunt disponibile pompe cu ax vertical camerele 3 si 4 pot fi unificate In partea superioara a constructiei se prevad camera de comanda camera de manevra a vanelor si pompelor de epuisment camera motoarelor pompelor verticale si sala transformatoarelor (daca este cazul) Nivelul planseului se executa de obicei cu circa 07 m peste nivelul maxim al apelor raului cu asigurarea 1 In fata prizei se executa o pasarela de acces a personalului pentru curatarea gratarelor de la priza si indepartarea plutitorilor si ghetii Gratarele sunt rare cu distante intre bare de 3 - 10 cm
Admisia apei in priza se face prin doua serii de ferestre - o fereastra sub nivelul minim si o fereastra sub nivelul maxim Viteza de trecere a apei este de 02 - 03 ms iar nivelul de apa peste marginea de sus a ferestrei de minimum 050 m
La nivelurile mari in rau se lucreaza cu fereastra de sus pentru a evita antrenarea in priza a aluviunilor mari care sunt tarate de apa la partea de jos a albiei Pentru inchidere fiecare fereastra are in spate o stavila plana manevrabila de la suprafata In fata ferestrelor gratarele sunt rare din bare rotunde (teava) sau profile si se pot curata cu greble mecanice (la prizele mari) sau manual Gratarele trebuie sa fie executate cu atentie si iarna se pot inlocui cu gratare din lemn sau se pot lua masuri speciale pentru a se evita prinderea zaiului de barele metalice (bune conducatoare de caldura)
Zaiul este gheata in cristale fine care pluteste in masa de apa Pentru a evita blocarea cu gheata au fost imaginate mai multe sisteme toate fiind insa perfectabile Astfel la centralele termice sau industriale unde exista abur rezidual sau apa calda se transforms gratarul in radiator prin interiorul tevilor circuland agentul de incalzire sau se toarna apa calda inaintea gratarului astfel incat apa care trece prin gratar sa aiba 01 - 05degC In alte cazuri s-a transformat gratarul in rezistenta electrica legandu-1 la o sursa de tensiune convenabila (putere instalata de cca 10 kWhm2) consumul de energie este relativ mare iar pericolul de accidentare este ridicat S-a recurs si la imbracarea barelor gratarului in cauciuc ebonita sau mase plastice in scopul impiedicarii zaiului sa se prinda de bare In foarte multe cazuri insa se sparge gheata la priza cu unelte manuale atunci cand se constats ca nu mai intra apa suficienta operatiune foarte grea si riscanta In cazul in care apa raului contine in anumite perioade o cantitate mare de suspensii se poate aseza priza nu pe malul raului ci intr-un bazin executat pe malul raului iar apa raului parcurgandu-1 se produce deznisiparea
Foarte importante sunt forma sub care se amenajeaza intrarea apei din rau in bazin (existand riscul aparitiei depunerilor) si modul in care se reuseste sa se faca evacuarea depunerilor din bazin In literature de specialitate se citeaza si alte posibilitati de folosire a acestor bazine Uneori aceste bazine au fost executate sub forma de canale lungi cu priza la caparul eel mai departat Curatirea canalului se poate face prin dragare
Sunt situatii insa in care din motive locale debit mare si curgere gravitationala captarea poate fi mai simpla Captarea poate avea un singur compartiment pentru debite mici sau poate fi organizata pe linii pentru usurinta exploatarii Intrarea apei se face pe sub un timpan care evita socul plutitorilor cu gratarul si dirijarea acestora in aval Pentru punerea la uscat fiecare compartiment se prevede cu batardou demontabil Priza poate avea doua gratare in serie un gratar rar si un gratar des
O mare importanta o are directia de asezare a gratarului fata de directia circuitului de apa asezarea corecta este data de conditiile locale si uneori sunt necesare studii detaliate pe model in laborator Gratarul se poate aseza paralel cu curentul de apa putin oblic astfel incat apa sa atace gratarul sub unghiul eel mai favorabil sau frontal
243 Captari cu regularizarea albiei
Sunt situatii in care pe rau exista debitul de apa necesar pentru captare dar albia este atat de dezvoltata incat inaltimea apei nu permite derivarea debitului necesar In aceasta situatie este nevoie de inaltarea (cresterea) nivelului apei Una din solutii este de a ingusta albia prin lucrari artificiale de regularizare Intrucat asemenea lucrari de regularizare pot fi necesare si in alte cazuri (stabilirea albiei minore de exemplu) vor fi date cateva elemente generale urmand ca in caz de necesitate sa se apeleze la lucrari de specialitate Lucrdrile de regularizare se prevad si se executa cu respectarea urmatoarelor reguli generale
bull la ape mici curgerea sa fie cea dorita (stabila catre priza) iar la ape mari sa nu se produca inundatii in zonele vecine (sa nu se reduca din capacitatea de transport a albiei)
bull lucrarile sa se execute in etape pentru a se putea cunoaste reactiile la noile conditii si pentru a se putea cunoaste reactiile la noile conditii si pentru a se putea face corectari in etapele urmatoare
bull tipurile de lucrari sa se incadreze in peisaj
bull lucrarile sa nu stanjeasca circulatia apei pentru alte folosinte sau sa produca baltirea apei cu efecte de insalubritate
bull sa se prevada lucrari cu materialele din zona
bull sa fie folosita tendinta naturala de curgere a apei puterea si capacitatea colmatata a curentului
In figura 38 sunt schitate tipurile de lucrari mai des utilizate lucrari in albie (diguri de dirijare traverse de colmatare epiuri) si lucrari de aparare si consolidare a malurilor Elementele constructive tip sunt in general executate printr-o combinatie rationala de
bull combinatie de lemn cu piatra (casoaie suluri si saltele de fascine)
bull combinatie de piatra cu metal (gabioane)
bull anrocamente (piatra mare sparta)
bull beton beton armat sub forma de constructii masive sau elemente prefabricate
bull constructii vii formate din inierbare vegetatie mica (se ia in considerare capacitatea de transport a
albiei la ape mari)Apardrile de mai sunt lucrari de consolidare a malului raului impotriva efectului de eroziune al apei
la viteze mari Acestea pot fi lucrari foarte simple cum sunt taluzele inierbate cu unele elemente simple de fixare sau lucrari mai complicate ca taluz pavat cu elemente de beton zidarie de piatra rostuita sau nu
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
Figura 213 Lucrari de regularizare a albiei Tn zona prizeiLegends a - plan cu tipurile de lucrari b - tipuri de aparari de mai 1 - cu
casoaie 2 - cu dale din beton armat 3 - cu elemente mixte (zidarie de piatra secti Tnierbare) c - diguri epiuri executate din 1 - gabioane 2 - anrocamente
22
zidarie de sprijin din zidarie beton sau beton armat La constructive de mai trebuie tinut seama ca in afara de efectul de erodare si de afuiere a patului de sprijin actioneaza si impingerea malului
Digurile longitudinale sunt lucrari executate in albie care au rol de a dirija pe o portiune un spatiu relativ fix apa raului Se realizeaza din anrocamente cu marime suficienta pentru a nu fi antrenate de apa prefabricate de beton gabioane (piatra de rau balast inchis in casete de sarma zincata pentru a obtine o stabilitate generala mare - elemente simple ieftine si stabile atata timp cat sarma de la cos nu cedeaza sub efectul eroziunii si coroziunii) casoaie din lemn blocuri de beton legate elastic etc Capetele acestor diguri trebuie sa fie bine aparate eventual legate cu cate un epiu astfel incat curentul de apa sa nu patrunda in spatele digului Daca digurile sunt deversate vor fi luate masuri constructive contra afuieri sau spalarii patului cu efect imediat asupra stabilitatii constructiei
Epiurile sunt ca si digurile constructii permeabile rezistente la actiunea apei submersibile sau nu care dirijeaza apa raului pe un anumit spatiu si favorizeaza colmatarea treptatS a spatiului dintre ele Ca pozitie pot fi dirijate spre aval normal pe albie sau orientate spre amonte Se executa din aceleasi materiale ca si digurile Daca albia are un pat usor afuiabil inainte de executia digului propriu-zis se amenajeaza un pat elastic din saltele de fascine sau numai rulouri de fascine O atentie deosebitS se da capului epiului (partea terminals dinspre apa) care este elementul eel mai solicitat Totdeauna coada epiului trebuie bine incastrata in mai pentru a nu permite apei sa-1 ocoleasca
Traversele de colmatare sunt diguri scurte executate din umplutura de material local protejata cu anrocamente mari pe albia minora ce trebuie pSrSaitS sau pe bratele auxiliare care trebuie sa fie colmatate L ape mari spatiul dintre traverse se umple cu aluviuni si in timp traseul vechi al albiei minore dispare
Toate constructiile enumerate anterior si altele asemSnStoare imaginate de specialisti trebuie sa fie verificate si la efecte (in perioada de primavara nu trebuie sa se permita formarea de zSpoare -blocuri de gheata spartS aglomerata care favorizeaza inundatiile) Pe zonele de rau regularizate tipurile de constructii pentru captarea apei sunt similare cu cele pentru albia neregularizatS dar cu adancime suficientS a apei De altfel totdeauna cand se executa constructii legate de apa vor fi luate si masuri de stabilizare a albiei in zona afectata
244 Captari cu baraj de derivatie
In cazul in care pe rau nu se poate asigura nivelul minim necesar pentru captarea apei iar regularizarea albie nu este posibila sau rationala se recurge la executarea unei constructii pentru ridicarea artificials a acestuia dacS debitul captat este important iar fenomenele de iarnS nu pun probleme deosebite
Pentru a nu crea prejudicii pentru alti beneficiari constructia numita stdvilar sau baraj de derivatie trebuie sa asigure concomitent urmStoarele conditii
bull sa fie stabilS la actiunea dinamicS a apei
bull sa permita evacuarea debitelor mari fSrS a provoca inundatii sau deteriorarea altor constructii
bull sa permits evacuarea gheturilor de primSvarS
bull sa asigure navigatia plutaritul circulatia pestilor sau alte folosinte etc Forma
captSrii depinde de
bull marimea debitului captat raportul debit captat debit rau
bull variatia debitului raului si aluviunilor transportate
bull posibilitStile de executie
bull amplasamentul efectiv al prizei (natura albiei adancimea stratului impermeabil inSltimea malurilor etc)
In continuare sunt date cateva exemple de constructii caracteristice pentru asemenea prize
Captarea pentru debit mare realizabilS pe un rau mare pentru localitSti industrii irigatii energie etc Are alcStuirea generals din figura 214
Intre douS culei (o culee este o constractie de legSturS intre constructia dintre albie si mai) se executS elementul de barare a albiei adicS de ridicare a nivelului apei la cota minimS necesarS Aceasta poate fi un prag - baraj deversor dacS lungimea disponibilS si cota malului permit
evacuarea debitelor mari de rau sau baraj cu stavile mobile (stavilar) care se pot ridica sau culca (intr-un locas special prevazut) in radier lasand libera sectiunea pentru evacuarea apelor mari Sunt si cazuri in care din cauza deschiderii mari a albiei s-a adoptat o solutie mixta partial cu stavile partial cu baraj deversor sau uneori si cu baraj nedeversant
Pe malul opus captarii se executa daca este cazul ecluza pentru navigatie sau plutarit cu dimensiunile cerate de beneficiar si aproape totdeauna o scara de pesti pentru a asigura circulatia libera a pestilor intre cele doua biefuri (un bief este zona de rau aflata amonte sau aval de constructia considerate) Pe acelasi mai cu priza se gasesc doua deschideri de spalare prevazute cu vane plane care stau totdeauna partial deschise astfel incat debitul de apa care nu se capteaza sa nu deverseze peste baraj ci sa treaca pe sub aceste stavile
Se reaminteste ca in nici un caz nu este permisa captarea integrals a debitului raului in sectiunea respectiva o parte a debitului raului trebuie sa treaca in aval pentru mentinerea intr-o stare salubra a zonei (altfel devine depozit de gunoaie pe timp de ape scazute) asigurarea apei pentru vietuitoare si vegetatie Debitul ramas in albie este numit debit de servitute (Qs) Spalarea este necesara intracat prin ridicarea locala a nivelului apei s-a realizat in amonte o reducere locala a pantei energetice a curentului de apa Aceasta reducere conduce la micsorarea capacitatii de transport deci micul lac ce se creeaza in spatele barajului se umple repede cu aluviuni Umplerea se face si in dreptul gratarului fiind periclitata adancimea de intrare minima altfel spus se realizeaza ridicarea locala a fundului albiei Lasand libera circulatia apei langa gratar se produce continuu o spalare a depunerilor din cauza vitezei mari realizate sub stavilele de spalare
in unele cazuri prima pila a barajului a fost prelungita cu un pinten formand un fel de canal in fata prizei Apa circuland cu o viteza comparabila cu cea existenta in rau inainte de barare evita producerea de depuneri in fata prizei
Atat in dreptul stavilelor de spalare cat si al barajului deversor in aval se executa un disipator de energie al carui rol este de a reduce viteza apei la o limita care sa nu produca eroziuni spalari in aval de constractie spalari care ar putea periclita stabilitatea acesteia
Priza este o deschidere in culee protejata cu un gratar contra plutitorilor Pentru a evita antrenarea aluviunilor mari in priza aceasta se prevede cu un rag (grataral se aseaza deasupra fundului albiei la 05 - 10 m) Pentru a nu favoriza blocarea gratarului cu plutitori viteza de trecere este redusa 01 - 05 ms din care cauza priza are o forma de palnie Intrarea poate fi inchisa cu stavile Daca deschiderea totala este mare ea se poate reduce cu ajutorul unor pile intermediare Lungimea unei stavile nu va depasi 250 m altfel dispozitivele de ridicare a stavilelor devin greoaie In pile inaintea nisei stavilei se lasa profile U inglobate in beton cu deschiderea spre apa pentru a se putea lansa batardoul (umplutura din elemente grinzi de lemn sau metal) in scopul punerii la uscat a incintei pentru eventuale reparatii Deoarece dupa gratar viteza apei scade mult se produc depuneri care pot afecta circulatia pe canalul de legatura Spalarea lor se poate face cu o golire secundara - de spalare (vezi figura 214) Daca se inchide plecarea spre beneficiar (stavila V2) si se deschide stavila V3 se poate asigura o circulatie fortata cu 0 viteza cu 0 viteza mare (diferenta de nivel amonte-aval este mare) Daca debitul pe rau este suficient iar gratarele au o suprafata mai mare decat cea strict necesara se poate merge cu vana V3 partial deschisa - spalarea facandu-se continuu Pentru evitarea antrenarii plutitorilor mari si a ghetii in sloiuri la gratar se amenajeaza un perete de lemn scufundat partial (05 m) sau o linie de busteni legati articulat (care plutesc) Fenomenele de iarna sunt cele mai dificile la aceste prize
Captarea tiroleza este 0 captare cu gratar pe creasta (figura 215a) care se adopta in cazul in care debitul raului la ape mici este redus si nu poate asigura spalarea zonei din fata prizei iar debitul captat fiind mic captarea in mai se face greu (la aceasta constractie de captare se executa si o priza de iarna in cazul in care grataral ingheata) Captarea se aplica in zone de munte la rauri cu caracter torential pentru debite nu prea mari (sub lm3s) In unele situatii masivul de beton nu se vede din albie fiind alcatuit dintr-un prag de fund - cu gratar la nivelul fundului apei (grataral este inclinat aval pentru a evita blocarea cu aluviuni mari)
Captarea sub albie se adopta in situatia unor localitati de munte pentru care singura sansa de apa o constituie raul sau paraul care izvoraste de la cote inalte al carui debit scade foarte mult in perioadele de iarna si vara si in cazul care fenomenele de inghet dureaza timp indelungat In aceasta situatie 0 captare in albia raului va fi serios stanjenita iar exploatarea va pune probleme deosebite Pentru evitarea unora din aceste probleme au fost imaginate si executate captari sub fundul albiei intr-o zona in care albia este bine dezvoltata si are un pat de 2-3 m de aluviuni Constructia transversals dreneaza apa la unui din capetele sale unde pe malul raului dintr-un put este prelevata si transportata Aceasta captare se deosebeste insa de captarea subterana a apei infiltrate prin mai sau sub fundul albiei (cu drenuri radicale) deoarece apa captata are tot caracteristicile unei ape de suprafata dramul parcurs prin patul aluvionar fiind foarte scurt o asemenea apa are o turbiditate mai mica decat apa captata direct din rau
Schema unei captari sub albie numita uneori si caucaziana este data in figura 215b iar schema unei captari proiectata pentru extinderea provizorie a alimentarii cu apa a unei localitati din tara - la un debit de 10 dm3s in figura 215C
Din figura se observa ca in patul aluvionar al raului se executa o constractie permeabila care dreneaza apa ce se scurge prin subteran sau care se infiltreaza direct asupra constractiei In fata acestei constructii si deasupra ei se executa un blocaj din anrocamente care sa permita accesul mai bun al apei si totodata sa stabilizeze constructia contra efectului dinamic la ape mari (captarea lucreaza ca un prag de fund stabilizator)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 25
Captarea este relativ simpla usor de executat si cu rezultate bune in exploatare Trebuie insa data o atentie deosebita posibilei colmatari a zonei de acces la elementul drenant din cauza apei ce confine fibre de dimensiuni mici (celuloza si hartie) material ce se colmateaza etc
26 Captari din lacuri
Tara noastra nu dispune de lacuri naturale de volume importante care sa poata folosi drept sursa de apa Din aceasta cauza captarile vor fi analizate din punct de vedere al prelevarii apei din lacurile artificiale
In etapa actuala in tara noastra executarea de captari cu debite importante din majoritatea raurilor interioare nu se pot face fara o regularizare a debitului deoarece desi regimul precipitatiilor este relativ uniform (200-2000 mman) distributia in timp este foarte neuniforma Aceasta face ca in perioadele de primavara si toamna debitele sa fie foarte mari iar in perioada de vara si mai ales iarna debitele sa scada la valori extrem de mici cu totul insuficiente pentru alimentarea folosintelor Regularizarea debitelor se face prin lacuri de acumulare special create (bazine uriase cu volume de zeci de milioane-miliarde de metri cubi) care acumuleaza apa din rau in perioadele de viitura si permit folosirea acesteia la debitele dorite
Este insa evident ca un asemenea lac nu se poate crea decat printr-o constructie specials de blocare a albiei numita baraj constructie care prin amploare si efort de investitie pune probleme deosebite Din aceasta cauza executarea unor asemenea lucrari se face prin cooperare cu alti beneficiari lacul urmand sa aiba o folosinta complexa dupa cum urmeaza
bull va reduce viiturile si va permite protej area localitatilor si scoaterea unor suprafete de sub efectul inundatilor redandu-le circuitului agricol
bull volumul de apa acumulat confine o cantitate mare de energie hidraulica energie care poate fi transformata in cadrul centralelor hidroelectrice in energie electrica si data in circuitul energetic al tarii
bull o parte din volumul de apa acumulat poate fi preluat pentru irigarea unor importante suprafete de teren
bull parte din lac poate fi amenajat ca zona de agrement dezvoltand zona din punct de vedere turistic
bull se poate imbunatati regimul de curgere in aval cu efect si asupra calitatii apei
Din punct de vedere al alimentarii cu apa lacul are eel putin in prima perioada un efect favorabil apa prelevata fiind in general mai limpede si mai constants sub raport calitativ Aceasta presupune insa preluarea apei direct din lac (varianta I din figura 216) lucru care poate dezavantaja pe alti beneficiari (cei care se ocupa de producerea energiei de exemplu)
Pe de alta parte apa stationand mult timp in lac isi modifica calitatea iar prin descompunerea depunerilor si dezvoltarea unor microorganisme specifice apa poate sa capete gust neplacut (gustul este diferit de eel al apei de rau care este apa curgatoare) De aceea uneori apa este acumulata dar nu este captata din lac ci uzinata si lasata sa curga pe vechea albie pentru a se aera (varianta Il-a din figura 216) Solutia este
Figura 215 Captari speciale a - captare tiroleza b - captare cu galerie transversala pe fundul albiei c -
dren sub fundul albiei
favorabila in cazul in care utilizatorul de apa se afla la distanta mare Daca centrala functioneaza continuu atunci captarea se poate face in curent liber daca insa centrala (UHE) functioneaza in regim de varf (cum de obicei functioneaza asemenea centrale cateva ore in cursul zilei) atunci avalul inainte de priza trebuie prevazut un lac de compensare zilnica a debitelor lac care sa retina apa uzinata in regim neuniform si sa permita captarea unui debit relativ constant Cele doua variante aratate schematic in figura 216 trebuie comparate ca avantaje si dezavantaje
Priza de apa poate fi realizata in corpul barajului in aval de baraj sau in lac Elementele care conduc la stabilirea solutiei sunt
bull pozitia utilizatorului de apa fata de lac captare din lac daca acesta este amplasat amonte si departe de baraj in baraj sau aval pentru un consumator aval sau din alt bazin hidrografic
bull marimea lacului variatia nivelului apei in lac
bull existenta unei salbe de lacuri pe raul respectiv
bull utilizarea rationala complexa a apei acumulate (de regula la stabilirea amplasamentului lacului se statueaza si modul de folosire al apei)
bull tipul de baraj si simultaneitatea executiei barajului cu priza pentru folosinte de apa in general dupa executarea barajului priza poate fi numai in aval sau in lac
bull conditiile reale de teren trebuie tinut seama ca baraj ele cu lacuri mari de acumulare sunt situate in zona de deal - munte
bull conditiile rationale de tratare a apei obtinute din lac
261 Priza tn aval de baraj
Se poate executa oricand inainte si dupa executia barajului in forme si la debite adecvate Sunt posibile urmatoarele tipuri de captari
bull captari in curent liber de forma celor descrise anterior pe raul pe care debitul regularizat prin lac are valori mult mai mari
bull captari in baraj sau in lac in cazul in care lacul are ca principals folosinta alimentarea cu apa sau cand barajul este realizat pentru un lac de compensare a debitelor rezultate de la functionarea unor centrale hidroelectrice din amonte
bull captari in lac in cazul in care lacul compenseaza folosinta energetica iar beneficiarul este departe de baraj in amonte
262 Prize Tn corpul barajului
Sunt gandite si executate odata cu barajul astfel incat sa nu pericliteze siguranta in functionare a acestuia dar sa poata preleva apa de calitatea cea mai buna existenta la un moment dat in lac
In cele ce urmeaza sunt date exemple de captari de apa executate in baraj Daca barajul este din beton priza este de regula comuna cu barajul (figura 217)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 27
apa curgatoare Barajul care realizeaza lacul de compensare este din materiale locale cu un sistem de stavile pentru spalarea depunerilor de viitura (figura 219)
In figura 220 este schitata captarea dintr-un lac al carui baraj este executat din materiale locale cu miez de etansare din argila Captarea se executa total izolat de baraj (in malul natural sau in lac figura 221 - pentru a nu-i produce dificultati barajului prin exfiltrarea apei pe langa sistemul de transport al apei) si pentru ca priza sa nu aiba dificultati la tasari neuniforme ale barajului Apa captata din priza turn de la cote diferite functie de calitatea acesteia este evacuata prin conducte sau galerii amplasate in malul natural
Acest tip de captare poate fi aplicata si in alta pozitie in cuprinsul lacului pentru beneficiari riverani - amonte de baraj
Cand principala folosinta a lacului este de combatere a undei de viitura captarea poate avea o forma speciala (figura 222) Captarea este amplasata la o cota deasupra rezervei destinata acumularii depunerilor din lac si trebuie sa evite blocarea cu corpuri mari ce pot cadea prin apa intrucat nu este accesibila decat la ape mici - lac gol sau lac golit
263 Captari in lac
Se utilizeaza atunci cand in amplasament nivelul apei este asigurat intotdeauna deasupra unor valori limita Se pot practica o captare de tip turn (figura 221) cand debitul captat este important iar nivelul lacului relativ constant o captare plutitoare cand alimentarea cu apa este sezoniera sau conditiile de iarna nu sunt severe o captare de fund cand lacul este de adancime mare si cu un volum de apa important (figura 223a)
Captarea de fund este formata dintr-un sorb (pot fi prevazute mai multe asemenea constructii separate) asezat pe o confectie metalica stabila de tip tetrapod Se amplaseaza deasupra nivelului (apreciat) de colmatare si sub nivelul minim al apei din lac (acoperire mai mare pentru a o feri de plutitori) Zona captarii va fi balizata pentru a fi ferita de accesul plutitorilor si a putea fi usor reperata pentru control se marcheaza si zona de protectie daca este cazul Conducta de legatura (suficient de elastica daca are lungime mare) se lanseaza prin plutire si poate permite ridicarea prizei in caz de nevoie Captarea va fi amplasata la o asemenea adancime incat sa nu fie deplasata de valuri si totodata nu intr-o zona in care valurile pot pune in miscare depunerile de pe fund si deteriora calitatea apei Captarea este tipica pentru prelevarea apei din lacurile naturale (figura 223b)
Existenta lacurilor de acumulare ridicS probleme importante sub trei aspecte generale aspecte care pot influenta calitatea apei captate siguranta in functionare a prizei sau si a zonelor vecine
bull pentru lacurile mici problema cea mai importanta este legata de colmatarea cu aluviuni lipsa masurilor de protejare amenajare si stabilizare a solului in bazinul hidrografic conduce la antrenarea unei mari cantitati de sol (mai ales fertil) care blocheaza in scurt timp volumul lacului
bull pentru lacurile cu volum mediu (milioane de m3) problema cea mai importanta este eutrofizarea apei lacului
bull pentru lacurile mari (sute de milioane m3) problema importanta este imbdtrdnirea lacului (o eutrofizare lenta avand ca punct final obtinerea unei ape de calitate total deosebitS de aceea a raului din care pro vine)
Eutrofizarea lacurilor este o problema acuta a multor lacuri din zone de ses si colinare Cauza principals este aportul de substante fertilizante (fosfor carbon azot) Fosforul (adus in apa in special din apele uzate orSaenesti - neepurate adecvat) in cantitSti mici favorizeaza randamentul de functionare a fitoplanctonului care la randul lui favorizeazS fixarea azotului cu ajutorul bacteriilor Dezvoltarea fitoplanctonului favorizeazS dezvoltarea zooplanctonului si deci a populatiei de pesti
DacS fluxul energetic si aportul de substante este moderat atunci ciclul se incheie devine stabil si lacul isi pSatreaza calitatea de lac oligotrof (figura 224a) In cazul in care cantitatea de fosfor creste creste volumul de fitoplancton deoarece nu exista suficient azot si lantul se rupe Zooplanctonul si pesti mor substantia organicS creste bacteriile consumS oxigenul si lacul devine eutrof acoperindu-se cu vegetatie (care are rSdacinile in malul situat pe fundul lacului si frunzele la suprafata realizand fotosinteza figura 224b) Consumarea oxigenului de cStre substantele in descompunere si capacitatea redusa de aerare fac ca apa lacului sa aibS de regulS un continut mai redus de oxigen
Daca se reduce cantitatea de nutrient (in special fosforul) dupa un timp calitatea apei se imbunatateste neajungand insa la calitatea initials (se considers ca un continut Tn fosfor de 10-20 mgl este acceptabil)
Imbdtrdnirea lacurilor este fenomenul de modificare continuS a calitatii apei lacului ca urmare a noului echilibru ce se realizeazS intre aportul de substante si circulatia apei Apa care ajunge in lac este o apa cu continut ridicat de substante minerale si organice Acestea se depun se descompun intra in reactie formand substante noi cu continut de Fe N S C (H2S CH4) substante care modifies chimismul apei Pe baza aportului de substante si sub influenta luminii creste productia de masa organica (schema lacului oligotrof) Apare un fenomen nou de circulatie a apei in lac vara apa de la suprafata este calda deci mai usoarS toamna insa apa se rSceste devine mai rece decat apa de la fundul lacului (are cca 4degC sub 15 - 20 m temperature ramane relativ constants) deci devine mai grea (densitatea creste la scaderea temperaturii) si coboarS inlocuind apa mai calda de adancime apa care se ridicS (depunerile mai pot fi agitate si de valurile de la suprafata)
Pozitia captarii in lacurile adanci trebuie sa fie totdeauna in zona medie cu temperature relativ constants (6 - 12degC) si unde nu se simte direct influenta descompunerilor ce se produc la fundul lacului (sau tulbureala datS de depunerile rSacolite)
28 Procese de pre-tratare aplicarea de algicide
Algele sau cianobacteriile (algele verzi-albastre) din lacurile si acumularile de stocare pot crea probleme de gust si miros precum si aparitia unor substante ce provoaca imbolnaviri (toxine) Pentru controlul dezvoltarii algelor sau cianobacteriilor se pot folosi compusi care distrug algele (algicidele) Daca are loc un eveniment legat de utilizarea algicidelor (calitatea apei este afectata de utilizarea unui algicid) pot avea loc urmatoarele
bull daca se utilizeaza algicide in exces substanta chimica poate provoca imbolnaviri
bull daca volumul de alge sau cianobacterii este prea mare si nu poate fi controlat de algicid toxinele din alge cianobacterii pot provoca imbolnaviri
bull daca se utilizeaza ca algicid paiele de orz substantele din paie pot reactiona cu dezinfectantele si forma subproduse ce provoaca imbolnaviri
Aplicarea de algicide in sursa de apa poate prezenta riscuri pentru sanatatea si siguranta muncii operatorilor Acestea sunt recunoscute dar nu vor fi discutate deoarece astfel de riscuri fac obiectul legislatiei muncii si protectiei muncii Algele sau cianobacteriile din sursa de apa pot interfera cu functionarea statiei de tratare Un bun control al cresterii lor face sa se diminueze necesitatea pre-oxidarii Se reduce de asemenea cantitatea de dezinfectant ce se pierde in reactia cu algele sau cu substantele pe care acestea le elimina in apa
31 Alcatuirea statiilor de tratare a apei
Rolul statiei de tratare este de a corecta calitatea apei brute pana la atingerea cerintelor utilizatorului Exista o multitudine de procese de tratare care se utilizeaza in practica insa schema generala a unei statii de tratare (figura 31) cuprinde
bull trepte multiple de oxidare (pre-oxidare post-oxidare) cu scopul de a oxida compusi chimici dar si de a realiza bariere succesive in calea micro-organismelor
bull procese de limpezire a apei care constau in
o coagulare-floculare cu reactivi chimici in camere de reactie special amenajate
o decantarea apei pentru retinerea suspensiilor coagulate
o filtrarea pe strat de nisip pentru finalizarea procesului de limpezire
bull afinarea apei constituita din oxidare cu ozon urmata de adsorbtie pe carbune activ granular cu scopul indepartarii anumitor compusi chimici toxici
bull dezinfectia apei pentru indepartarea totala a virusurilor bacteriilor si altor micro-organisme din apa treapta obligatorie in Romania conform Legii privind Calitatea Apei Potabile nr 4582002
3
Pentru eliminarea duritatii se pot adopta scheme cu schimbatori de ioni sau cu reactivi chimici (var si soda) in functie de tipul duritatii (temporara sau permanenta)
Orice statie de tratare este deservita de anumite facilitati pentru intretinerea proprie Printre acestea se mentioneaza
bull statia de reactivi chimici cu rolul de a stoca prepara si doza reactivii necesari procesului de tratare (coagulanti floculanti agenti dezinfectanti corectie pH etc)
bull sisteme de spalare filtre rapide constituite din statii de pompe si de suflante
bull laborator pentru a determina corectitudinea procesului de tratare dar si calitatea apei produse
bull alte facilitati printre care se mentioneaza sisteme de recuperare a apei de la spalare filtre si a namolului din decantoare
311 Exemple de statii de tratare
O schema de tratare cu filtrare directa este prezentata in figura 32 Uzina de apa a orasului Los Angeles - SUA (Los Angeles Aqueduct Filtration Plant) are o capacitate instalata de 185 m3s filiera tratare fiind prezentata in cele ce urmeaza
bull pre-oxidare cu ozon 4 generatoare care produc 3780 kg CVzi (doza medie ozon 15 mgdm3) 4 bazine de contact (timp de contact minim 49 min)
bull coagulare (amestec rapid) 8 camere de reactie echipate cu agitatoare dinamice timp minim de amestec 086 s pentru doua camere inseriate Reactivi utilizati clorura ferica sulfat de aluminiu polimeri anionici si neionici soda caustica clor
bull floculare 36 camere de reactie lenta timp minim de reactie lenta 8 min pentru 3 bazine inseriate
bull filtrare 24 unitati (aria unei unitati A=160 m2) strat de antracit cu inaltimea de 24 m viteza de filtrare 175 mh care asigura un timp de contact de 10 minute
bull dezinfectie finala cu clor (doza maxima clor 56 mgdm3)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 3
Un alt exemplu de schema de tratare care nu cuprinde treapta de decantare este uzina de apa Ivry (Franta) modernizata in 1987 (debit instalat Q = 300000 m3zi) Dupa modernizare uzina cuprinde urmatoarele procese (figura 33)
bull pre-oxidare cu ozon doza uzuala 10 mg CVdm3
bull coagulare (amestec rapid) cu clorura ferica (5 - 10 mgdm3) si polimer anionic (0025 -005 mgdm3)
bull pre-filtrare faza I - (coagulare pe masa de contact) 18 unitati de 815 m2 strat biolit 10 m viteza de filtrare maxima 10 mh
bull floculare cu clorura ferica (2-6 mg Fe3+dm3) si polimer (005 - 10 mgdm3)
bull pre-filtrare faza II - nisip 22 unitati de 81 m viteza de filtrare 9 mh
bull filtrare lenta 30 cuve (23000 m2) viteza maxima de filtrare 13 mzi inaltime strat 07 m
bull post-ozonare timp de contact 4 minute doza uzuala 04 - 06 mg CVdm3
bull filtrare pe CAG inaltime strat 10 m viteza de filtrare 10 mh
bull dezinfectare finala cu hipoclorit de sodiu
In figura 34 este prezentata o schema tehnologica a unei uzine de apa aplicata in cateva mari uzine de tratare (Qgt2000 m3h) ce preiau apa bruta direct din fluviul Ruhr Schema asigura o eliminare optima a microorganismelor Concentratia de Cryptosporidium in apa raului Ruhr variaza de la 0 la 5 unit(100 dm3) iar concentratia chisturilor Giardia de la 8 la 250 unitdm3 Nu au fost detectate aceste organisme in treptele premergatoare dezinfectarii Se remarca prezenta treptelor de filtrare incepand cu filtrarea mecanica pe microsite in capatul amonte al filierei de tratare si continuand cu un pachet de trei trepte de filtrare (dublu strat carbune activ granular si filtre lente) care asigura o eficienta foarte mare din punct de vedere microbiologic
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 3
Figura 34 Filiera tehnologica uzina de apa Mulheim an der Ruhr
(Germania)
Un exemplu de schema tehnologica combinata (Q=32 m3s) este prezentata in figura 35 Apa bruta (fluviul Elba) este puternic incarcata in poluanti Filtrarea primara (bazine de infiltratie) reduce de cateva ori incarcarea microbiologica iar in cazul folosirii treptelor de floculare sedimentare si filtrare reducerea incarcarii microbiologice este de circa 9999
Prin curgerea in stratul subteran se obtine o apa ce se incadreaza in normele privind calitatea apei potabile Dezinfectia finala este aplicata pentru a preveni cresterea masei bacteriene in sistemele de distributie Uzina este prevazuta a fi modernizata cu treapta de oxidare cu ozon si filtre multistrat
In Elvetia sunt intalnite in principal scheme complexe de tratare avand la baza procese biologice (figura 36) Treptele de tratare clasice (pre-oxidare cu ozon coagulare-floculare filtrare rapida) sunt urmate de corectia pH-ului si postozonare in fmalul filierei de tratare se prevad reactoare biologice inseriate (filtre CAG activate biologic urmate de filtre lente) Se urmareste in principal reducerea indicatorilor biologici si bacteriologici prin reducerea concentratiilor de carbon organic asimilabil (AOC lt 10 ug Cdm ) Se remarca absenta dezinfectarii finale Se obtine o apa biostabila introducerea acesteia intr-o retea de distributie nu necesita prezenta unui dezinfectant rezidual Se asigura in acest mod o siguranta ridicata la consumator in ceea ce priveste potentialul de formare al trihalometanilor
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 3
33 Procese de oxidare
Procesele de oxidare pot fi intalnite in toate statiile de tratare in doua sectiuni caracteristice ale schemei
bull pre-oxidare in capatul amonte al filierei pentru oxidarea substantei organice plancton inactivare microorganisme obiectul principal este asigurarea functionarii optime a proceselor de tratare si evitarea contaminarii acesteia
bull post-oxidarea amplasat dupa procesele de tratare conventionale (decantare si filtrare rapida pe strat de nisip) urmareste oxidarea totala a micro poluantilor reducerea materiilor organice naturale si inactivarea totala in ape limpezi a compusilor biologici si bacteriologici
331 Pre-oxidare
In mod obisnuit se utilizeaza urmatorii agenti oxidanti clor ozon dioxid de clor 3311 Clorul(Ch)
Clorul se utilizeaza in mod uzual cu doze cuprinse in domeniul 1 - 3 mgl cu timp de contact minim Tc=30 minute in anumite situatii (inflorire algala sau poluare accidentala) dozele pot fi mai mari dar se urmareste evitarea formarii sub-produsilor organo-clorurati (de exemplu trihalometani THM) prin efectuarea de incercari pe apa sursei pentru a se stabili potentialul de formare
Clorul este adoptat frecvent datorita costurilor reduse implicate Reactia clorului trebuie urmarita cu atentie luand in consideratie agentii reducatori (H2S Mn2+ Fe3+) si materiile organice naturale in diagrama din figura 37 se poate urmari procesul de reactie al clorului in apa (clorare la breakpoint) Punctul critic se atinge daca raportul masic intre clor si amoniac variaza intre 81 -101 (teoretic 761)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 40
3312 Ozonul(03)
Ozonul este un gaz violet instabil care degaja un miros iritant caracteristic
Se produce prin descarcari electrice la diferente de potential ridicate intre doi electrozi intre care curge aer sau oxigen pur Eficienta productiei depinde de diferenta de potential frecventa caracteristicile materialului dielectric si spatiul care separa dielectricele Progresele tehnologice din ultimii 20-30 ani au condus la reducerea consumului de energie la 10 - 12 kWh 1 kg O3
Dozele uzuale de ozon sunt in gama 1 - 3 mgCVdm3 iar timpul de contact uzual este Tc=10 minute Se tinde spre adoptarea solutiei cu doua reactoare in serie ca in figura 38 Adancimea apei in reactoare poate atinge 6-75 m
Conceptual reactoarele de ozon functioneaza pe baza interceptarii curentului de apa descendent de catre voalul de bule mici de ozon in miscare ascendents
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
0
4
3313 Dioxidul de clor (CIO2)
Se poate obtine din clorit de sodiu si clor conform reactiei
2NaC102 + Cl2rarr2C102 + 2NaCl (31)
Stoechiometric 1 g dioxid de clor se obtine din 134 g clorita de sodiu si 05 g de clor
Este instabil si exploziv la temperaturi T gt (-40degC) Se produce imediat inainte de injectia in apa La 20degC si presiune partiala de 53 kPa solubilitatea este 4 gdm3
Avantajele utilizarii CIO2 sunt
bull nu formeaza sub-produsi de tip trihalometani (THM)
bull are putere oxidanta mai buna oxideaza fenoli si este foarte eficace la pH peste 85
Dozele utilizate frecvent 01 - 05 mgl timpul de contact fiind Tc = 10 min Se mentioneaza ca pentru doze mai mare de 05 mgl exista riscul formarii de sub-produsi de tip clorati
Reactoarele de pre-oxidare utilizeaza agitatoare mecanice (rezistente la coroziune) care asigura amestecul mecanic cu randamente ridicate intre apa de tratat si solutia de CIO2
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 4
332 Post-oxidare
In filierele de tratare se dezvolta din ce in ce mai mult conceptul de post-oxidare cu ozon pe apa limpezita dupa filtrele rapide de nisip pentru ca eficienta transferului creste se reduc dozele de ozon si oxidarea micro-poluantilor devine mai eficienta
incadrarea procesului de post-oxidare in schema statiei de tratare se realizeaza totdeauna ca infigura 310 n
Dozele de 03 in post-oxidare nu depasesc 2 mgl Principiile reactoarelor de ozon sunt identice cu cele utilizate in pre-oxidare
Post-oxidarea cu ozon combinata cu adsorbtia pe CAG este procesul (denumit afinare) capabil sa asigure
- eliminare totala compusi biologici microbiologici si micropoluanti
- reducere materiilor organice naturale astfel incat TOC lt 25 g Cl
- eliminare pesticide
333 Alegerea oxidantului
Alegerea oxidantului se bazeaza pe analiza calitatii apei caracterizarea marimii poluarii care poate apare (continut materii organice naturale carbon organic total numar de microorganisme perioade duraf deg ce aparitie)
Alegerea agentului oxidant are la baza costuri si implicatii in filiera tehnologica
Tabelul 35 Caracteristici principale Tn alegerea oxidantilor Nr crt
Oxidant Avantaje Dezavantaje
1 Clor-Cl2 - costuri reduse- cunoastere operare- este remanent (rezidual) in reteaua de
distributie
formeaza THM - necesita timpi de contact mari
2 Dioxid de clor - C102 - capacitate de oxidare mai ridicata in raport cu Cl2
- nu formeaza THM- este remanent (rezidual) in reteaua de
distributie
- necesita preparare si dozare instantanee- la doze prea mari poate forma cloraticosturi mai mari in raport cu Cl2
3 Ozon - 03 - cea mai mare capacitate de oxidare- nu formeaza THM
- necesita preparare si dozare instantaneeconsumuri energetice mari- poate forma subprodusi de tip bromaji sau
aldehide- nu este remanent (rezidual) in reteaua de
distributie
4
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 4
Figura 311 Fortele
ce actioneaza asupra
particulelor aflate Tn
apa
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
3511 Deznisipatoare
Sunt destinate sa retina particulele de tip nisip pentru protectia utilajelor din schema statiei de tratare Schema unui deznisipator orizontal este data in figura 313
Figura 313 Deznisipator orizontal longitudinal
1 Gratar 2 Bare de linistire 3 Nisa pentru reparatii Tn caz de avarie 4 Stavilar de intrare 5 Vane de golire 6 Stavilarde iesire 7 Galerie de golire
In zona de intrare a apei in deznisipator se monteaza un gratar rar pentru impiedicarea accesului corpurilor mari in interiorul bazinului Pentru linistirea curentului se monteaza bare verticale de linistire Peretii laterali ai deznisipatorului se executa cu evazare catre exterior pentru a permite preluarea impingerilor survenite din podul de gheata care se formeaza pe timp de iarna la suprafata bazinului Panta radierului bazinului trebuie sa permita evacuarea depunerilor in zona din aval a bazinului Evacuarea depunerilor se poate realiza cu mai multe sisteme
bull prin hidro-mecanizare cu scoaterea din functiune a unui compartiment
bull prin golirea totala a compartimentului (numai pentru debite foarte reduse)
bull cu electro-pompe speciale purtate de o grinda rulanta
3512 Decantoare statice
Sunt destinate surselor cu variatii mari de turbiditate la care 50 - 60 din suspensii sunt de natura minerala (gravimetrice) in figura 314 se prezinta schema unui decantor orizontal longitudinal Elementele principale ale bazinului sunt
bull zona de intrare in care se gaseste un perete de linistire a curentului in partea superioara respectiv canalul de evacuare a depunerilor in partea inferioara
bull decantorul propriu-zis cu radier cu panta catre basa de evacuare a namolului amplasata in zona incipienta a bazinului
bull zona de evacuare a apei decantate care este bordata de un gratar cu rolul impiedicarii accesului plutitorilor
Curatirea decantoarelor orizontale se realizeaza
bull Intermitent prin golire si evacuare depuneri hidraulic sau mecanic
bull Continuu cu ajutorul podurilor racloare care strang depunerile in base special amenajate
Dificultatile in operarea decantoarelor statice se pot sintetiza
bull sunt influentate de factori atmosferici vant gheata insorire
bull miscarea este turbulenta ca structura si particule fine pot fi repuse in stare de suspensie
bull echilibrarea fluxului hidraulic se realizeaza cu dificultate
bull eficienta retinerii nu depaseste 10-15 NTU la apa decantata
37 Filtrarea apei - generalitati
Filtrarea este procesul de limpezire finala a apei (stadiul II) la curgerea printr-un mediu poros de obicei format din nisip cuartos Procesul simuleaza infiltratia apelor superficiale in mediile poroase din subsolul pamantului Procesul este cunoscut si aplicat de mult timp (primul brevet s-a emis in 1830)
Schema generala (figura 323) indica filtrul ca fiind format dintr-un bazin (cuva) in care apa curge in sens descendent traverseaza mediul poros sustinut de un drenaj si ajunge intr-un rezervor de apa filtrata amplasat sub drenaj Sistemul este dotat cu toate instalatiile de introducere -prelevare apa preaplin si golire
Parametrii fundamentali ai procesului de filtrare sunt
bull viteza de filtrare definita (ca viteza aparenta) cu relatia urmatoare
vF = Q A [ m h ] [mzi] (313)
In care
Q - debitul de apa filtrata
A - suprafata orizontala a stratului filtrant in
functie de viteza de filtrare se pot clasifica in
o filtre lente (biologice) - VF = 01 - 025 [mh]
o filtre rapide - vF = 4 - 10 [mh|
o filtre ultra-rapide
bull mediul filtrant - in general nisip cuartos care sa realizeze prin uniformitatea granulelor un volum de goluri in care sa se acumuleze suspensia retinuta din apa caracteristicile sunt diferite pe tipuri de filtre
bull pierderea de sarcina (hr) exprimata ca diferenta intre nivelul apei in cuva filtrului si nivelul apei in rezervorul de apa filtrata este data de colmatarea stratului si este variabila in timp
49
38 Filtre lente
Se bazeaza pe formarea unei membrane biologice constituita din colonii de bacterii aerobe -amplasata la suprafata stratului de nisip (pe primii 2-3 cm) Elementul fundamental este dezvoltarea membranei (in 1 - 3 zile) functie de caracteristicile apei Dupa o perioada (30 - 50 zile) membrana se colmateaza si incepe sa se rupa degradand calitatea apei Aceasta se razuieste (se curata) manual sau mecanic si procesul este reluat In figura 52 se indica schema unui filtru lent
Dispoizitiv de curatat_____________________________membrana biologtca
Figura 325 indica tipurile de organisme care pot fi intalnite pe o adancime de 30 cm in nisipul filtrului lent
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
Nisipul din filtrul lent trebuie sa aiba urmatorii parametri
bull granulozitatea in domeniul dg = 035 - 050 mm
bull coeficientul de neuniformitate ult 15
(314)
In care d6o - diametral ochiurilor sitei prin care trece 60 din materialul cernut
d1o - diametral ochiurilor sitei prin care trece 10 din materialul cernut
01
50
bull inaltimea stratului de nisip H=90-100 cm cand grosimea stratului de nisip ajunge dupa curatiri succesive la 70 - 80 cm este necesara completarea la inaltimea initiala
Solutia filtrelor lente se prevede la debite relativ mici (max 10000 m zi) si surse de apa in general curate (lipsite de alge culoare poluanti toxici) Se pot obtine rezultate performante la ape necoagulate Operarea sistemelor de filtre lente este simpla Procesul de filtrare lenta este asimilat cu procese fizice si biologice Acestea din urma necesita o atentie si urmarire continua in etapele de operare a filtrelor in special referitor la starea coloniilor de bacterii aerobe din membrana biologica
310Filtre rapide
In figura 326 se prezinta schema unui filtru rapid Acesta este constituit din urmatoarele elemente componente
bull sistem admisie apa in cuva - are rolul echirepartitiei debitului catre cuvele de filtre
bull stratul filtrant peste care exista un strat de apa
bull drenaj cu rolul de a sustine stratul filtrant si de a transforma bulele mari in bule fine in procesul de spalare inversa
bull sistem de mentinere a nivelului apei in filtru (pentru filtrele cu functionare in sistem nivel constant si debit variabil)
bull statie de pompare apa de la spalare filtre si statie de suflante
bull instalatii hidraulice grupate in galeria tehnologica cu rolul de a asigura toate utilitatile necesare functionarii corecte a procesului (conducte si vane apa filtrata apa spalare aer spalare preaplin golire etc)
bull rezervor de apa filtrata amplasat de obicei sub toata statia sau in anumite cazuri numai sub galeria tehnologica
Procesul consta in doua etape
bull filtrarea apei parcurgand in sens descendent stratul de nisip si drenajul
bull spalarea filtrului in sens ascendent in doua faze distincte
o faza 1 (durata Ti=5-10 min)
o faza 2 - limpezire (durata Ti=10-15 min)
51
in ultimii 30-40 de ani in lume a existat o preocupare constants pentru perfectionarea procesului in sensul obtinerii performantei in calitatea apei filtrate (turbiditatea sa se incadreze in domeniulOl - 10 NTU)
Mecanismele de retinere in filtrele rapide se pot sintetiza ca in schema urmatoare
3101 Mediul filtrant
Calitatile materialului filtrant sunt urmatoarele
bull domeniul de granulozitate dg = 085 - 2 mm
bull coeficientul de neuniformitate u=d6odio lt 15
bull fractiunile inferioare diametrului 085 mm si superioare dmax 2 mm inferioare procentual la 10 in greutate
bull diametrul efectiv def = dio = 09-1 mm
bull sa realizeze un numar de goluri (porozitate) mare (pgt40)
bull forma granulelor apropiata de sfera pentru obtinerea unui grad de acoperire ridicat
bull continut de roci cuartoase recomandabil peste 95
bull sa aiba duritate (gt 7 in scara Mohs) pentru a nu se sfarama la spalare
Calitatea materialului filtrant influenteaza viteza de filtrare O serie de studii au indicat domeniul optim de granulozitate al nisipului de filtru conform figurii 328
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 52
3102 Calitatea influentului fn corelatie cu materialul filtrant
Pentru realizarea unei retineri eficiente a suspensiilor se impune ca in influentul filtrelor acestea sa fie floculate Aceasta se caracterizeaza prin coeficientul de coeziune al suspensiilor floculate (namol retinut) aceasta caracterizeaza capacitatea de rezistenta la forfecare si depinde de doza de floculant si natura (minerala sau organica a suspensiilor)
Procesul de optimizare a filtrarii rapide a apei ia in considerate principiul un filtru va functiona optim cand va produce cea mai mare cantitate de apa intre doua spalari succesive aceasta se va realiza cand timpul in care se atinge pierderea de sarcina limita este egal cu timpul in care se calitatea apei filtrate se inrautateste la limita maxim acceptabila (Ti = T2) sau penetrarea impuritatilor in interiorul masei filtrante se va efectua cu aceeasi viteza cu care creste pierderea de sarcina Expresiile celor doua perioade au fost determinate de cercetatorii Richard si Croce-Spinelli
Tx = a bull σ - 0 9 5 bull k-075bull def-045bull h0
n95bull v -185 (316)
T l = b bull σ-075 k - 0 7 5 bull dlef
1 5 Δhr05 bull vF
-065 (317)
In care Ti - perioada in care turbiditatea apei filtrate atinge valoarea limita (1 NTU)
T2 - perioada in care se atinge pierderea de sarcina limita (15 - 18 m)
a b - coeficienti empirici (experimentali)
hn - grosime strat nisip
Δhr- viteza de crestere a pierderii de sarcina
INSPECTIA SANITARA SI MOMTORIZAREA CALITATII APEI
VF - viteza de filtrare
k - coeficient de coeziune al namolului
a - depozitul specific (volumul de suspensii raportat la volumul de material filtrant)
Se constata ca fiecare filtru poate conduce la un ciclu optim functie de calitatea nisipului grosimea stratului calitatea flocularii suspensiilor din apa influenta si viteza de filtrare
3103 Variatia pierderii de sarcina
Urmarirea pierderii de sarcina este importanta pentru ca poate pune in evidenta functionarea filtrului Operarea optima a unui filtru se realizeaza prin urmarirea in timp a variatiei pierderii de sarcina si turbiditatii Masurile pentru realizarea acestui optim sunt
53
bull reducerea vitezei - cele mai performante filtre lucreaza cu viteze de filtrare variabile astfel incat colmatarea stratului sa se realizeze fara socuri
bull adaugarea unui polimer (doze 01 - 02 mgl) in influent pentru a mari rezistenta particulelor floculate
bull imbunatatirea calitatii nisipului
Presiune (m col H20)
Figura 329 Estimarea pierderii de sarcina Tn
stratul filtrant
3104 Spalarea filtrelor
Se realizeaza in contra curent de apa si aer comprimat Elementele tehnice care intervin esential in obtinerea performantelor spalarii sunt
bull calitate drenaj - din punct de vedere al uniformitatii debitelor de apa si aer
bull colectarea uniforma a apei de la spalare
bull metoda de spalare care sa asigure eliminarea totala a suspensiilor retinute in strat cu resurse minime
bull drenaj de mare rezistenta hidraulica (cu placi cu crepine)
Se bazeaza pe principiul introducerii unei rezistente hidraulice de 15 - 20 cm coloana de apa (reducerea brusca de sectiune la intrarea apei in tija crepinei) care asigura uniformizarea intensitatilor de spalare pe suprafata cuvei (abateri de plusmn 3-5) In figura 330 se prezinta schema drenajului cu placi cu crepine
Se pun conditii severe din punct de vedere constructiv pentru realizarea drenajului
bull asigurarea etansarii perfecte
bull asigurarea cotei exacte si unice pentru pozitia orificiilor de aer
bull rezistenta cosurilor crepinelor
bull asigurarea formarii unui nivel de separatie apa - aer uniform si constant pe toata suprafata cuvei
Cele mai performante filtre din punct de vedere al spalarii sunt filtrele cu baleiaj la spalare (figura 331)
INSPECTIA SANITARA SI MOMTORIZAREA CALITATII APEI
55
55
in perioada de spalare a filtrului nivelul in cuva se afla la cota NS jgheaburile J nu mai deverseaza si prin orificiile de la baza jgheaburilor se creeaza un curent de baleiaj (1-2 dm3sm2) cu apa decantata care impinge suspensiile spre jgheabul de colectare Se reduc astfel timpii de spalare (cu 50) si intensitatile si volumele de apa de spalare
Prin curgerea ascendenta a aerului masa de nisip vibreaza si peliculele de namol se desprind de granule Curentul ascendent de apa le antreneaza Spalarea numai cu aer induce vibrarea masei de nisip si depunerea namolului in zona inferioara a stratului De aceea este contraindicata spalarea numai cu aer in faza 1
In general echipamentele pentru asigurarea debitelor apa de spalare se adopta un utilaj (pompa) in faza 1 si inca o pompa de acelasi tip pentru faza a Il-a
3105 Asigurarea repartitiei uniforme a influentului
Pentru asigurarea repartitiei uniforme a apei decantate se utilizeaza diverse sisteme Cel mai performant este sistemul cu deversori neinecati conform cu schema din figura 332
3106 Sistemele hidraulice
Sistemele hidraulice asigura deservirea statiei de filtre atat in procesul de filtrare cat si in procesul de spalare Acestea se vor dimensiona conform vitezelor economice prezentate in tabelul urmator
3107 Reglajului debitului si nivelului de apa in cuva
Pentru filtrele care functioneaza cu nivel constant si debit variabil este foarte important ca nivelul apei in filtru se fie mentinut pseudo-constant Aceasta se asigura cu diverse sisteme de plutitori (regulator de nivel amonte) care comanda vana de pe conducta de apa filtrata sau cu sisteme electronice si hidraulice conform figurii 333
Figura 333 Sistem de reglare electronic al nivelului apei Tn filtru
Legends 1 Strat filtrant 2 Vana apa filtrata 3 Parghie comanda vana 4 Electrovana de comanda 5 Regulator electronic 6 Senzor de presiune pentru nivel filtru 7 Senzor de presiune sub planseu 8 Potentiometru 9 Indicator de
colmatare 10 Alimentare cu fluid de comanda
313 Afin area apei
Procesul de afmare a apei este constituit din combinatia intre procesul de post-oxidare cu ozon a apei filtrate urmat de adsorbtie pe carbune activ granular
3131 Post-oxidarea cu ozon
Ozonul (O3) se obtine din aer sau oxigen supus la descarcari electrice printr-un dielectric In figura 334 se prezinta un element dintr-un ozonor
figura 334 Element tubular de ozonor
1 - Intrare gaz vector (aeroxigen) 2 3 - Electrozi 4 - Dielectric 5 - Spatiu de descarcare electrica 6 - Gaz vector +
ozon 7 - Apa racire
Diferentele de potential la care se lucreaza sunt cuprinse intre 6000 - 18000 V functie de natura si grosimea dielectricului marimea spatiului de descarcare si presiunea absoluta de functionare
Concentratiile de ozon in gazul vector obisnuite sunt
bull 10-40gm - in cazul utilizarii aerului
bull 10-140 gm3 - in cazul utilizarii oxigenului
Pentru a realiza concentratii optime si stabilitatea procesului se cere punct de roua -60degC -80degC
Energia specifics pentru productia de ozon
bull 13-18 kWhkg O3 - produs din aer
bull 8-10 kWhkg O3 - produs din oxigen
Actiunea O3 asupra apelor de consum se poate sintetiza
bull imbunatatirea calitatilor organoleptice (gust miros culoare)
bull activitate bactericide si virulicida
bull oxidarea materiilor organice
bull oxidare micro-poluanti
bull imbunatatirea biodegradabilitatii in amonte de CAG
3132 Adsorbtie pe carbune activ granular (CAG)
Carbunele activ se poate obtine din carbuni minieri sau din coaja de nuca de cocos Majoritatea carbunilor minieri pot fi convertiti in carbune activ insa proprietatile carbunelui activ depind esential de calitatea initiala a carbunilor in special in ceea ce priveste duritatea acestora in acest sens se utilizeaza adesea coaja nucilor de cocos pentru fabricarea carbunelui activ
Exista o multitudine de procese de fabricare a carbunelui activ insa eel mai dezvoltat este piroliza urmata de activarea cu gaze de oxidare Piroliza (carbonizarea) presupune incalzirea materialului la temperaturi intre 600 si 900 degC in absenta aerului Pentru obtinerea unei porozitati ridicate se pot utiliza adaosuri de cloruri metalice (de exemplu ZnCl) Piroliza poate reprezenta unicul pas de activare in cazul in care se doreste obtinerea unui material cu 0 porozitate ridicata
A doua etapa este cea de oxidare care se realizeaza de obicei cu abur sau uneori cu aer Temperaturile sunt uzuale in gama de 600 - 900 degC Pe parcursul acestei etape se realizeaza 0 erodare a suprafetei interne a carbunelui si dezvoltarea unei retele extensive de micropori care cresc capacitatea de adsorbtie
58
Printre proprietatile principale ale carbunelui activ se enumera continutul de cenusa umiditatea densitatea marimea particulelor duritatea volumul si distributia dupa marime a porilor suprafata interna
31321 Continutul in cenusa
Continutul in cenusa este reprezentat de reziduul obtinut prin calcinarea la temperatura de 954 degC timp de 3 ore in aer Uzual continutul de cenusa variaza intre 3 si 10 Pentru reducerea cantitatii de cenusa se poate utiliza spalarea cu acid
31322 Umiditatea
Umiditatea se determina prin uscarea in cuptor timp de 3 ore a unei cantitati de 5 sau 10 g de carbune activ la temperatura 150 degC Se determina greutatea inainte si dupa uscare si racire in exicator Umiditatea in vrac a carbunelui activ este recomandabil sa fie limitata la maxim 5
31323 Densitatea
Sunt mai multe tipuri de densitati printre care se mentioneaza densitatea in vrac densitatea aparenta densitatea particulei si densitatea reala Densitatea in vrac sau densitatea aparenta reprezinta greutatea carbunelui activ uscat raportata la volumul pe care acesta il ocupa Aceasta se determina prin umplerea unui cilindru cu volumul de 100 ml cu carbune prin cadere libera dintr-o masina vibratoare si cantarirea volumului respectiv Valorile uzuale sunt in gama 05 - 06 gml pentru carbune activ fabricat din carbune minier respectiv 024 - 030 mg1 pentru carbune activ fabricat din lemn
Densitatea particulei reprezinta densitatea unei particule singulare Volumul pe care se bazeaza include volumul porilor precum si volumul materialului Densitatea particulei se determina in mod uzual cu mercur la presiunea atmosferica (mercurul umple spatiile goale din particula de carbune activ dar nu umple porii) Valorile uzuale sunt in gama 074 - 080 gml
Densitatea reala sau densitatea scheletului este cea determinate numai pe materialul (carbunele) propriu-zis Pentru determinarea acesteia se utilizeaza uzual o metoda de inlocuire cu heliu (heliul intra practic in toti porii materialului) Valorile uzuale sunt in gama 21 - 22 gml
31324 Marimea particulelor
Aceasta se determina prin cernerea a 100 sau 200 g de carbune printr-un sistem de site mecanice timp de 10 minute dupa care se cantaresc retinerile pe fiecare sita in parte Carbunele activ pudra se incadreaza de obicei in domeniul 005 mm - 15 mm
31325 Friabilitatea
Capacitatea carbunelui activ de a rezista la abraziune este unul dintre parametrii cei mai importanti Procedura de determinare a friabilitatii carbunelui activ presupune determinarea granulozitatii acestora inainte si dupa testul propriu-zis care consta in concasarea succesiva a carbunelui intr-un recipient alaturi de bile de otel inoxidabil Valorile uzuale ale indicelui de friabilitate sunt 65 - 80 (practic 70 - 75) ceea ce atesta faptul ca materialul este foarte usor friabil si este necesar atentie la procedura de spalare
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATIIAPEI 59
31326 Volumul si distributia dupa marime a porilor
Volumul porilor reprezinta volumul total al porilor din particula de carbune activ granular raportat la greutate Valorile uzuale sunt de ordinul 08 - 12 mlg pentru carbune activ fabricat din carbuni minieri respectiv 22-25 mlg pentru carbune activ fabricat din lemn Volumul total al porilor poate fi determinat printr-un test de adsorbtie cu azot desfasurate astfel incat azotul condensat sa intre in totalitate in porii carbunelui
Carbunele activ confine o structura complexa de pori de forme si marimi diferite Porii au de obicei o geometrie neregulata si sunt interconectati Dimensiunile porilor sunt uzual intre 10 A si 100000 A (001 cm) Distributia dupa marime a porilor depinde de tipul de material utilizat si de metoda si de durata procesului de activare
31327 Suprafata internaSuprafata interna a materialelor poroase in general se determinS cu ecuatia BET stabilita de
Brunauer Emmett si Teller Ecuatia descrie formarea de strate multiple de gaz condensat care apar atunci cand un gaz adsorbabil (de exemplu azotul) este in contact cu materialul poros Intr-un astfel de test se utilizeaza azot la temperatura de fierbere si presiunea atmosferica (-196 degC sau 77 K)
Ecuatia BET (expresia 318) a fost derivata presupunand urmatoarelebull rata de condensare a moleculelor din primul strat este egala cu rata de evaporare a
moleculelor din zonele acoperite cu un singur strat de moleculebull caldura de adsorbtie peste primul strat este constants si egala cu caldura de lichefiere
qqm=b(PPS)(1-PPs)(1-PPS+bPPS) ( 3 1 8 )
In care Ps - presiunea de vaporizare la saturatie la temperatura utilizata in test uzual 1 atm
q - cantitatea de substanta adsorbita la presiunea P
qm - cantitatea de substanta adsorbita numai cand se constata acoperirea totala a suprafetei cu un strat monomolecular
b - constanta determinata experimental
In figura 336 se prezinta o relatie tipica intre marimea porilor si suprafata totala Suprafata cumulativa este data de insumarea suprafetelor tuturor porilor cu un diametru dat sau mai mare Se remarca faptul ca marea majoritate a suprafetei este atribuita porilor de mici dimensiuni
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI60
3133 Teste uzuale de adsorbtie
In practica se utilizeaza o serie intreaga de teste pentru a determina capacitatea de adsorbtie pentru diferite tipuri de carbune activ Printre acestea se mentioneaza
- Indicele Iod reprezinta cantitatea de iod in miligrame pe gram adsorbit de un carbune activ la echilibru cu o solutie I2-KI cu concentratia 002 N indicele iod indica suprafata totala a porilor cu diametru de 10 A sau mai mare valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 800 - 1000 mgg
Indicele Melasa reprezinta un indicator al puterii de decolorare a carbunelui activ granular in contact cu 0 solutie de melasa la fierbere indicele melasa este in stricta legatura cu suprafata totala a porilor cu diametrul mai mare de 28 A valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 200 - 300
- Indicele Albastru de Metilen reprezinta cantitatea de albastru de metilen adsorbita de 1 g de carbune activ la echilibru in contact cu o solutie cu concentratia 1 mg1 de albastru de metilen Albastrul de metilen are greutatea moleculara 320 si indica suprafata totala a porilor cu diametrul de 15 A
- Activitatea tetraclorurii de carbon tetraclorura de carbon CC14 este un compus molecular mic si poate intra in toti porii In acest test un curent de aer este saturat cu CCI4 la 0 degC si este trecut printr-un strat de carbune activ mentinut la 25 degC pana cand nu se mai detecteaza nici o schimbare in greutate Activitatea este greutatea CCI4 adsorbita pe unitatea de greutate de carbune activ exprimata procentual Valorile uzuale ale acestui indicator sunt in gama 60 -80
- Indicele butan este similar activitatii tetraclorurii de carbon valoarea acestuia este exprimata grame de butan adsorbite pe 100 ml carbune activ valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 7 - 8 g 100 ml carbune activ
- Indicele FINAD stabilit de cercetatorul C Gomella si reprezinta un produs al mai multor indici F - fenol I - iod N - indol A - antipirina D - detergent
316 Deferizarea si demanganizarea apei
Fierul (Fe) si manganul (Mn) sunt elemente care se gasesc frecvent in mediul subteran si in apa apar in concentratii pana la 10 mg1 (Fe) si 2 mg1 (Mn) Prezenta fierului si manganului in apele potabile pot genera urmatoarele probleme
bull produce gust metalic dezagreabil
bull coloreaza tesaturile si echipamentele sanitare
bull formeaza precipitate in conducte care favorizeaza dezvoltarea bacteriilor feruginoase (Chrenothrix) acestea modifica regimul hidraulic calitatea apei distribute si favorizeaza fenomenele de coroziune
3161 Echilibrul fierului si manganului in apa
Fierul si manganul sunt prezente dizolvate in solutiile apoase sub forma Fe2+si Mn2+ Concentratia in oxigen a apelor subterane care contin Fe si Mn este nula Din namolurile situate in
2+ ~
zona anaeroba din hipolimnion se elibereaza ioni de Fe2+ si Mnz+ in apele lacurilor In numeroase ape naturale se remarca prezenta Fe3+ asociata cu substantele humice Stabilitatea fierului si manganului in apa depinde de numeroase variabile
bull pH-ul apei
bull concentratia diferitelor elemente chimice
bull potentialul de oxido-reducere (Eh) al solutiei
In figura 341 se prezinta diagrama de stabilitate a formelor fierului in solutie in aceasta diagrama o curba (linie) reprezinta locul geometric pentru care concentratia celor doua substante este aceeasi De exemplu linia 1 reprezinta solutia pentru care O2 si H2O au aceeasi valoare Aria cuprinsa intre curbele 1 si 2 reprezinta aria de stabilitate a compusilor de Fe Chimia manganului este asemanatoare cu cea a Fe Astfel la pH si Eh reduse Fe si Mn sunt stabile in forme bivalente
Dupa nivelarea fundului sapampturii (executatS cu panta de minim lo data in proiect) se monteazS tuburile de drenaj de obicei din beton dar pot fi si de argila arsa zidarie de piatrS azbociment bazalt etc
Daca se considers necesar se executa in prealabil un strat de beton de egalizare (de cca 10 - 20 cm) Tuburile se aseaza cap la cap (preferabila folosirea tuburilor cu talpS) fScand sau nu etansarea capetelor La circa 50 m distanta se lasa loc pentru executarea caminelor de vizitare care au radierul cu circa 50 cm mai coborat decat cota radierului tubului pentru a asigura un mic volum de depozitare a nisipului (antrenat eventual de apa) Diametrele tuburilor cresc spre putul colector schimbarea de diametre se face obligatoriu in dreptul unui cSmin intre 2 cSmine traseul drenului trebuie sa fie rectiliniu dar pe ansamblu drenul poate fi format dintr-o serie de aliniamente care se intersecteaza sub diferite unghiuri (mai mari de 90deg) Tubul de drenaj are orificii in jumStatea superioara orificiile sunt conice cu dimensiunea mai mica la exterior pentru a permite materialului granular care a intrat in orificii sa cada in dren Jumatatea de jos a drenului serveste pentru transporrul apei
In jurul tubului-dren se prevede un filtru invers din straturi de minim 10 cm grosime Straturile au marimea granulelor stabilitS ca la un filtru invers Un filtru invers este o succesiune de straturi din material granular asezate astfel incat granulele unui strat sa nu treaca prin golurile stratului urmator in sensul in care circulS apa Pentru a avea indeplinitS aceasta conditie este suficient ca raportul intre diametrele medii a doua straturi adiacente sa fie maxim 4 -5
Peste straturile filtrului invers se face umplutura din material local bine compactat daca este cazul extragand si palplansele o data cu avansarea umpluturii acestea se pot scoate si ulterior folosind insa un utilaj mai puternic si avand grijS sa nu se deterioreze stratul interior de material
La circa 50 cm deasupra nivelului stratului de apa se executa cu una sau doua pante o saltea de argila de circa 30 cm grosime Rolul sau este de a devia apele din precipitatii ce tind sa se infiltreze spre dren direct prin zona de umplutura care este mai prealabila Se continua umplutura peste saltea se compacteazS si se lasa cu bombament pentru ca la o eventualS tasare in timp sa nu ramana un sant superficial in care sa bSlteascS apa Se amenajeaza caminele cu umplutura de 50 cm peste nivelul apei de inundatie la asigurarea de 1 se executa putul colector si se echipeazS cu o stavilS de perete si un deversor triunghiular la debusarea drenului in cazul drenurilor lungi putul colector se aseaza la jumatatea frontului obtinand un dren cu doua ramuri care pot fi sau nu simetrice dupa particularitStile drenului Putul colector poate servi numai ca bazin de aspiratie pentru pompe (inaltimea stratului de apa de circa 10 - 120 peste sorb) cat si ca statie de pompare in care caz partea de deasupra se amenajeaza corespunzator
Daca apa captata contine substante care precipita usor in contact cu aerul (saruri de fier mangan) si se depun pe peretii drenului riscand sa-1 colmateze in timp atunci drenul se executa vizitabil Pentru a permite circulatia personalului de intretinere se executa si o mica pasarela in lungul drenului La drenuri ce capteazS apa potabila vor fi luate masuri de protectie sanitara
226 Tratarea apei din surse subterane
Calitatea apei subterane este influentatS de urmStorii parametri
bull nature mineralogies si geologicS a subsolului terenului in care se formeaza (sau curge)
bull calitatea apelor infiltrate de la suprafata terenului (numai pentru strate freatice)
In functie de influenta pe care apele meteorice o au asupra calitatii apei subterane straturile acvifere se clasifica in
bull strate freatice cantonate la adancimi mici sub suprafata terenului calitatea apei este influentatS direct de infiltratiile de la suprafata terenului sau exfiltratii din sisteme pozate subteran (retele canalizare fose conducte de petrol si gaze)
bull strate captive situate la adancimi de la 50 m la 150 - 200 m in subsolul terenului calitatea apei este putin (deloc) influentatS de apele infiltrate de la suprafatS
Acumularea si circulatia apei intr-un strat determina preluarea caracteristicilor rocilor stratului Se stabileste un echilibra intre caracteristicile apei si compozitia terenului in care este stocatS (sau curge) Rocile compacte cu fisuri sau caverne dau apei continut de gaz carbonic carbonati CO2 Principalele caracteristici ale apelor subterane se pot sintetiza
bull temperature - relativ constants ~ 10 -12degC
bull turbiditatea (MTS) - redusanula
bull culoare - data de materiile in solutie (acizi humici)
bull mineralizare - constants superioara apelor de suprafata
bull Fe Mn (bivalenti) - in general prezenti
bull CO2 agresiv - adesea prezent
bull O2 dizolvat - redusabsent
bull H2S - prezent in special in apele de adancime de carst
bull NH4 - prezent frecvent fara indice poluare
bull NO3 - continut ridicat pentru stratele freatice
bull Micropoluanti - in general absenti poluarile accidentale
bull Elemente vii - frecvent ferobacterii
bull Caracter eutrof-nul
Din punct de vedere al incarcarii s-a propus clasificarea surselor subterane in doua categorii
bull Surse cu incarcare redusa s-a luat in considerate existenta Fe2+ si Mn2+ in apa subterana in cantitati reduse dar care depasesc limitele impuse de Legea 4582002
bull Surse subterane incarcate in acceptiunea incdrcat se intelege depasirea continutului de Fe (pana la 50 ori) Mn (pana la 20 ori) azotati azotiti si H2S
In tabelul 21 se indica principalele caracteristici
Tabelul 21 Caracteristici principale surse subterane Denumire parametru Caracteristici apa
brutaFrecventa de depasire a prevederilor Legii 4582002 ()
Caracteristici necesare apa tratata
Tncarcare redusa
sursa incarcata
Tncarcare redusa
sursa incarcat
a
Directiva 9883EC
Legea 4582002
Fier total (mgl) 02-20 30-100 20 50 02 02Mangan (mgl) 005-05 08-10 20 50 005 005Azotati (mgl) lt50 80-120 - 80 50 50Azotiti (mgl) lt05 20 - 50 - 80 05 05Amoniu (mgl) lt05 10-20 - 50 05 05Hidrogen sulfurat (mgl) lt01 13-20 - 50 - 01
in situatia in care se utilizeaza 0 sursa subterana cu incarcare redusa potabilizarea apei se poate realiza printr-o schema indicata de figura urmatoare
Figura 28 Schema de tratare a apei din sursa subterana cu Tncarcare redusa Notatii Aerare - Bazin de contact pentru oxidare fier si mangan FRN - filtrare rapida pe strat de nisip pentru
retinere fier si mangan oxidat DZF - Dezinfectie cu clor
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
Schemele de potabilizare pentru surse incarcate sunt complexe asa cum rezulta din figura 29 Sunt necesare
bull procese de oxidare in sistemul multi - bariera (pre-oxidare si post-oxidare)
bull procese performante de oxidare sedimentare in stadiul I si II
bull procese de afinare
In astfel de situatii solutiile se stabilesc prin analiza mai multor variante de surse functie de consumatorii afectati o sursa mai departata (zeci de km) poate deveni avantajoasa vis-a-vis de costurile implicate in tratare
1
Figura 29 Schema de tratare apa din sursa subterana foarte
Incarcata INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
1
24 Captari din rauri
241 Captari Tn albie
2411 Captarea cu sorb
Se recomanda pentru captari provizorii mobile sau sezoniere Consta intr-un sorb amplasat convenabil in apa si stabilizat pentru protectie contra plutitorilor mari In figura 210 este schitata o captare fixa cu sorb
Sorbul este o confectie metalicS specials inchisa la un capat legata cu flanse la conducta de aspiratie cu celalalt capat si prevampzutS cu orificii pe suprafata laterals (cu dimensiuni suficient de mici pentru a nu intra plutitorii sau suspensiile mari) Pentru a avea viteze mici de intrare diametral sorbului este de 15 ori mai mare decat diametral conductei de aspiratie Pentru a nu aspira plutitori care sa-1 infunde sau a nu fi blocat in gheatS (hg = 03 - 04 m) si pentru ca gheata care se sparge in bucati la o viiturS de primavarS sa nu blocheze sorbul si sa-1 distrugS acesta trebuie sa fie asezat la minimum 05 m sub nivelul minim al raului la asigurarea normatS Pentru a capta aluviuni cat mai putine si de dimensiuni mai mici sorbul trebuie asezat la minimum 05 m peste fundul albiei Rezulta cS sorbul se poate prevedea in conditii normale in ape a caror adancime depSaeste 120 m (considerand ca sorbul are un diametra de minim 200 mm la un debit relativ mic)
Tot in scopul reducerii cantitatii de aluviuni antrenate sorbul se aseaza cu ajutorul unui cot in sensul de curgere al apei astfel incat apa sa intre in sorb prin intoarcere Sorbul se stabilizeaza in albie cu ajutorul unor piloti din lemn cu diametral de 0 10-12 cm batuti sub adancimea de afuiere in albie
In cazul captarilor mobile (folosite in special la irigatii) conducta de aspiratie se poate lasa aproape vertical in apa neingropata in mai cu asigurarea ca efectul dinamic al apei este atat de mic incat eforturile rezultate pot fi preluate de imbinari si conducte Sprijinirea se face prin amenajarea malului in trepte (trebuie avut grija sa nu fie depasita inaltimea de aspiratie a pompei amplasate pe mai)
2412 Captarea cu crib
Este o captare la care sorbul este protejat cu o constractie fixa stabila numita crib Cribul poate fi executat din elemente detasabile (grinzi din lemn elemente din beton armat de tip grinda) sau turnat pe loc (cu sorbul separat sau sorbul incorporat in constractie) In figura 211 se prezinta o captare cu crib
Grataral cribului se dimensioneaza la o viteza medie de trecere de 01 - 03 ms grataral se executa din bare rezistente la socul cu plutitorii iar amplasarea lor se face pe partea laterala sau aval a cribului (soc din cauza plutitorilor redus acces redus al aluviunilor din cauza intoarcerii curentului de apa aluviunile tree avand inertie mai mare)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 18
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
Apa captata prin crib poate fi aspirata de o pompa sau poate fi sifonata intr-un put colector cu rol de deznisipator si camera de aspiratie pentru pompe Vacuumul maxim pe conducta nu trebuie sa depaseasca 4-6 metri
Pentru sporirea sigurantei constructiei pot fi realizate mai multe criburi asezate in sah la 10-20 m in albie legate separat la pu|ul colector in cazul unor utilizatori importanti pot fi prevazute si criburi de rezerva Este esential ca toate criburile sa fie in stare de functionare altfel din cauza nisipului conductele de legatura si captarea se blocheaza Periodic conducta si cribul pot fi spalate prin aspirarea apei prin (n-1) criburi si refularea acesteia (sau a unei parti) prin cribul n care se spala Pentru aceasta instalatia hidraulica in putul colector trebuie gandita adecvat
Daca malul este inundabil si putul colector nu se poate departa pentru a iesi din zona inundabila vor fi luate masuri de indiguire a zonei sau de ridicare a putului la o cota cu minimum 050 m peste nivelul inundabil si aparare contra efectului dinamic al apei (accesul la put se va asigura pentru orice conditii)
A
In cazul in care nu se poate asigura adancimea pentru navigatie cu acordul beneficiarului zonei de navigatie se poate amplasa cribul mai sus luandu-se masuri corespunzatoare pentru marcarea pozitiei criburilor prin balize
242 Captari Tn mai
Captarea in mai se adopta in cazul unor debite importante cu o mare siguranta in functionare si cand situatia locala nu permite executarea de criburi
Captarea de mai are mai multe variante de constructii in functie de debitul captat si de destinatia apei captate Astfel pentru centre populate sau industrii unde debitul este totusi redus iar apa urmeaza sa suporte o tratare pentru corectarea calitatii pot fi prevazute captari cu cheson de mai Pentru debite mari de apa (mari unitati industriale centre populate mari irigatii CET-uri etc) se prevad captari in mai de tip bazin deschis
1
Figura 211 Captare cu cribLegenda 1 Put colector (cheson) 2 Crib din elemente prefabricate 3
Gratar 4 Saltea de fascine 5 Conducta de sifonare 6 Sistem de amorsare 7 Vacuum 8 Sorb 9 Conducta catre statia de pompare 10 Radier din beton armat
11 Cutitul chesonului 12 Strat depuneri
Captarea cu cheson este o constractie monolita care de obicei cuprinde si statia de pompare - echipata eel mai bine cu pompe cu ax vertical Schematic constructia unei captari de mai este prezentata in figura 212
B - B
c
Figura 212 Captare de mai cu cheson a-sectiune verticala 6-8 fo-detaliu sita c-sectiune orizontala
A - A
Legenda1 - camera de admisie si deznisipare a apei 2 - camera sitelor rotative 3 - camera cu rol de bazin de aspiratiepentru pompe 4 - camera uscata pentru pompe
INSPECTIA SANITARA SIMONITORIZAREA CALITATII APEI
Constructia este formata dintr-un cheson de dimensiuni mari asezat in malul raului astfel incat in fata ferestrelor de priza sa fie asigurat in permanent un nivel suficient de apa
Din cauza dimensiunilor si adancimii mari de fundare de obicei lansarea chesonului se face cu aer comprimat in partea de jos asigurandu-se o camera de lucru betonata ulterior Constructia este compartimentata vertical pe linii tehnologice dintre care una este intotdeauna de rezerva In interior se deosebesc patru camere (compartimente) cu urmatoarele roluri
1 Camera de admisie si deznisipare a apei (cu posibilitati de evacuare a nisipului depus)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
2
20
2 Camera sitelor rotative sitele rotative sunt formate din panouri de sita cu ochiuri relativ mici (1-3 mm) articulate si trecute peste doua tambururi - unui sus (motor) si altul jos (pasiv) apa trece prin panourile de sita sunt retinute pe sita impuritatile mari plutitorii in general si apoi panoul descarcat se ridica permanent ajungand deasupra nivelului apei in fata unui jet de spalare
3 Camera cu rol de bazin de aspiratie pentru pompele din camera 4
4 Camera uscata care adaposteste pompele treapta I (care trimit apa de la sursa la statia de tratare) In cazul in care nu se dispune de pompe cu ax vertical (care au motoarele montate pe platforma superioara) pot fi prevazute fi prevazute si pompe cu ax orizontal cu luarea unor masuri importante de pastrare uscata a camerelor
Cand sunt disponibile pompe cu ax vertical camerele 3 si 4 pot fi unificate In partea superioara a constructiei se prevad camera de comanda camera de manevra a vanelor si pompelor de epuisment camera motoarelor pompelor verticale si sala transformatoarelor (daca este cazul) Nivelul planseului se executa de obicei cu circa 07 m peste nivelul maxim al apelor raului cu asigurarea 1 In fata prizei se executa o pasarela de acces a personalului pentru curatarea gratarelor de la priza si indepartarea plutitorilor si ghetii Gratarele sunt rare cu distante intre bare de 3 - 10 cm
Admisia apei in priza se face prin doua serii de ferestre - o fereastra sub nivelul minim si o fereastra sub nivelul maxim Viteza de trecere a apei este de 02 - 03 ms iar nivelul de apa peste marginea de sus a ferestrei de minimum 050 m
La nivelurile mari in rau se lucreaza cu fereastra de sus pentru a evita antrenarea in priza a aluviunilor mari care sunt tarate de apa la partea de jos a albiei Pentru inchidere fiecare fereastra are in spate o stavila plana manevrabila de la suprafata In fata ferestrelor gratarele sunt rare din bare rotunde (teava) sau profile si se pot curata cu greble mecanice (la prizele mari) sau manual Gratarele trebuie sa fie executate cu atentie si iarna se pot inlocui cu gratare din lemn sau se pot lua masuri speciale pentru a se evita prinderea zaiului de barele metalice (bune conducatoare de caldura)
Zaiul este gheata in cristale fine care pluteste in masa de apa Pentru a evita blocarea cu gheata au fost imaginate mai multe sisteme toate fiind insa perfectabile Astfel la centralele termice sau industriale unde exista abur rezidual sau apa calda se transforms gratarul in radiator prin interiorul tevilor circuland agentul de incalzire sau se toarna apa calda inaintea gratarului astfel incat apa care trece prin gratar sa aiba 01 - 05degC In alte cazuri s-a transformat gratarul in rezistenta electrica legandu-1 la o sursa de tensiune convenabila (putere instalata de cca 10 kWhm2) consumul de energie este relativ mare iar pericolul de accidentare este ridicat S-a recurs si la imbracarea barelor gratarului in cauciuc ebonita sau mase plastice in scopul impiedicarii zaiului sa se prinda de bare In foarte multe cazuri insa se sparge gheata la priza cu unelte manuale atunci cand se constats ca nu mai intra apa suficienta operatiune foarte grea si riscanta In cazul in care apa raului contine in anumite perioade o cantitate mare de suspensii se poate aseza priza nu pe malul raului ci intr-un bazin executat pe malul raului iar apa raului parcurgandu-1 se produce deznisiparea
Foarte importante sunt forma sub care se amenajeaza intrarea apei din rau in bazin (existand riscul aparitiei depunerilor) si modul in care se reuseste sa se faca evacuarea depunerilor din bazin In literature de specialitate se citeaza si alte posibilitati de folosire a acestor bazine Uneori aceste bazine au fost executate sub forma de canale lungi cu priza la caparul eel mai departat Curatirea canalului se poate face prin dragare
Sunt situatii insa in care din motive locale debit mare si curgere gravitationala captarea poate fi mai simpla Captarea poate avea un singur compartiment pentru debite mici sau poate fi organizata pe linii pentru usurinta exploatarii Intrarea apei se face pe sub un timpan care evita socul plutitorilor cu gratarul si dirijarea acestora in aval Pentru punerea la uscat fiecare compartiment se prevede cu batardou demontabil Priza poate avea doua gratare in serie un gratar rar si un gratar des
O mare importanta o are directia de asezare a gratarului fata de directia circuitului de apa asezarea corecta este data de conditiile locale si uneori sunt necesare studii detaliate pe model in laborator Gratarul se poate aseza paralel cu curentul de apa putin oblic astfel incat apa sa atace gratarul sub unghiul eel mai favorabil sau frontal
243 Captari cu regularizarea albiei
Sunt situatii in care pe rau exista debitul de apa necesar pentru captare dar albia este atat de dezvoltata incat inaltimea apei nu permite derivarea debitului necesar In aceasta situatie este nevoie de inaltarea (cresterea) nivelului apei Una din solutii este de a ingusta albia prin lucrari artificiale de regularizare Intrucat asemenea lucrari de regularizare pot fi necesare si in alte cazuri (stabilirea albiei minore de exemplu) vor fi date cateva elemente generale urmand ca in caz de necesitate sa se apeleze la lucrari de specialitate Lucrdrile de regularizare se prevad si se executa cu respectarea urmatoarelor reguli generale
bull la ape mici curgerea sa fie cea dorita (stabila catre priza) iar la ape mari sa nu se produca inundatii in zonele vecine (sa nu se reduca din capacitatea de transport a albiei)
bull lucrarile sa se execute in etape pentru a se putea cunoaste reactiile la noile conditii si pentru a se putea cunoaste reactiile la noile conditii si pentru a se putea face corectari in etapele urmatoare
bull tipurile de lucrari sa se incadreze in peisaj
bull lucrarile sa nu stanjeasca circulatia apei pentru alte folosinte sau sa produca baltirea apei cu efecte de insalubritate
bull sa se prevada lucrari cu materialele din zona
bull sa fie folosita tendinta naturala de curgere a apei puterea si capacitatea colmatata a curentului
In figura 38 sunt schitate tipurile de lucrari mai des utilizate lucrari in albie (diguri de dirijare traverse de colmatare epiuri) si lucrari de aparare si consolidare a malurilor Elementele constructive tip sunt in general executate printr-o combinatie rationala de
bull combinatie de lemn cu piatra (casoaie suluri si saltele de fascine)
bull combinatie de piatra cu metal (gabioane)
bull anrocamente (piatra mare sparta)
bull beton beton armat sub forma de constructii masive sau elemente prefabricate
bull constructii vii formate din inierbare vegetatie mica (se ia in considerare capacitatea de transport a
albiei la ape mari)Apardrile de mai sunt lucrari de consolidare a malului raului impotriva efectului de eroziune al apei
la viteze mari Acestea pot fi lucrari foarte simple cum sunt taluzele inierbate cu unele elemente simple de fixare sau lucrari mai complicate ca taluz pavat cu elemente de beton zidarie de piatra rostuita sau nu
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
Figura 213 Lucrari de regularizare a albiei Tn zona prizeiLegends a - plan cu tipurile de lucrari b - tipuri de aparari de mai 1 - cu
casoaie 2 - cu dale din beton armat 3 - cu elemente mixte (zidarie de piatra secti Tnierbare) c - diguri epiuri executate din 1 - gabioane 2 - anrocamente
22
zidarie de sprijin din zidarie beton sau beton armat La constructive de mai trebuie tinut seama ca in afara de efectul de erodare si de afuiere a patului de sprijin actioneaza si impingerea malului
Digurile longitudinale sunt lucrari executate in albie care au rol de a dirija pe o portiune un spatiu relativ fix apa raului Se realizeaza din anrocamente cu marime suficienta pentru a nu fi antrenate de apa prefabricate de beton gabioane (piatra de rau balast inchis in casete de sarma zincata pentru a obtine o stabilitate generala mare - elemente simple ieftine si stabile atata timp cat sarma de la cos nu cedeaza sub efectul eroziunii si coroziunii) casoaie din lemn blocuri de beton legate elastic etc Capetele acestor diguri trebuie sa fie bine aparate eventual legate cu cate un epiu astfel incat curentul de apa sa nu patrunda in spatele digului Daca digurile sunt deversate vor fi luate masuri constructive contra afuieri sau spalarii patului cu efect imediat asupra stabilitatii constructiei
Epiurile sunt ca si digurile constructii permeabile rezistente la actiunea apei submersibile sau nu care dirijeaza apa raului pe un anumit spatiu si favorizeaza colmatarea treptatS a spatiului dintre ele Ca pozitie pot fi dirijate spre aval normal pe albie sau orientate spre amonte Se executa din aceleasi materiale ca si digurile Daca albia are un pat usor afuiabil inainte de executia digului propriu-zis se amenajeaza un pat elastic din saltele de fascine sau numai rulouri de fascine O atentie deosebitS se da capului epiului (partea terminals dinspre apa) care este elementul eel mai solicitat Totdeauna coada epiului trebuie bine incastrata in mai pentru a nu permite apei sa-1 ocoleasca
Traversele de colmatare sunt diguri scurte executate din umplutura de material local protejata cu anrocamente mari pe albia minora ce trebuie pSrSaitS sau pe bratele auxiliare care trebuie sa fie colmatate L ape mari spatiul dintre traverse se umple cu aluviuni si in timp traseul vechi al albiei minore dispare
Toate constructiile enumerate anterior si altele asemSnStoare imaginate de specialisti trebuie sa fie verificate si la efecte (in perioada de primavara nu trebuie sa se permita formarea de zSpoare -blocuri de gheata spartS aglomerata care favorizeaza inundatiile) Pe zonele de rau regularizate tipurile de constructii pentru captarea apei sunt similare cu cele pentru albia neregularizatS dar cu adancime suficientS a apei De altfel totdeauna cand se executa constructii legate de apa vor fi luate si masuri de stabilizare a albiei in zona afectata
244 Captari cu baraj de derivatie
In cazul in care pe rau nu se poate asigura nivelul minim necesar pentru captarea apei iar regularizarea albie nu este posibila sau rationala se recurge la executarea unei constructii pentru ridicarea artificials a acestuia dacS debitul captat este important iar fenomenele de iarnS nu pun probleme deosebite
Pentru a nu crea prejudicii pentru alti beneficiari constructia numita stdvilar sau baraj de derivatie trebuie sa asigure concomitent urmStoarele conditii
bull sa fie stabilS la actiunea dinamicS a apei
bull sa permita evacuarea debitelor mari fSrS a provoca inundatii sau deteriorarea altor constructii
bull sa permits evacuarea gheturilor de primSvarS
bull sa asigure navigatia plutaritul circulatia pestilor sau alte folosinte etc Forma
captSrii depinde de
bull marimea debitului captat raportul debit captat debit rau
bull variatia debitului raului si aluviunilor transportate
bull posibilitStile de executie
bull amplasamentul efectiv al prizei (natura albiei adancimea stratului impermeabil inSltimea malurilor etc)
In continuare sunt date cateva exemple de constructii caracteristice pentru asemenea prize
Captarea pentru debit mare realizabilS pe un rau mare pentru localitSti industrii irigatii energie etc Are alcStuirea generals din figura 214
Intre douS culei (o culee este o constractie de legSturS intre constructia dintre albie si mai) se executS elementul de barare a albiei adicS de ridicare a nivelului apei la cota minimS necesarS Aceasta poate fi un prag - baraj deversor dacS lungimea disponibilS si cota malului permit
evacuarea debitelor mari de rau sau baraj cu stavile mobile (stavilar) care se pot ridica sau culca (intr-un locas special prevazut) in radier lasand libera sectiunea pentru evacuarea apelor mari Sunt si cazuri in care din cauza deschiderii mari a albiei s-a adoptat o solutie mixta partial cu stavile partial cu baraj deversor sau uneori si cu baraj nedeversant
Pe malul opus captarii se executa daca este cazul ecluza pentru navigatie sau plutarit cu dimensiunile cerate de beneficiar si aproape totdeauna o scara de pesti pentru a asigura circulatia libera a pestilor intre cele doua biefuri (un bief este zona de rau aflata amonte sau aval de constructia considerate) Pe acelasi mai cu priza se gasesc doua deschideri de spalare prevazute cu vane plane care stau totdeauna partial deschise astfel incat debitul de apa care nu se capteaza sa nu deverseze peste baraj ci sa treaca pe sub aceste stavile
Se reaminteste ca in nici un caz nu este permisa captarea integrals a debitului raului in sectiunea respectiva o parte a debitului raului trebuie sa treaca in aval pentru mentinerea intr-o stare salubra a zonei (altfel devine depozit de gunoaie pe timp de ape scazute) asigurarea apei pentru vietuitoare si vegetatie Debitul ramas in albie este numit debit de servitute (Qs) Spalarea este necesara intracat prin ridicarea locala a nivelului apei s-a realizat in amonte o reducere locala a pantei energetice a curentului de apa Aceasta reducere conduce la micsorarea capacitatii de transport deci micul lac ce se creeaza in spatele barajului se umple repede cu aluviuni Umplerea se face si in dreptul gratarului fiind periclitata adancimea de intrare minima altfel spus se realizeaza ridicarea locala a fundului albiei Lasand libera circulatia apei langa gratar se produce continuu o spalare a depunerilor din cauza vitezei mari realizate sub stavilele de spalare
in unele cazuri prima pila a barajului a fost prelungita cu un pinten formand un fel de canal in fata prizei Apa circuland cu o viteza comparabila cu cea existenta in rau inainte de barare evita producerea de depuneri in fata prizei
Atat in dreptul stavilelor de spalare cat si al barajului deversor in aval se executa un disipator de energie al carui rol este de a reduce viteza apei la o limita care sa nu produca eroziuni spalari in aval de constractie spalari care ar putea periclita stabilitatea acesteia
Priza este o deschidere in culee protejata cu un gratar contra plutitorilor Pentru a evita antrenarea aluviunilor mari in priza aceasta se prevede cu un rag (grataral se aseaza deasupra fundului albiei la 05 - 10 m) Pentru a nu favoriza blocarea gratarului cu plutitori viteza de trecere este redusa 01 - 05 ms din care cauza priza are o forma de palnie Intrarea poate fi inchisa cu stavile Daca deschiderea totala este mare ea se poate reduce cu ajutorul unor pile intermediare Lungimea unei stavile nu va depasi 250 m altfel dispozitivele de ridicare a stavilelor devin greoaie In pile inaintea nisei stavilei se lasa profile U inglobate in beton cu deschiderea spre apa pentru a se putea lansa batardoul (umplutura din elemente grinzi de lemn sau metal) in scopul punerii la uscat a incintei pentru eventuale reparatii Deoarece dupa gratar viteza apei scade mult se produc depuneri care pot afecta circulatia pe canalul de legatura Spalarea lor se poate face cu o golire secundara - de spalare (vezi figura 214) Daca se inchide plecarea spre beneficiar (stavila V2) si se deschide stavila V3 se poate asigura o circulatie fortata cu 0 viteza cu 0 viteza mare (diferenta de nivel amonte-aval este mare) Daca debitul pe rau este suficient iar gratarele au o suprafata mai mare decat cea strict necesara se poate merge cu vana V3 partial deschisa - spalarea facandu-se continuu Pentru evitarea antrenarii plutitorilor mari si a ghetii in sloiuri la gratar se amenajeaza un perete de lemn scufundat partial (05 m) sau o linie de busteni legati articulat (care plutesc) Fenomenele de iarna sunt cele mai dificile la aceste prize
Captarea tiroleza este 0 captare cu gratar pe creasta (figura 215a) care se adopta in cazul in care debitul raului la ape mici este redus si nu poate asigura spalarea zonei din fata prizei iar debitul captat fiind mic captarea in mai se face greu (la aceasta constractie de captare se executa si o priza de iarna in cazul in care grataral ingheata) Captarea se aplica in zone de munte la rauri cu caracter torential pentru debite nu prea mari (sub lm3s) In unele situatii masivul de beton nu se vede din albie fiind alcatuit dintr-un prag de fund - cu gratar la nivelul fundului apei (grataral este inclinat aval pentru a evita blocarea cu aluviuni mari)
Captarea sub albie se adopta in situatia unor localitati de munte pentru care singura sansa de apa o constituie raul sau paraul care izvoraste de la cote inalte al carui debit scade foarte mult in perioadele de iarna si vara si in cazul care fenomenele de inghet dureaza timp indelungat In aceasta situatie 0 captare in albia raului va fi serios stanjenita iar exploatarea va pune probleme deosebite Pentru evitarea unora din aceste probleme au fost imaginate si executate captari sub fundul albiei intr-o zona in care albia este bine dezvoltata si are un pat de 2-3 m de aluviuni Constructia transversals dreneaza apa la unui din capetele sale unde pe malul raului dintr-un put este prelevata si transportata Aceasta captare se deosebeste insa de captarea subterana a apei infiltrate prin mai sau sub fundul albiei (cu drenuri radicale) deoarece apa captata are tot caracteristicile unei ape de suprafata dramul parcurs prin patul aluvionar fiind foarte scurt o asemenea apa are o turbiditate mai mica decat apa captata direct din rau
Schema unei captari sub albie numita uneori si caucaziana este data in figura 215b iar schema unei captari proiectata pentru extinderea provizorie a alimentarii cu apa a unei localitati din tara - la un debit de 10 dm3s in figura 215C
Din figura se observa ca in patul aluvionar al raului se executa o constractie permeabila care dreneaza apa ce se scurge prin subteran sau care se infiltreaza direct asupra constractiei In fata acestei constructii si deasupra ei se executa un blocaj din anrocamente care sa permita accesul mai bun al apei si totodata sa stabilizeze constructia contra efectului dinamic la ape mari (captarea lucreaza ca un prag de fund stabilizator)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 25
Captarea este relativ simpla usor de executat si cu rezultate bune in exploatare Trebuie insa data o atentie deosebita posibilei colmatari a zonei de acces la elementul drenant din cauza apei ce confine fibre de dimensiuni mici (celuloza si hartie) material ce se colmateaza etc
26 Captari din lacuri
Tara noastra nu dispune de lacuri naturale de volume importante care sa poata folosi drept sursa de apa Din aceasta cauza captarile vor fi analizate din punct de vedere al prelevarii apei din lacurile artificiale
In etapa actuala in tara noastra executarea de captari cu debite importante din majoritatea raurilor interioare nu se pot face fara o regularizare a debitului deoarece desi regimul precipitatiilor este relativ uniform (200-2000 mman) distributia in timp este foarte neuniforma Aceasta face ca in perioadele de primavara si toamna debitele sa fie foarte mari iar in perioada de vara si mai ales iarna debitele sa scada la valori extrem de mici cu totul insuficiente pentru alimentarea folosintelor Regularizarea debitelor se face prin lacuri de acumulare special create (bazine uriase cu volume de zeci de milioane-miliarde de metri cubi) care acumuleaza apa din rau in perioadele de viitura si permit folosirea acesteia la debitele dorite
Este insa evident ca un asemenea lac nu se poate crea decat printr-o constructie specials de blocare a albiei numita baraj constructie care prin amploare si efort de investitie pune probleme deosebite Din aceasta cauza executarea unor asemenea lucrari se face prin cooperare cu alti beneficiari lacul urmand sa aiba o folosinta complexa dupa cum urmeaza
bull va reduce viiturile si va permite protej area localitatilor si scoaterea unor suprafete de sub efectul inundatilor redandu-le circuitului agricol
bull volumul de apa acumulat confine o cantitate mare de energie hidraulica energie care poate fi transformata in cadrul centralelor hidroelectrice in energie electrica si data in circuitul energetic al tarii
bull o parte din volumul de apa acumulat poate fi preluat pentru irigarea unor importante suprafete de teren
bull parte din lac poate fi amenajat ca zona de agrement dezvoltand zona din punct de vedere turistic
bull se poate imbunatati regimul de curgere in aval cu efect si asupra calitatii apei
Din punct de vedere al alimentarii cu apa lacul are eel putin in prima perioada un efect favorabil apa prelevata fiind in general mai limpede si mai constants sub raport calitativ Aceasta presupune insa preluarea apei direct din lac (varianta I din figura 216) lucru care poate dezavantaja pe alti beneficiari (cei care se ocupa de producerea energiei de exemplu)
Pe de alta parte apa stationand mult timp in lac isi modifica calitatea iar prin descompunerea depunerilor si dezvoltarea unor microorganisme specifice apa poate sa capete gust neplacut (gustul este diferit de eel al apei de rau care este apa curgatoare) De aceea uneori apa este acumulata dar nu este captata din lac ci uzinata si lasata sa curga pe vechea albie pentru a se aera (varianta Il-a din figura 216) Solutia este
Figura 215 Captari speciale a - captare tiroleza b - captare cu galerie transversala pe fundul albiei c -
dren sub fundul albiei
favorabila in cazul in care utilizatorul de apa se afla la distanta mare Daca centrala functioneaza continuu atunci captarea se poate face in curent liber daca insa centrala (UHE) functioneaza in regim de varf (cum de obicei functioneaza asemenea centrale cateva ore in cursul zilei) atunci avalul inainte de priza trebuie prevazut un lac de compensare zilnica a debitelor lac care sa retina apa uzinata in regim neuniform si sa permita captarea unui debit relativ constant Cele doua variante aratate schematic in figura 216 trebuie comparate ca avantaje si dezavantaje
Priza de apa poate fi realizata in corpul barajului in aval de baraj sau in lac Elementele care conduc la stabilirea solutiei sunt
bull pozitia utilizatorului de apa fata de lac captare din lac daca acesta este amplasat amonte si departe de baraj in baraj sau aval pentru un consumator aval sau din alt bazin hidrografic
bull marimea lacului variatia nivelului apei in lac
bull existenta unei salbe de lacuri pe raul respectiv
bull utilizarea rationala complexa a apei acumulate (de regula la stabilirea amplasamentului lacului se statueaza si modul de folosire al apei)
bull tipul de baraj si simultaneitatea executiei barajului cu priza pentru folosinte de apa in general dupa executarea barajului priza poate fi numai in aval sau in lac
bull conditiile reale de teren trebuie tinut seama ca baraj ele cu lacuri mari de acumulare sunt situate in zona de deal - munte
bull conditiile rationale de tratare a apei obtinute din lac
261 Priza tn aval de baraj
Se poate executa oricand inainte si dupa executia barajului in forme si la debite adecvate Sunt posibile urmatoarele tipuri de captari
bull captari in curent liber de forma celor descrise anterior pe raul pe care debitul regularizat prin lac are valori mult mai mari
bull captari in baraj sau in lac in cazul in care lacul are ca principals folosinta alimentarea cu apa sau cand barajul este realizat pentru un lac de compensare a debitelor rezultate de la functionarea unor centrale hidroelectrice din amonte
bull captari in lac in cazul in care lacul compenseaza folosinta energetica iar beneficiarul este departe de baraj in amonte
262 Prize Tn corpul barajului
Sunt gandite si executate odata cu barajul astfel incat sa nu pericliteze siguranta in functionare a acestuia dar sa poata preleva apa de calitatea cea mai buna existenta la un moment dat in lac
In cele ce urmeaza sunt date exemple de captari de apa executate in baraj Daca barajul este din beton priza este de regula comuna cu barajul (figura 217)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 27
apa curgatoare Barajul care realizeaza lacul de compensare este din materiale locale cu un sistem de stavile pentru spalarea depunerilor de viitura (figura 219)
In figura 220 este schitata captarea dintr-un lac al carui baraj este executat din materiale locale cu miez de etansare din argila Captarea se executa total izolat de baraj (in malul natural sau in lac figura 221 - pentru a nu-i produce dificultati barajului prin exfiltrarea apei pe langa sistemul de transport al apei) si pentru ca priza sa nu aiba dificultati la tasari neuniforme ale barajului Apa captata din priza turn de la cote diferite functie de calitatea acesteia este evacuata prin conducte sau galerii amplasate in malul natural
Acest tip de captare poate fi aplicata si in alta pozitie in cuprinsul lacului pentru beneficiari riverani - amonte de baraj
Cand principala folosinta a lacului este de combatere a undei de viitura captarea poate avea o forma speciala (figura 222) Captarea este amplasata la o cota deasupra rezervei destinata acumularii depunerilor din lac si trebuie sa evite blocarea cu corpuri mari ce pot cadea prin apa intrucat nu este accesibila decat la ape mici - lac gol sau lac golit
263 Captari in lac
Se utilizeaza atunci cand in amplasament nivelul apei este asigurat intotdeauna deasupra unor valori limita Se pot practica o captare de tip turn (figura 221) cand debitul captat este important iar nivelul lacului relativ constant o captare plutitoare cand alimentarea cu apa este sezoniera sau conditiile de iarna nu sunt severe o captare de fund cand lacul este de adancime mare si cu un volum de apa important (figura 223a)
Captarea de fund este formata dintr-un sorb (pot fi prevazute mai multe asemenea constructii separate) asezat pe o confectie metalica stabila de tip tetrapod Se amplaseaza deasupra nivelului (apreciat) de colmatare si sub nivelul minim al apei din lac (acoperire mai mare pentru a o feri de plutitori) Zona captarii va fi balizata pentru a fi ferita de accesul plutitorilor si a putea fi usor reperata pentru control se marcheaza si zona de protectie daca este cazul Conducta de legatura (suficient de elastica daca are lungime mare) se lanseaza prin plutire si poate permite ridicarea prizei in caz de nevoie Captarea va fi amplasata la o asemenea adancime incat sa nu fie deplasata de valuri si totodata nu intr-o zona in care valurile pot pune in miscare depunerile de pe fund si deteriora calitatea apei Captarea este tipica pentru prelevarea apei din lacurile naturale (figura 223b)
Existenta lacurilor de acumulare ridicS probleme importante sub trei aspecte generale aspecte care pot influenta calitatea apei captate siguranta in functionare a prizei sau si a zonelor vecine
bull pentru lacurile mici problema cea mai importanta este legata de colmatarea cu aluviuni lipsa masurilor de protejare amenajare si stabilizare a solului in bazinul hidrografic conduce la antrenarea unei mari cantitati de sol (mai ales fertil) care blocheaza in scurt timp volumul lacului
bull pentru lacurile cu volum mediu (milioane de m3) problema cea mai importanta este eutrofizarea apei lacului
bull pentru lacurile mari (sute de milioane m3) problema importanta este imbdtrdnirea lacului (o eutrofizare lenta avand ca punct final obtinerea unei ape de calitate total deosebitS de aceea a raului din care pro vine)
Eutrofizarea lacurilor este o problema acuta a multor lacuri din zone de ses si colinare Cauza principals este aportul de substante fertilizante (fosfor carbon azot) Fosforul (adus in apa in special din apele uzate orSaenesti - neepurate adecvat) in cantitSti mici favorizeaza randamentul de functionare a fitoplanctonului care la randul lui favorizeazS fixarea azotului cu ajutorul bacteriilor Dezvoltarea fitoplanctonului favorizeazS dezvoltarea zooplanctonului si deci a populatiei de pesti
DacS fluxul energetic si aportul de substante este moderat atunci ciclul se incheie devine stabil si lacul isi pSatreaza calitatea de lac oligotrof (figura 224a) In cazul in care cantitatea de fosfor creste creste volumul de fitoplancton deoarece nu exista suficient azot si lantul se rupe Zooplanctonul si pesti mor substantia organicS creste bacteriile consumS oxigenul si lacul devine eutrof acoperindu-se cu vegetatie (care are rSdacinile in malul situat pe fundul lacului si frunzele la suprafata realizand fotosinteza figura 224b) Consumarea oxigenului de cStre substantele in descompunere si capacitatea redusa de aerare fac ca apa lacului sa aibS de regulS un continut mai redus de oxigen
Daca se reduce cantitatea de nutrient (in special fosforul) dupa un timp calitatea apei se imbunatateste neajungand insa la calitatea initials (se considers ca un continut Tn fosfor de 10-20 mgl este acceptabil)
Imbdtrdnirea lacurilor este fenomenul de modificare continuS a calitatii apei lacului ca urmare a noului echilibru ce se realizeazS intre aportul de substante si circulatia apei Apa care ajunge in lac este o apa cu continut ridicat de substante minerale si organice Acestea se depun se descompun intra in reactie formand substante noi cu continut de Fe N S C (H2S CH4) substante care modifies chimismul apei Pe baza aportului de substante si sub influenta luminii creste productia de masa organica (schema lacului oligotrof) Apare un fenomen nou de circulatie a apei in lac vara apa de la suprafata este calda deci mai usoarS toamna insa apa se rSceste devine mai rece decat apa de la fundul lacului (are cca 4degC sub 15 - 20 m temperature ramane relativ constants) deci devine mai grea (densitatea creste la scaderea temperaturii) si coboarS inlocuind apa mai calda de adancime apa care se ridicS (depunerile mai pot fi agitate si de valurile de la suprafata)
Pozitia captarii in lacurile adanci trebuie sa fie totdeauna in zona medie cu temperature relativ constants (6 - 12degC) si unde nu se simte direct influenta descompunerilor ce se produc la fundul lacului (sau tulbureala datS de depunerile rSacolite)
28 Procese de pre-tratare aplicarea de algicide
Algele sau cianobacteriile (algele verzi-albastre) din lacurile si acumularile de stocare pot crea probleme de gust si miros precum si aparitia unor substante ce provoaca imbolnaviri (toxine) Pentru controlul dezvoltarii algelor sau cianobacteriilor se pot folosi compusi care distrug algele (algicidele) Daca are loc un eveniment legat de utilizarea algicidelor (calitatea apei este afectata de utilizarea unui algicid) pot avea loc urmatoarele
bull daca se utilizeaza algicide in exces substanta chimica poate provoca imbolnaviri
bull daca volumul de alge sau cianobacterii este prea mare si nu poate fi controlat de algicid toxinele din alge cianobacterii pot provoca imbolnaviri
bull daca se utilizeaza ca algicid paiele de orz substantele din paie pot reactiona cu dezinfectantele si forma subproduse ce provoaca imbolnaviri
Aplicarea de algicide in sursa de apa poate prezenta riscuri pentru sanatatea si siguranta muncii operatorilor Acestea sunt recunoscute dar nu vor fi discutate deoarece astfel de riscuri fac obiectul legislatiei muncii si protectiei muncii Algele sau cianobacteriile din sursa de apa pot interfera cu functionarea statiei de tratare Un bun control al cresterii lor face sa se diminueze necesitatea pre-oxidarii Se reduce de asemenea cantitatea de dezinfectant ce se pierde in reactia cu algele sau cu substantele pe care acestea le elimina in apa
31 Alcatuirea statiilor de tratare a apei
Rolul statiei de tratare este de a corecta calitatea apei brute pana la atingerea cerintelor utilizatorului Exista o multitudine de procese de tratare care se utilizeaza in practica insa schema generala a unei statii de tratare (figura 31) cuprinde
bull trepte multiple de oxidare (pre-oxidare post-oxidare) cu scopul de a oxida compusi chimici dar si de a realiza bariere succesive in calea micro-organismelor
bull procese de limpezire a apei care constau in
o coagulare-floculare cu reactivi chimici in camere de reactie special amenajate
o decantarea apei pentru retinerea suspensiilor coagulate
o filtrarea pe strat de nisip pentru finalizarea procesului de limpezire
bull afinarea apei constituita din oxidare cu ozon urmata de adsorbtie pe carbune activ granular cu scopul indepartarii anumitor compusi chimici toxici
bull dezinfectia apei pentru indepartarea totala a virusurilor bacteriilor si altor micro-organisme din apa treapta obligatorie in Romania conform Legii privind Calitatea Apei Potabile nr 4582002
3
Pentru eliminarea duritatii se pot adopta scheme cu schimbatori de ioni sau cu reactivi chimici (var si soda) in functie de tipul duritatii (temporara sau permanenta)
Orice statie de tratare este deservita de anumite facilitati pentru intretinerea proprie Printre acestea se mentioneaza
bull statia de reactivi chimici cu rolul de a stoca prepara si doza reactivii necesari procesului de tratare (coagulanti floculanti agenti dezinfectanti corectie pH etc)
bull sisteme de spalare filtre rapide constituite din statii de pompe si de suflante
bull laborator pentru a determina corectitudinea procesului de tratare dar si calitatea apei produse
bull alte facilitati printre care se mentioneaza sisteme de recuperare a apei de la spalare filtre si a namolului din decantoare
311 Exemple de statii de tratare
O schema de tratare cu filtrare directa este prezentata in figura 32 Uzina de apa a orasului Los Angeles - SUA (Los Angeles Aqueduct Filtration Plant) are o capacitate instalata de 185 m3s filiera tratare fiind prezentata in cele ce urmeaza
bull pre-oxidare cu ozon 4 generatoare care produc 3780 kg CVzi (doza medie ozon 15 mgdm3) 4 bazine de contact (timp de contact minim 49 min)
bull coagulare (amestec rapid) 8 camere de reactie echipate cu agitatoare dinamice timp minim de amestec 086 s pentru doua camere inseriate Reactivi utilizati clorura ferica sulfat de aluminiu polimeri anionici si neionici soda caustica clor
bull floculare 36 camere de reactie lenta timp minim de reactie lenta 8 min pentru 3 bazine inseriate
bull filtrare 24 unitati (aria unei unitati A=160 m2) strat de antracit cu inaltimea de 24 m viteza de filtrare 175 mh care asigura un timp de contact de 10 minute
bull dezinfectie finala cu clor (doza maxima clor 56 mgdm3)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 3
Un alt exemplu de schema de tratare care nu cuprinde treapta de decantare este uzina de apa Ivry (Franta) modernizata in 1987 (debit instalat Q = 300000 m3zi) Dupa modernizare uzina cuprinde urmatoarele procese (figura 33)
bull pre-oxidare cu ozon doza uzuala 10 mg CVdm3
bull coagulare (amestec rapid) cu clorura ferica (5 - 10 mgdm3) si polimer anionic (0025 -005 mgdm3)
bull pre-filtrare faza I - (coagulare pe masa de contact) 18 unitati de 815 m2 strat biolit 10 m viteza de filtrare maxima 10 mh
bull floculare cu clorura ferica (2-6 mg Fe3+dm3) si polimer (005 - 10 mgdm3)
bull pre-filtrare faza II - nisip 22 unitati de 81 m viteza de filtrare 9 mh
bull filtrare lenta 30 cuve (23000 m2) viteza maxima de filtrare 13 mzi inaltime strat 07 m
bull post-ozonare timp de contact 4 minute doza uzuala 04 - 06 mg CVdm3
bull filtrare pe CAG inaltime strat 10 m viteza de filtrare 10 mh
bull dezinfectare finala cu hipoclorit de sodiu
In figura 34 este prezentata o schema tehnologica a unei uzine de apa aplicata in cateva mari uzine de tratare (Qgt2000 m3h) ce preiau apa bruta direct din fluviul Ruhr Schema asigura o eliminare optima a microorganismelor Concentratia de Cryptosporidium in apa raului Ruhr variaza de la 0 la 5 unit(100 dm3) iar concentratia chisturilor Giardia de la 8 la 250 unitdm3 Nu au fost detectate aceste organisme in treptele premergatoare dezinfectarii Se remarca prezenta treptelor de filtrare incepand cu filtrarea mecanica pe microsite in capatul amonte al filierei de tratare si continuand cu un pachet de trei trepte de filtrare (dublu strat carbune activ granular si filtre lente) care asigura o eficienta foarte mare din punct de vedere microbiologic
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 3
Figura 34 Filiera tehnologica uzina de apa Mulheim an der Ruhr
(Germania)
Un exemplu de schema tehnologica combinata (Q=32 m3s) este prezentata in figura 35 Apa bruta (fluviul Elba) este puternic incarcata in poluanti Filtrarea primara (bazine de infiltratie) reduce de cateva ori incarcarea microbiologica iar in cazul folosirii treptelor de floculare sedimentare si filtrare reducerea incarcarii microbiologice este de circa 9999
Prin curgerea in stratul subteran se obtine o apa ce se incadreaza in normele privind calitatea apei potabile Dezinfectia finala este aplicata pentru a preveni cresterea masei bacteriene in sistemele de distributie Uzina este prevazuta a fi modernizata cu treapta de oxidare cu ozon si filtre multistrat
In Elvetia sunt intalnite in principal scheme complexe de tratare avand la baza procese biologice (figura 36) Treptele de tratare clasice (pre-oxidare cu ozon coagulare-floculare filtrare rapida) sunt urmate de corectia pH-ului si postozonare in fmalul filierei de tratare se prevad reactoare biologice inseriate (filtre CAG activate biologic urmate de filtre lente) Se urmareste in principal reducerea indicatorilor biologici si bacteriologici prin reducerea concentratiilor de carbon organic asimilabil (AOC lt 10 ug Cdm ) Se remarca absenta dezinfectarii finale Se obtine o apa biostabila introducerea acesteia intr-o retea de distributie nu necesita prezenta unui dezinfectant rezidual Se asigura in acest mod o siguranta ridicata la consumator in ceea ce priveste potentialul de formare al trihalometanilor
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 3
33 Procese de oxidare
Procesele de oxidare pot fi intalnite in toate statiile de tratare in doua sectiuni caracteristice ale schemei
bull pre-oxidare in capatul amonte al filierei pentru oxidarea substantei organice plancton inactivare microorganisme obiectul principal este asigurarea functionarii optime a proceselor de tratare si evitarea contaminarii acesteia
bull post-oxidarea amplasat dupa procesele de tratare conventionale (decantare si filtrare rapida pe strat de nisip) urmareste oxidarea totala a micro poluantilor reducerea materiilor organice naturale si inactivarea totala in ape limpezi a compusilor biologici si bacteriologici
331 Pre-oxidare
In mod obisnuit se utilizeaza urmatorii agenti oxidanti clor ozon dioxid de clor 3311 Clorul(Ch)
Clorul se utilizeaza in mod uzual cu doze cuprinse in domeniul 1 - 3 mgl cu timp de contact minim Tc=30 minute in anumite situatii (inflorire algala sau poluare accidentala) dozele pot fi mai mari dar se urmareste evitarea formarii sub-produsilor organo-clorurati (de exemplu trihalometani THM) prin efectuarea de incercari pe apa sursei pentru a se stabili potentialul de formare
Clorul este adoptat frecvent datorita costurilor reduse implicate Reactia clorului trebuie urmarita cu atentie luand in consideratie agentii reducatori (H2S Mn2+ Fe3+) si materiile organice naturale in diagrama din figura 37 se poate urmari procesul de reactie al clorului in apa (clorare la breakpoint) Punctul critic se atinge daca raportul masic intre clor si amoniac variaza intre 81 -101 (teoretic 761)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 40
3312 Ozonul(03)
Ozonul este un gaz violet instabil care degaja un miros iritant caracteristic
Se produce prin descarcari electrice la diferente de potential ridicate intre doi electrozi intre care curge aer sau oxigen pur Eficienta productiei depinde de diferenta de potential frecventa caracteristicile materialului dielectric si spatiul care separa dielectricele Progresele tehnologice din ultimii 20-30 ani au condus la reducerea consumului de energie la 10 - 12 kWh 1 kg O3
Dozele uzuale de ozon sunt in gama 1 - 3 mgCVdm3 iar timpul de contact uzual este Tc=10 minute Se tinde spre adoptarea solutiei cu doua reactoare in serie ca in figura 38 Adancimea apei in reactoare poate atinge 6-75 m
Conceptual reactoarele de ozon functioneaza pe baza interceptarii curentului de apa descendent de catre voalul de bule mici de ozon in miscare ascendents
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
0
4
3313 Dioxidul de clor (CIO2)
Se poate obtine din clorit de sodiu si clor conform reactiei
2NaC102 + Cl2rarr2C102 + 2NaCl (31)
Stoechiometric 1 g dioxid de clor se obtine din 134 g clorita de sodiu si 05 g de clor
Este instabil si exploziv la temperaturi T gt (-40degC) Se produce imediat inainte de injectia in apa La 20degC si presiune partiala de 53 kPa solubilitatea este 4 gdm3
Avantajele utilizarii CIO2 sunt
bull nu formeaza sub-produsi de tip trihalometani (THM)
bull are putere oxidanta mai buna oxideaza fenoli si este foarte eficace la pH peste 85
Dozele utilizate frecvent 01 - 05 mgl timpul de contact fiind Tc = 10 min Se mentioneaza ca pentru doze mai mare de 05 mgl exista riscul formarii de sub-produsi de tip clorati
Reactoarele de pre-oxidare utilizeaza agitatoare mecanice (rezistente la coroziune) care asigura amestecul mecanic cu randamente ridicate intre apa de tratat si solutia de CIO2
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 4
332 Post-oxidare
In filierele de tratare se dezvolta din ce in ce mai mult conceptul de post-oxidare cu ozon pe apa limpezita dupa filtrele rapide de nisip pentru ca eficienta transferului creste se reduc dozele de ozon si oxidarea micro-poluantilor devine mai eficienta
incadrarea procesului de post-oxidare in schema statiei de tratare se realizeaza totdeauna ca infigura 310 n
Dozele de 03 in post-oxidare nu depasesc 2 mgl Principiile reactoarelor de ozon sunt identice cu cele utilizate in pre-oxidare
Post-oxidarea cu ozon combinata cu adsorbtia pe CAG este procesul (denumit afinare) capabil sa asigure
- eliminare totala compusi biologici microbiologici si micropoluanti
- reducere materiilor organice naturale astfel incat TOC lt 25 g Cl
- eliminare pesticide
333 Alegerea oxidantului
Alegerea oxidantului se bazeaza pe analiza calitatii apei caracterizarea marimii poluarii care poate apare (continut materii organice naturale carbon organic total numar de microorganisme perioade duraf deg ce aparitie)
Alegerea agentului oxidant are la baza costuri si implicatii in filiera tehnologica
Tabelul 35 Caracteristici principale Tn alegerea oxidantilor Nr crt
Oxidant Avantaje Dezavantaje
1 Clor-Cl2 - costuri reduse- cunoastere operare- este remanent (rezidual) in reteaua de
distributie
formeaza THM - necesita timpi de contact mari
2 Dioxid de clor - C102 - capacitate de oxidare mai ridicata in raport cu Cl2
- nu formeaza THM- este remanent (rezidual) in reteaua de
distributie
- necesita preparare si dozare instantanee- la doze prea mari poate forma cloraticosturi mai mari in raport cu Cl2
3 Ozon - 03 - cea mai mare capacitate de oxidare- nu formeaza THM
- necesita preparare si dozare instantaneeconsumuri energetice mari- poate forma subprodusi de tip bromaji sau
aldehide- nu este remanent (rezidual) in reteaua de
distributie
4
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 4
Figura 311 Fortele
ce actioneaza asupra
particulelor aflate Tn
apa
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
3511 Deznisipatoare
Sunt destinate sa retina particulele de tip nisip pentru protectia utilajelor din schema statiei de tratare Schema unui deznisipator orizontal este data in figura 313
Figura 313 Deznisipator orizontal longitudinal
1 Gratar 2 Bare de linistire 3 Nisa pentru reparatii Tn caz de avarie 4 Stavilar de intrare 5 Vane de golire 6 Stavilarde iesire 7 Galerie de golire
In zona de intrare a apei in deznisipator se monteaza un gratar rar pentru impiedicarea accesului corpurilor mari in interiorul bazinului Pentru linistirea curentului se monteaza bare verticale de linistire Peretii laterali ai deznisipatorului se executa cu evazare catre exterior pentru a permite preluarea impingerilor survenite din podul de gheata care se formeaza pe timp de iarna la suprafata bazinului Panta radierului bazinului trebuie sa permita evacuarea depunerilor in zona din aval a bazinului Evacuarea depunerilor se poate realiza cu mai multe sisteme
bull prin hidro-mecanizare cu scoaterea din functiune a unui compartiment
bull prin golirea totala a compartimentului (numai pentru debite foarte reduse)
bull cu electro-pompe speciale purtate de o grinda rulanta
3512 Decantoare statice
Sunt destinate surselor cu variatii mari de turbiditate la care 50 - 60 din suspensii sunt de natura minerala (gravimetrice) in figura 314 se prezinta schema unui decantor orizontal longitudinal Elementele principale ale bazinului sunt
bull zona de intrare in care se gaseste un perete de linistire a curentului in partea superioara respectiv canalul de evacuare a depunerilor in partea inferioara
bull decantorul propriu-zis cu radier cu panta catre basa de evacuare a namolului amplasata in zona incipienta a bazinului
bull zona de evacuare a apei decantate care este bordata de un gratar cu rolul impiedicarii accesului plutitorilor
Curatirea decantoarelor orizontale se realizeaza
bull Intermitent prin golire si evacuare depuneri hidraulic sau mecanic
bull Continuu cu ajutorul podurilor racloare care strang depunerile in base special amenajate
Dificultatile in operarea decantoarelor statice se pot sintetiza
bull sunt influentate de factori atmosferici vant gheata insorire
bull miscarea este turbulenta ca structura si particule fine pot fi repuse in stare de suspensie
bull echilibrarea fluxului hidraulic se realizeaza cu dificultate
bull eficienta retinerii nu depaseste 10-15 NTU la apa decantata
37 Filtrarea apei - generalitati
Filtrarea este procesul de limpezire finala a apei (stadiul II) la curgerea printr-un mediu poros de obicei format din nisip cuartos Procesul simuleaza infiltratia apelor superficiale in mediile poroase din subsolul pamantului Procesul este cunoscut si aplicat de mult timp (primul brevet s-a emis in 1830)
Schema generala (figura 323) indica filtrul ca fiind format dintr-un bazin (cuva) in care apa curge in sens descendent traverseaza mediul poros sustinut de un drenaj si ajunge intr-un rezervor de apa filtrata amplasat sub drenaj Sistemul este dotat cu toate instalatiile de introducere -prelevare apa preaplin si golire
Parametrii fundamentali ai procesului de filtrare sunt
bull viteza de filtrare definita (ca viteza aparenta) cu relatia urmatoare
vF = Q A [ m h ] [mzi] (313)
In care
Q - debitul de apa filtrata
A - suprafata orizontala a stratului filtrant in
functie de viteza de filtrare se pot clasifica in
o filtre lente (biologice) - VF = 01 - 025 [mh]
o filtre rapide - vF = 4 - 10 [mh|
o filtre ultra-rapide
bull mediul filtrant - in general nisip cuartos care sa realizeze prin uniformitatea granulelor un volum de goluri in care sa se acumuleze suspensia retinuta din apa caracteristicile sunt diferite pe tipuri de filtre
bull pierderea de sarcina (hr) exprimata ca diferenta intre nivelul apei in cuva filtrului si nivelul apei in rezervorul de apa filtrata este data de colmatarea stratului si este variabila in timp
49
38 Filtre lente
Se bazeaza pe formarea unei membrane biologice constituita din colonii de bacterii aerobe -amplasata la suprafata stratului de nisip (pe primii 2-3 cm) Elementul fundamental este dezvoltarea membranei (in 1 - 3 zile) functie de caracteristicile apei Dupa o perioada (30 - 50 zile) membrana se colmateaza si incepe sa se rupa degradand calitatea apei Aceasta se razuieste (se curata) manual sau mecanic si procesul este reluat In figura 52 se indica schema unui filtru lent
Dispoizitiv de curatat_____________________________membrana biologtca
Figura 325 indica tipurile de organisme care pot fi intalnite pe o adancime de 30 cm in nisipul filtrului lent
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
Nisipul din filtrul lent trebuie sa aiba urmatorii parametri
bull granulozitatea in domeniul dg = 035 - 050 mm
bull coeficientul de neuniformitate ult 15
(314)
In care d6o - diametral ochiurilor sitei prin care trece 60 din materialul cernut
d1o - diametral ochiurilor sitei prin care trece 10 din materialul cernut
01
50
bull inaltimea stratului de nisip H=90-100 cm cand grosimea stratului de nisip ajunge dupa curatiri succesive la 70 - 80 cm este necesara completarea la inaltimea initiala
Solutia filtrelor lente se prevede la debite relativ mici (max 10000 m zi) si surse de apa in general curate (lipsite de alge culoare poluanti toxici) Se pot obtine rezultate performante la ape necoagulate Operarea sistemelor de filtre lente este simpla Procesul de filtrare lenta este asimilat cu procese fizice si biologice Acestea din urma necesita o atentie si urmarire continua in etapele de operare a filtrelor in special referitor la starea coloniilor de bacterii aerobe din membrana biologica
310Filtre rapide
In figura 326 se prezinta schema unui filtru rapid Acesta este constituit din urmatoarele elemente componente
bull sistem admisie apa in cuva - are rolul echirepartitiei debitului catre cuvele de filtre
bull stratul filtrant peste care exista un strat de apa
bull drenaj cu rolul de a sustine stratul filtrant si de a transforma bulele mari in bule fine in procesul de spalare inversa
bull sistem de mentinere a nivelului apei in filtru (pentru filtrele cu functionare in sistem nivel constant si debit variabil)
bull statie de pompare apa de la spalare filtre si statie de suflante
bull instalatii hidraulice grupate in galeria tehnologica cu rolul de a asigura toate utilitatile necesare functionarii corecte a procesului (conducte si vane apa filtrata apa spalare aer spalare preaplin golire etc)
bull rezervor de apa filtrata amplasat de obicei sub toata statia sau in anumite cazuri numai sub galeria tehnologica
Procesul consta in doua etape
bull filtrarea apei parcurgand in sens descendent stratul de nisip si drenajul
bull spalarea filtrului in sens ascendent in doua faze distincte
o faza 1 (durata Ti=5-10 min)
o faza 2 - limpezire (durata Ti=10-15 min)
51
in ultimii 30-40 de ani in lume a existat o preocupare constants pentru perfectionarea procesului in sensul obtinerii performantei in calitatea apei filtrate (turbiditatea sa se incadreze in domeniulOl - 10 NTU)
Mecanismele de retinere in filtrele rapide se pot sintetiza ca in schema urmatoare
3101 Mediul filtrant
Calitatile materialului filtrant sunt urmatoarele
bull domeniul de granulozitate dg = 085 - 2 mm
bull coeficientul de neuniformitate u=d6odio lt 15
bull fractiunile inferioare diametrului 085 mm si superioare dmax 2 mm inferioare procentual la 10 in greutate
bull diametrul efectiv def = dio = 09-1 mm
bull sa realizeze un numar de goluri (porozitate) mare (pgt40)
bull forma granulelor apropiata de sfera pentru obtinerea unui grad de acoperire ridicat
bull continut de roci cuartoase recomandabil peste 95
bull sa aiba duritate (gt 7 in scara Mohs) pentru a nu se sfarama la spalare
Calitatea materialului filtrant influenteaza viteza de filtrare O serie de studii au indicat domeniul optim de granulozitate al nisipului de filtru conform figurii 328
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 52
3102 Calitatea influentului fn corelatie cu materialul filtrant
Pentru realizarea unei retineri eficiente a suspensiilor se impune ca in influentul filtrelor acestea sa fie floculate Aceasta se caracterizeaza prin coeficientul de coeziune al suspensiilor floculate (namol retinut) aceasta caracterizeaza capacitatea de rezistenta la forfecare si depinde de doza de floculant si natura (minerala sau organica a suspensiilor)
Procesul de optimizare a filtrarii rapide a apei ia in considerate principiul un filtru va functiona optim cand va produce cea mai mare cantitate de apa intre doua spalari succesive aceasta se va realiza cand timpul in care se atinge pierderea de sarcina limita este egal cu timpul in care se calitatea apei filtrate se inrautateste la limita maxim acceptabila (Ti = T2) sau penetrarea impuritatilor in interiorul masei filtrante se va efectua cu aceeasi viteza cu care creste pierderea de sarcina Expresiile celor doua perioade au fost determinate de cercetatorii Richard si Croce-Spinelli
Tx = a bull σ - 0 9 5 bull k-075bull def-045bull h0
n95bull v -185 (316)
T l = b bull σ-075 k - 0 7 5 bull dlef
1 5 Δhr05 bull vF
-065 (317)
In care Ti - perioada in care turbiditatea apei filtrate atinge valoarea limita (1 NTU)
T2 - perioada in care se atinge pierderea de sarcina limita (15 - 18 m)
a b - coeficienti empirici (experimentali)
hn - grosime strat nisip
Δhr- viteza de crestere a pierderii de sarcina
INSPECTIA SANITARA SI MOMTORIZAREA CALITATII APEI
VF - viteza de filtrare
k - coeficient de coeziune al namolului
a - depozitul specific (volumul de suspensii raportat la volumul de material filtrant)
Se constata ca fiecare filtru poate conduce la un ciclu optim functie de calitatea nisipului grosimea stratului calitatea flocularii suspensiilor din apa influenta si viteza de filtrare
3103 Variatia pierderii de sarcina
Urmarirea pierderii de sarcina este importanta pentru ca poate pune in evidenta functionarea filtrului Operarea optima a unui filtru se realizeaza prin urmarirea in timp a variatiei pierderii de sarcina si turbiditatii Masurile pentru realizarea acestui optim sunt
53
bull reducerea vitezei - cele mai performante filtre lucreaza cu viteze de filtrare variabile astfel incat colmatarea stratului sa se realizeze fara socuri
bull adaugarea unui polimer (doze 01 - 02 mgl) in influent pentru a mari rezistenta particulelor floculate
bull imbunatatirea calitatii nisipului
Presiune (m col H20)
Figura 329 Estimarea pierderii de sarcina Tn
stratul filtrant
3104 Spalarea filtrelor
Se realizeaza in contra curent de apa si aer comprimat Elementele tehnice care intervin esential in obtinerea performantelor spalarii sunt
bull calitate drenaj - din punct de vedere al uniformitatii debitelor de apa si aer
bull colectarea uniforma a apei de la spalare
bull metoda de spalare care sa asigure eliminarea totala a suspensiilor retinute in strat cu resurse minime
bull drenaj de mare rezistenta hidraulica (cu placi cu crepine)
Se bazeaza pe principiul introducerii unei rezistente hidraulice de 15 - 20 cm coloana de apa (reducerea brusca de sectiune la intrarea apei in tija crepinei) care asigura uniformizarea intensitatilor de spalare pe suprafata cuvei (abateri de plusmn 3-5) In figura 330 se prezinta schema drenajului cu placi cu crepine
Se pun conditii severe din punct de vedere constructiv pentru realizarea drenajului
bull asigurarea etansarii perfecte
bull asigurarea cotei exacte si unice pentru pozitia orificiilor de aer
bull rezistenta cosurilor crepinelor
bull asigurarea formarii unui nivel de separatie apa - aer uniform si constant pe toata suprafata cuvei
Cele mai performante filtre din punct de vedere al spalarii sunt filtrele cu baleiaj la spalare (figura 331)
INSPECTIA SANITARA SI MOMTORIZAREA CALITATII APEI
55
55
in perioada de spalare a filtrului nivelul in cuva se afla la cota NS jgheaburile J nu mai deverseaza si prin orificiile de la baza jgheaburilor se creeaza un curent de baleiaj (1-2 dm3sm2) cu apa decantata care impinge suspensiile spre jgheabul de colectare Se reduc astfel timpii de spalare (cu 50) si intensitatile si volumele de apa de spalare
Prin curgerea ascendenta a aerului masa de nisip vibreaza si peliculele de namol se desprind de granule Curentul ascendent de apa le antreneaza Spalarea numai cu aer induce vibrarea masei de nisip si depunerea namolului in zona inferioara a stratului De aceea este contraindicata spalarea numai cu aer in faza 1
In general echipamentele pentru asigurarea debitelor apa de spalare se adopta un utilaj (pompa) in faza 1 si inca o pompa de acelasi tip pentru faza a Il-a
3105 Asigurarea repartitiei uniforme a influentului
Pentru asigurarea repartitiei uniforme a apei decantate se utilizeaza diverse sisteme Cel mai performant este sistemul cu deversori neinecati conform cu schema din figura 332
3106 Sistemele hidraulice
Sistemele hidraulice asigura deservirea statiei de filtre atat in procesul de filtrare cat si in procesul de spalare Acestea se vor dimensiona conform vitezelor economice prezentate in tabelul urmator
3107 Reglajului debitului si nivelului de apa in cuva
Pentru filtrele care functioneaza cu nivel constant si debit variabil este foarte important ca nivelul apei in filtru se fie mentinut pseudo-constant Aceasta se asigura cu diverse sisteme de plutitori (regulator de nivel amonte) care comanda vana de pe conducta de apa filtrata sau cu sisteme electronice si hidraulice conform figurii 333
Figura 333 Sistem de reglare electronic al nivelului apei Tn filtru
Legends 1 Strat filtrant 2 Vana apa filtrata 3 Parghie comanda vana 4 Electrovana de comanda 5 Regulator electronic 6 Senzor de presiune pentru nivel filtru 7 Senzor de presiune sub planseu 8 Potentiometru 9 Indicator de
colmatare 10 Alimentare cu fluid de comanda
313 Afin area apei
Procesul de afmare a apei este constituit din combinatia intre procesul de post-oxidare cu ozon a apei filtrate urmat de adsorbtie pe carbune activ granular
3131 Post-oxidarea cu ozon
Ozonul (O3) se obtine din aer sau oxigen supus la descarcari electrice printr-un dielectric In figura 334 se prezinta un element dintr-un ozonor
figura 334 Element tubular de ozonor
1 - Intrare gaz vector (aeroxigen) 2 3 - Electrozi 4 - Dielectric 5 - Spatiu de descarcare electrica 6 - Gaz vector +
ozon 7 - Apa racire
Diferentele de potential la care se lucreaza sunt cuprinse intre 6000 - 18000 V functie de natura si grosimea dielectricului marimea spatiului de descarcare si presiunea absoluta de functionare
Concentratiile de ozon in gazul vector obisnuite sunt
bull 10-40gm - in cazul utilizarii aerului
bull 10-140 gm3 - in cazul utilizarii oxigenului
Pentru a realiza concentratii optime si stabilitatea procesului se cere punct de roua -60degC -80degC
Energia specifics pentru productia de ozon
bull 13-18 kWhkg O3 - produs din aer
bull 8-10 kWhkg O3 - produs din oxigen
Actiunea O3 asupra apelor de consum se poate sintetiza
bull imbunatatirea calitatilor organoleptice (gust miros culoare)
bull activitate bactericide si virulicida
bull oxidarea materiilor organice
bull oxidare micro-poluanti
bull imbunatatirea biodegradabilitatii in amonte de CAG
3132 Adsorbtie pe carbune activ granular (CAG)
Carbunele activ se poate obtine din carbuni minieri sau din coaja de nuca de cocos Majoritatea carbunilor minieri pot fi convertiti in carbune activ insa proprietatile carbunelui activ depind esential de calitatea initiala a carbunilor in special in ceea ce priveste duritatea acestora in acest sens se utilizeaza adesea coaja nucilor de cocos pentru fabricarea carbunelui activ
Exista o multitudine de procese de fabricare a carbunelui activ insa eel mai dezvoltat este piroliza urmata de activarea cu gaze de oxidare Piroliza (carbonizarea) presupune incalzirea materialului la temperaturi intre 600 si 900 degC in absenta aerului Pentru obtinerea unei porozitati ridicate se pot utiliza adaosuri de cloruri metalice (de exemplu ZnCl) Piroliza poate reprezenta unicul pas de activare in cazul in care se doreste obtinerea unui material cu 0 porozitate ridicata
A doua etapa este cea de oxidare care se realizeaza de obicei cu abur sau uneori cu aer Temperaturile sunt uzuale in gama de 600 - 900 degC Pe parcursul acestei etape se realizeaza 0 erodare a suprafetei interne a carbunelui si dezvoltarea unei retele extensive de micropori care cresc capacitatea de adsorbtie
58
Printre proprietatile principale ale carbunelui activ se enumera continutul de cenusa umiditatea densitatea marimea particulelor duritatea volumul si distributia dupa marime a porilor suprafata interna
31321 Continutul in cenusa
Continutul in cenusa este reprezentat de reziduul obtinut prin calcinarea la temperatura de 954 degC timp de 3 ore in aer Uzual continutul de cenusa variaza intre 3 si 10 Pentru reducerea cantitatii de cenusa se poate utiliza spalarea cu acid
31322 Umiditatea
Umiditatea se determina prin uscarea in cuptor timp de 3 ore a unei cantitati de 5 sau 10 g de carbune activ la temperatura 150 degC Se determina greutatea inainte si dupa uscare si racire in exicator Umiditatea in vrac a carbunelui activ este recomandabil sa fie limitata la maxim 5
31323 Densitatea
Sunt mai multe tipuri de densitati printre care se mentioneaza densitatea in vrac densitatea aparenta densitatea particulei si densitatea reala Densitatea in vrac sau densitatea aparenta reprezinta greutatea carbunelui activ uscat raportata la volumul pe care acesta il ocupa Aceasta se determina prin umplerea unui cilindru cu volumul de 100 ml cu carbune prin cadere libera dintr-o masina vibratoare si cantarirea volumului respectiv Valorile uzuale sunt in gama 05 - 06 gml pentru carbune activ fabricat din carbune minier respectiv 024 - 030 mg1 pentru carbune activ fabricat din lemn
Densitatea particulei reprezinta densitatea unei particule singulare Volumul pe care se bazeaza include volumul porilor precum si volumul materialului Densitatea particulei se determina in mod uzual cu mercur la presiunea atmosferica (mercurul umple spatiile goale din particula de carbune activ dar nu umple porii) Valorile uzuale sunt in gama 074 - 080 gml
Densitatea reala sau densitatea scheletului este cea determinate numai pe materialul (carbunele) propriu-zis Pentru determinarea acesteia se utilizeaza uzual o metoda de inlocuire cu heliu (heliul intra practic in toti porii materialului) Valorile uzuale sunt in gama 21 - 22 gml
31324 Marimea particulelor
Aceasta se determina prin cernerea a 100 sau 200 g de carbune printr-un sistem de site mecanice timp de 10 minute dupa care se cantaresc retinerile pe fiecare sita in parte Carbunele activ pudra se incadreaza de obicei in domeniul 005 mm - 15 mm
31325 Friabilitatea
Capacitatea carbunelui activ de a rezista la abraziune este unul dintre parametrii cei mai importanti Procedura de determinare a friabilitatii carbunelui activ presupune determinarea granulozitatii acestora inainte si dupa testul propriu-zis care consta in concasarea succesiva a carbunelui intr-un recipient alaturi de bile de otel inoxidabil Valorile uzuale ale indicelui de friabilitate sunt 65 - 80 (practic 70 - 75) ceea ce atesta faptul ca materialul este foarte usor friabil si este necesar atentie la procedura de spalare
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATIIAPEI 59
31326 Volumul si distributia dupa marime a porilor
Volumul porilor reprezinta volumul total al porilor din particula de carbune activ granular raportat la greutate Valorile uzuale sunt de ordinul 08 - 12 mlg pentru carbune activ fabricat din carbuni minieri respectiv 22-25 mlg pentru carbune activ fabricat din lemn Volumul total al porilor poate fi determinat printr-un test de adsorbtie cu azot desfasurate astfel incat azotul condensat sa intre in totalitate in porii carbunelui
Carbunele activ confine o structura complexa de pori de forme si marimi diferite Porii au de obicei o geometrie neregulata si sunt interconectati Dimensiunile porilor sunt uzual intre 10 A si 100000 A (001 cm) Distributia dupa marime a porilor depinde de tipul de material utilizat si de metoda si de durata procesului de activare
31327 Suprafata internaSuprafata interna a materialelor poroase in general se determinS cu ecuatia BET stabilita de
Brunauer Emmett si Teller Ecuatia descrie formarea de strate multiple de gaz condensat care apar atunci cand un gaz adsorbabil (de exemplu azotul) este in contact cu materialul poros Intr-un astfel de test se utilizeaza azot la temperatura de fierbere si presiunea atmosferica (-196 degC sau 77 K)
Ecuatia BET (expresia 318) a fost derivata presupunand urmatoarelebull rata de condensare a moleculelor din primul strat este egala cu rata de evaporare a
moleculelor din zonele acoperite cu un singur strat de moleculebull caldura de adsorbtie peste primul strat este constants si egala cu caldura de lichefiere
qqm=b(PPS)(1-PPs)(1-PPS+bPPS) ( 3 1 8 )
In care Ps - presiunea de vaporizare la saturatie la temperatura utilizata in test uzual 1 atm
q - cantitatea de substanta adsorbita la presiunea P
qm - cantitatea de substanta adsorbita numai cand se constata acoperirea totala a suprafetei cu un strat monomolecular
b - constanta determinata experimental
In figura 336 se prezinta o relatie tipica intre marimea porilor si suprafata totala Suprafata cumulativa este data de insumarea suprafetelor tuturor porilor cu un diametru dat sau mai mare Se remarca faptul ca marea majoritate a suprafetei este atribuita porilor de mici dimensiuni
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI60
3133 Teste uzuale de adsorbtie
In practica se utilizeaza o serie intreaga de teste pentru a determina capacitatea de adsorbtie pentru diferite tipuri de carbune activ Printre acestea se mentioneaza
- Indicele Iod reprezinta cantitatea de iod in miligrame pe gram adsorbit de un carbune activ la echilibru cu o solutie I2-KI cu concentratia 002 N indicele iod indica suprafata totala a porilor cu diametru de 10 A sau mai mare valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 800 - 1000 mgg
Indicele Melasa reprezinta un indicator al puterii de decolorare a carbunelui activ granular in contact cu 0 solutie de melasa la fierbere indicele melasa este in stricta legatura cu suprafata totala a porilor cu diametrul mai mare de 28 A valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 200 - 300
- Indicele Albastru de Metilen reprezinta cantitatea de albastru de metilen adsorbita de 1 g de carbune activ la echilibru in contact cu o solutie cu concentratia 1 mg1 de albastru de metilen Albastrul de metilen are greutatea moleculara 320 si indica suprafata totala a porilor cu diametrul de 15 A
- Activitatea tetraclorurii de carbon tetraclorura de carbon CC14 este un compus molecular mic si poate intra in toti porii In acest test un curent de aer este saturat cu CCI4 la 0 degC si este trecut printr-un strat de carbune activ mentinut la 25 degC pana cand nu se mai detecteaza nici o schimbare in greutate Activitatea este greutatea CCI4 adsorbita pe unitatea de greutate de carbune activ exprimata procentual Valorile uzuale ale acestui indicator sunt in gama 60 -80
- Indicele butan este similar activitatii tetraclorurii de carbon valoarea acestuia este exprimata grame de butan adsorbite pe 100 ml carbune activ valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 7 - 8 g 100 ml carbune activ
- Indicele FINAD stabilit de cercetatorul C Gomella si reprezinta un produs al mai multor indici F - fenol I - iod N - indol A - antipirina D - detergent
316 Deferizarea si demanganizarea apei
Fierul (Fe) si manganul (Mn) sunt elemente care se gasesc frecvent in mediul subteran si in apa apar in concentratii pana la 10 mg1 (Fe) si 2 mg1 (Mn) Prezenta fierului si manganului in apele potabile pot genera urmatoarele probleme
bull produce gust metalic dezagreabil
bull coloreaza tesaturile si echipamentele sanitare
bull formeaza precipitate in conducte care favorizeaza dezvoltarea bacteriilor feruginoase (Chrenothrix) acestea modifica regimul hidraulic calitatea apei distribute si favorizeaza fenomenele de coroziune
3161 Echilibrul fierului si manganului in apa
Fierul si manganul sunt prezente dizolvate in solutiile apoase sub forma Fe2+si Mn2+ Concentratia in oxigen a apelor subterane care contin Fe si Mn este nula Din namolurile situate in
2+ ~
zona anaeroba din hipolimnion se elibereaza ioni de Fe2+ si Mnz+ in apele lacurilor In numeroase ape naturale se remarca prezenta Fe3+ asociata cu substantele humice Stabilitatea fierului si manganului in apa depinde de numeroase variabile
bull pH-ul apei
bull concentratia diferitelor elemente chimice
bull potentialul de oxido-reducere (Eh) al solutiei
In figura 341 se prezinta diagrama de stabilitate a formelor fierului in solutie in aceasta diagrama o curba (linie) reprezinta locul geometric pentru care concentratia celor doua substante este aceeasi De exemplu linia 1 reprezinta solutia pentru care O2 si H2O au aceeasi valoare Aria cuprinsa intre curbele 1 si 2 reprezinta aria de stabilitate a compusilor de Fe Chimia manganului este asemanatoare cu cea a Fe Astfel la pH si Eh reduse Fe si Mn sunt stabile in forme bivalente
bull Fe Mn (bivalenti) - in general prezenti
bull CO2 agresiv - adesea prezent
bull O2 dizolvat - redusabsent
bull H2S - prezent in special in apele de adancime de carst
bull NH4 - prezent frecvent fara indice poluare
bull NO3 - continut ridicat pentru stratele freatice
bull Micropoluanti - in general absenti poluarile accidentale
bull Elemente vii - frecvent ferobacterii
bull Caracter eutrof-nul
Din punct de vedere al incarcarii s-a propus clasificarea surselor subterane in doua categorii
bull Surse cu incarcare redusa s-a luat in considerate existenta Fe2+ si Mn2+ in apa subterana in cantitati reduse dar care depasesc limitele impuse de Legea 4582002
bull Surse subterane incarcate in acceptiunea incdrcat se intelege depasirea continutului de Fe (pana la 50 ori) Mn (pana la 20 ori) azotati azotiti si H2S
In tabelul 21 se indica principalele caracteristici
Tabelul 21 Caracteristici principale surse subterane Denumire parametru Caracteristici apa
brutaFrecventa de depasire a prevederilor Legii 4582002 ()
Caracteristici necesare apa tratata
Tncarcare redusa
sursa incarcata
Tncarcare redusa
sursa incarcat
a
Directiva 9883EC
Legea 4582002
Fier total (mgl) 02-20 30-100 20 50 02 02Mangan (mgl) 005-05 08-10 20 50 005 005Azotati (mgl) lt50 80-120 - 80 50 50Azotiti (mgl) lt05 20 - 50 - 80 05 05Amoniu (mgl) lt05 10-20 - 50 05 05Hidrogen sulfurat (mgl) lt01 13-20 - 50 - 01
in situatia in care se utilizeaza 0 sursa subterana cu incarcare redusa potabilizarea apei se poate realiza printr-o schema indicata de figura urmatoare
Figura 28 Schema de tratare a apei din sursa subterana cu Tncarcare redusa Notatii Aerare - Bazin de contact pentru oxidare fier si mangan FRN - filtrare rapida pe strat de nisip pentru
retinere fier si mangan oxidat DZF - Dezinfectie cu clor
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
Schemele de potabilizare pentru surse incarcate sunt complexe asa cum rezulta din figura 29 Sunt necesare
bull procese de oxidare in sistemul multi - bariera (pre-oxidare si post-oxidare)
bull procese performante de oxidare sedimentare in stadiul I si II
bull procese de afinare
In astfel de situatii solutiile se stabilesc prin analiza mai multor variante de surse functie de consumatorii afectati o sursa mai departata (zeci de km) poate deveni avantajoasa vis-a-vis de costurile implicate in tratare
1
Figura 29 Schema de tratare apa din sursa subterana foarte
Incarcata INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
1
24 Captari din rauri
241 Captari Tn albie
2411 Captarea cu sorb
Se recomanda pentru captari provizorii mobile sau sezoniere Consta intr-un sorb amplasat convenabil in apa si stabilizat pentru protectie contra plutitorilor mari In figura 210 este schitata o captare fixa cu sorb
Sorbul este o confectie metalicS specials inchisa la un capat legata cu flanse la conducta de aspiratie cu celalalt capat si prevampzutS cu orificii pe suprafata laterals (cu dimensiuni suficient de mici pentru a nu intra plutitorii sau suspensiile mari) Pentru a avea viteze mici de intrare diametral sorbului este de 15 ori mai mare decat diametral conductei de aspiratie Pentru a nu aspira plutitori care sa-1 infunde sau a nu fi blocat in gheatS (hg = 03 - 04 m) si pentru ca gheata care se sparge in bucati la o viiturS de primavarS sa nu blocheze sorbul si sa-1 distrugS acesta trebuie sa fie asezat la minimum 05 m sub nivelul minim al raului la asigurarea normatS Pentru a capta aluviuni cat mai putine si de dimensiuni mai mici sorbul trebuie asezat la minimum 05 m peste fundul albiei Rezulta cS sorbul se poate prevedea in conditii normale in ape a caror adancime depSaeste 120 m (considerand ca sorbul are un diametra de minim 200 mm la un debit relativ mic)
Tot in scopul reducerii cantitatii de aluviuni antrenate sorbul se aseaza cu ajutorul unui cot in sensul de curgere al apei astfel incat apa sa intre in sorb prin intoarcere Sorbul se stabilizeaza in albie cu ajutorul unor piloti din lemn cu diametral de 0 10-12 cm batuti sub adancimea de afuiere in albie
In cazul captarilor mobile (folosite in special la irigatii) conducta de aspiratie se poate lasa aproape vertical in apa neingropata in mai cu asigurarea ca efectul dinamic al apei este atat de mic incat eforturile rezultate pot fi preluate de imbinari si conducte Sprijinirea se face prin amenajarea malului in trepte (trebuie avut grija sa nu fie depasita inaltimea de aspiratie a pompei amplasate pe mai)
2412 Captarea cu crib
Este o captare la care sorbul este protejat cu o constractie fixa stabila numita crib Cribul poate fi executat din elemente detasabile (grinzi din lemn elemente din beton armat de tip grinda) sau turnat pe loc (cu sorbul separat sau sorbul incorporat in constractie) In figura 211 se prezinta o captare cu crib
Grataral cribului se dimensioneaza la o viteza medie de trecere de 01 - 03 ms grataral se executa din bare rezistente la socul cu plutitorii iar amplasarea lor se face pe partea laterala sau aval a cribului (soc din cauza plutitorilor redus acces redus al aluviunilor din cauza intoarcerii curentului de apa aluviunile tree avand inertie mai mare)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 18
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
Apa captata prin crib poate fi aspirata de o pompa sau poate fi sifonata intr-un put colector cu rol de deznisipator si camera de aspiratie pentru pompe Vacuumul maxim pe conducta nu trebuie sa depaseasca 4-6 metri
Pentru sporirea sigurantei constructiei pot fi realizate mai multe criburi asezate in sah la 10-20 m in albie legate separat la pu|ul colector in cazul unor utilizatori importanti pot fi prevazute si criburi de rezerva Este esential ca toate criburile sa fie in stare de functionare altfel din cauza nisipului conductele de legatura si captarea se blocheaza Periodic conducta si cribul pot fi spalate prin aspirarea apei prin (n-1) criburi si refularea acesteia (sau a unei parti) prin cribul n care se spala Pentru aceasta instalatia hidraulica in putul colector trebuie gandita adecvat
Daca malul este inundabil si putul colector nu se poate departa pentru a iesi din zona inundabila vor fi luate masuri de indiguire a zonei sau de ridicare a putului la o cota cu minimum 050 m peste nivelul inundabil si aparare contra efectului dinamic al apei (accesul la put se va asigura pentru orice conditii)
A
In cazul in care nu se poate asigura adancimea pentru navigatie cu acordul beneficiarului zonei de navigatie se poate amplasa cribul mai sus luandu-se masuri corespunzatoare pentru marcarea pozitiei criburilor prin balize
242 Captari Tn mai
Captarea in mai se adopta in cazul unor debite importante cu o mare siguranta in functionare si cand situatia locala nu permite executarea de criburi
Captarea de mai are mai multe variante de constructii in functie de debitul captat si de destinatia apei captate Astfel pentru centre populate sau industrii unde debitul este totusi redus iar apa urmeaza sa suporte o tratare pentru corectarea calitatii pot fi prevazute captari cu cheson de mai Pentru debite mari de apa (mari unitati industriale centre populate mari irigatii CET-uri etc) se prevad captari in mai de tip bazin deschis
1
Figura 211 Captare cu cribLegenda 1 Put colector (cheson) 2 Crib din elemente prefabricate 3
Gratar 4 Saltea de fascine 5 Conducta de sifonare 6 Sistem de amorsare 7 Vacuum 8 Sorb 9 Conducta catre statia de pompare 10 Radier din beton armat
11 Cutitul chesonului 12 Strat depuneri
Captarea cu cheson este o constractie monolita care de obicei cuprinde si statia de pompare - echipata eel mai bine cu pompe cu ax vertical Schematic constructia unei captari de mai este prezentata in figura 212
B - B
c
Figura 212 Captare de mai cu cheson a-sectiune verticala 6-8 fo-detaliu sita c-sectiune orizontala
A - A
Legenda1 - camera de admisie si deznisipare a apei 2 - camera sitelor rotative 3 - camera cu rol de bazin de aspiratiepentru pompe 4 - camera uscata pentru pompe
INSPECTIA SANITARA SIMONITORIZAREA CALITATII APEI
Constructia este formata dintr-un cheson de dimensiuni mari asezat in malul raului astfel incat in fata ferestrelor de priza sa fie asigurat in permanent un nivel suficient de apa
Din cauza dimensiunilor si adancimii mari de fundare de obicei lansarea chesonului se face cu aer comprimat in partea de jos asigurandu-se o camera de lucru betonata ulterior Constructia este compartimentata vertical pe linii tehnologice dintre care una este intotdeauna de rezerva In interior se deosebesc patru camere (compartimente) cu urmatoarele roluri
1 Camera de admisie si deznisipare a apei (cu posibilitati de evacuare a nisipului depus)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
2
20
2 Camera sitelor rotative sitele rotative sunt formate din panouri de sita cu ochiuri relativ mici (1-3 mm) articulate si trecute peste doua tambururi - unui sus (motor) si altul jos (pasiv) apa trece prin panourile de sita sunt retinute pe sita impuritatile mari plutitorii in general si apoi panoul descarcat se ridica permanent ajungand deasupra nivelului apei in fata unui jet de spalare
3 Camera cu rol de bazin de aspiratie pentru pompele din camera 4
4 Camera uscata care adaposteste pompele treapta I (care trimit apa de la sursa la statia de tratare) In cazul in care nu se dispune de pompe cu ax vertical (care au motoarele montate pe platforma superioara) pot fi prevazute fi prevazute si pompe cu ax orizontal cu luarea unor masuri importante de pastrare uscata a camerelor
Cand sunt disponibile pompe cu ax vertical camerele 3 si 4 pot fi unificate In partea superioara a constructiei se prevad camera de comanda camera de manevra a vanelor si pompelor de epuisment camera motoarelor pompelor verticale si sala transformatoarelor (daca este cazul) Nivelul planseului se executa de obicei cu circa 07 m peste nivelul maxim al apelor raului cu asigurarea 1 In fata prizei se executa o pasarela de acces a personalului pentru curatarea gratarelor de la priza si indepartarea plutitorilor si ghetii Gratarele sunt rare cu distante intre bare de 3 - 10 cm
Admisia apei in priza se face prin doua serii de ferestre - o fereastra sub nivelul minim si o fereastra sub nivelul maxim Viteza de trecere a apei este de 02 - 03 ms iar nivelul de apa peste marginea de sus a ferestrei de minimum 050 m
La nivelurile mari in rau se lucreaza cu fereastra de sus pentru a evita antrenarea in priza a aluviunilor mari care sunt tarate de apa la partea de jos a albiei Pentru inchidere fiecare fereastra are in spate o stavila plana manevrabila de la suprafata In fata ferestrelor gratarele sunt rare din bare rotunde (teava) sau profile si se pot curata cu greble mecanice (la prizele mari) sau manual Gratarele trebuie sa fie executate cu atentie si iarna se pot inlocui cu gratare din lemn sau se pot lua masuri speciale pentru a se evita prinderea zaiului de barele metalice (bune conducatoare de caldura)
Zaiul este gheata in cristale fine care pluteste in masa de apa Pentru a evita blocarea cu gheata au fost imaginate mai multe sisteme toate fiind insa perfectabile Astfel la centralele termice sau industriale unde exista abur rezidual sau apa calda se transforms gratarul in radiator prin interiorul tevilor circuland agentul de incalzire sau se toarna apa calda inaintea gratarului astfel incat apa care trece prin gratar sa aiba 01 - 05degC In alte cazuri s-a transformat gratarul in rezistenta electrica legandu-1 la o sursa de tensiune convenabila (putere instalata de cca 10 kWhm2) consumul de energie este relativ mare iar pericolul de accidentare este ridicat S-a recurs si la imbracarea barelor gratarului in cauciuc ebonita sau mase plastice in scopul impiedicarii zaiului sa se prinda de bare In foarte multe cazuri insa se sparge gheata la priza cu unelte manuale atunci cand se constats ca nu mai intra apa suficienta operatiune foarte grea si riscanta In cazul in care apa raului contine in anumite perioade o cantitate mare de suspensii se poate aseza priza nu pe malul raului ci intr-un bazin executat pe malul raului iar apa raului parcurgandu-1 se produce deznisiparea
Foarte importante sunt forma sub care se amenajeaza intrarea apei din rau in bazin (existand riscul aparitiei depunerilor) si modul in care se reuseste sa se faca evacuarea depunerilor din bazin In literature de specialitate se citeaza si alte posibilitati de folosire a acestor bazine Uneori aceste bazine au fost executate sub forma de canale lungi cu priza la caparul eel mai departat Curatirea canalului se poate face prin dragare
Sunt situatii insa in care din motive locale debit mare si curgere gravitationala captarea poate fi mai simpla Captarea poate avea un singur compartiment pentru debite mici sau poate fi organizata pe linii pentru usurinta exploatarii Intrarea apei se face pe sub un timpan care evita socul plutitorilor cu gratarul si dirijarea acestora in aval Pentru punerea la uscat fiecare compartiment se prevede cu batardou demontabil Priza poate avea doua gratare in serie un gratar rar si un gratar des
O mare importanta o are directia de asezare a gratarului fata de directia circuitului de apa asezarea corecta este data de conditiile locale si uneori sunt necesare studii detaliate pe model in laborator Gratarul se poate aseza paralel cu curentul de apa putin oblic astfel incat apa sa atace gratarul sub unghiul eel mai favorabil sau frontal
243 Captari cu regularizarea albiei
Sunt situatii in care pe rau exista debitul de apa necesar pentru captare dar albia este atat de dezvoltata incat inaltimea apei nu permite derivarea debitului necesar In aceasta situatie este nevoie de inaltarea (cresterea) nivelului apei Una din solutii este de a ingusta albia prin lucrari artificiale de regularizare Intrucat asemenea lucrari de regularizare pot fi necesare si in alte cazuri (stabilirea albiei minore de exemplu) vor fi date cateva elemente generale urmand ca in caz de necesitate sa se apeleze la lucrari de specialitate Lucrdrile de regularizare se prevad si se executa cu respectarea urmatoarelor reguli generale
bull la ape mici curgerea sa fie cea dorita (stabila catre priza) iar la ape mari sa nu se produca inundatii in zonele vecine (sa nu se reduca din capacitatea de transport a albiei)
bull lucrarile sa se execute in etape pentru a se putea cunoaste reactiile la noile conditii si pentru a se putea cunoaste reactiile la noile conditii si pentru a se putea face corectari in etapele urmatoare
bull tipurile de lucrari sa se incadreze in peisaj
bull lucrarile sa nu stanjeasca circulatia apei pentru alte folosinte sau sa produca baltirea apei cu efecte de insalubritate
bull sa se prevada lucrari cu materialele din zona
bull sa fie folosita tendinta naturala de curgere a apei puterea si capacitatea colmatata a curentului
In figura 38 sunt schitate tipurile de lucrari mai des utilizate lucrari in albie (diguri de dirijare traverse de colmatare epiuri) si lucrari de aparare si consolidare a malurilor Elementele constructive tip sunt in general executate printr-o combinatie rationala de
bull combinatie de lemn cu piatra (casoaie suluri si saltele de fascine)
bull combinatie de piatra cu metal (gabioane)
bull anrocamente (piatra mare sparta)
bull beton beton armat sub forma de constructii masive sau elemente prefabricate
bull constructii vii formate din inierbare vegetatie mica (se ia in considerare capacitatea de transport a
albiei la ape mari)Apardrile de mai sunt lucrari de consolidare a malului raului impotriva efectului de eroziune al apei
la viteze mari Acestea pot fi lucrari foarte simple cum sunt taluzele inierbate cu unele elemente simple de fixare sau lucrari mai complicate ca taluz pavat cu elemente de beton zidarie de piatra rostuita sau nu
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
Figura 213 Lucrari de regularizare a albiei Tn zona prizeiLegends a - plan cu tipurile de lucrari b - tipuri de aparari de mai 1 - cu
casoaie 2 - cu dale din beton armat 3 - cu elemente mixte (zidarie de piatra secti Tnierbare) c - diguri epiuri executate din 1 - gabioane 2 - anrocamente
22
zidarie de sprijin din zidarie beton sau beton armat La constructive de mai trebuie tinut seama ca in afara de efectul de erodare si de afuiere a patului de sprijin actioneaza si impingerea malului
Digurile longitudinale sunt lucrari executate in albie care au rol de a dirija pe o portiune un spatiu relativ fix apa raului Se realizeaza din anrocamente cu marime suficienta pentru a nu fi antrenate de apa prefabricate de beton gabioane (piatra de rau balast inchis in casete de sarma zincata pentru a obtine o stabilitate generala mare - elemente simple ieftine si stabile atata timp cat sarma de la cos nu cedeaza sub efectul eroziunii si coroziunii) casoaie din lemn blocuri de beton legate elastic etc Capetele acestor diguri trebuie sa fie bine aparate eventual legate cu cate un epiu astfel incat curentul de apa sa nu patrunda in spatele digului Daca digurile sunt deversate vor fi luate masuri constructive contra afuieri sau spalarii patului cu efect imediat asupra stabilitatii constructiei
Epiurile sunt ca si digurile constructii permeabile rezistente la actiunea apei submersibile sau nu care dirijeaza apa raului pe un anumit spatiu si favorizeaza colmatarea treptatS a spatiului dintre ele Ca pozitie pot fi dirijate spre aval normal pe albie sau orientate spre amonte Se executa din aceleasi materiale ca si digurile Daca albia are un pat usor afuiabil inainte de executia digului propriu-zis se amenajeaza un pat elastic din saltele de fascine sau numai rulouri de fascine O atentie deosebitS se da capului epiului (partea terminals dinspre apa) care este elementul eel mai solicitat Totdeauna coada epiului trebuie bine incastrata in mai pentru a nu permite apei sa-1 ocoleasca
Traversele de colmatare sunt diguri scurte executate din umplutura de material local protejata cu anrocamente mari pe albia minora ce trebuie pSrSaitS sau pe bratele auxiliare care trebuie sa fie colmatate L ape mari spatiul dintre traverse se umple cu aluviuni si in timp traseul vechi al albiei minore dispare
Toate constructiile enumerate anterior si altele asemSnStoare imaginate de specialisti trebuie sa fie verificate si la efecte (in perioada de primavara nu trebuie sa se permita formarea de zSpoare -blocuri de gheata spartS aglomerata care favorizeaza inundatiile) Pe zonele de rau regularizate tipurile de constructii pentru captarea apei sunt similare cu cele pentru albia neregularizatS dar cu adancime suficientS a apei De altfel totdeauna cand se executa constructii legate de apa vor fi luate si masuri de stabilizare a albiei in zona afectata
244 Captari cu baraj de derivatie
In cazul in care pe rau nu se poate asigura nivelul minim necesar pentru captarea apei iar regularizarea albie nu este posibila sau rationala se recurge la executarea unei constructii pentru ridicarea artificials a acestuia dacS debitul captat este important iar fenomenele de iarnS nu pun probleme deosebite
Pentru a nu crea prejudicii pentru alti beneficiari constructia numita stdvilar sau baraj de derivatie trebuie sa asigure concomitent urmStoarele conditii
bull sa fie stabilS la actiunea dinamicS a apei
bull sa permita evacuarea debitelor mari fSrS a provoca inundatii sau deteriorarea altor constructii
bull sa permits evacuarea gheturilor de primSvarS
bull sa asigure navigatia plutaritul circulatia pestilor sau alte folosinte etc Forma
captSrii depinde de
bull marimea debitului captat raportul debit captat debit rau
bull variatia debitului raului si aluviunilor transportate
bull posibilitStile de executie
bull amplasamentul efectiv al prizei (natura albiei adancimea stratului impermeabil inSltimea malurilor etc)
In continuare sunt date cateva exemple de constructii caracteristice pentru asemenea prize
Captarea pentru debit mare realizabilS pe un rau mare pentru localitSti industrii irigatii energie etc Are alcStuirea generals din figura 214
Intre douS culei (o culee este o constractie de legSturS intre constructia dintre albie si mai) se executS elementul de barare a albiei adicS de ridicare a nivelului apei la cota minimS necesarS Aceasta poate fi un prag - baraj deversor dacS lungimea disponibilS si cota malului permit
evacuarea debitelor mari de rau sau baraj cu stavile mobile (stavilar) care se pot ridica sau culca (intr-un locas special prevazut) in radier lasand libera sectiunea pentru evacuarea apelor mari Sunt si cazuri in care din cauza deschiderii mari a albiei s-a adoptat o solutie mixta partial cu stavile partial cu baraj deversor sau uneori si cu baraj nedeversant
Pe malul opus captarii se executa daca este cazul ecluza pentru navigatie sau plutarit cu dimensiunile cerate de beneficiar si aproape totdeauna o scara de pesti pentru a asigura circulatia libera a pestilor intre cele doua biefuri (un bief este zona de rau aflata amonte sau aval de constructia considerate) Pe acelasi mai cu priza se gasesc doua deschideri de spalare prevazute cu vane plane care stau totdeauna partial deschise astfel incat debitul de apa care nu se capteaza sa nu deverseze peste baraj ci sa treaca pe sub aceste stavile
Se reaminteste ca in nici un caz nu este permisa captarea integrals a debitului raului in sectiunea respectiva o parte a debitului raului trebuie sa treaca in aval pentru mentinerea intr-o stare salubra a zonei (altfel devine depozit de gunoaie pe timp de ape scazute) asigurarea apei pentru vietuitoare si vegetatie Debitul ramas in albie este numit debit de servitute (Qs) Spalarea este necesara intracat prin ridicarea locala a nivelului apei s-a realizat in amonte o reducere locala a pantei energetice a curentului de apa Aceasta reducere conduce la micsorarea capacitatii de transport deci micul lac ce se creeaza in spatele barajului se umple repede cu aluviuni Umplerea se face si in dreptul gratarului fiind periclitata adancimea de intrare minima altfel spus se realizeaza ridicarea locala a fundului albiei Lasand libera circulatia apei langa gratar se produce continuu o spalare a depunerilor din cauza vitezei mari realizate sub stavilele de spalare
in unele cazuri prima pila a barajului a fost prelungita cu un pinten formand un fel de canal in fata prizei Apa circuland cu o viteza comparabila cu cea existenta in rau inainte de barare evita producerea de depuneri in fata prizei
Atat in dreptul stavilelor de spalare cat si al barajului deversor in aval se executa un disipator de energie al carui rol este de a reduce viteza apei la o limita care sa nu produca eroziuni spalari in aval de constractie spalari care ar putea periclita stabilitatea acesteia
Priza este o deschidere in culee protejata cu un gratar contra plutitorilor Pentru a evita antrenarea aluviunilor mari in priza aceasta se prevede cu un rag (grataral se aseaza deasupra fundului albiei la 05 - 10 m) Pentru a nu favoriza blocarea gratarului cu plutitori viteza de trecere este redusa 01 - 05 ms din care cauza priza are o forma de palnie Intrarea poate fi inchisa cu stavile Daca deschiderea totala este mare ea se poate reduce cu ajutorul unor pile intermediare Lungimea unei stavile nu va depasi 250 m altfel dispozitivele de ridicare a stavilelor devin greoaie In pile inaintea nisei stavilei se lasa profile U inglobate in beton cu deschiderea spre apa pentru a se putea lansa batardoul (umplutura din elemente grinzi de lemn sau metal) in scopul punerii la uscat a incintei pentru eventuale reparatii Deoarece dupa gratar viteza apei scade mult se produc depuneri care pot afecta circulatia pe canalul de legatura Spalarea lor se poate face cu o golire secundara - de spalare (vezi figura 214) Daca se inchide plecarea spre beneficiar (stavila V2) si se deschide stavila V3 se poate asigura o circulatie fortata cu 0 viteza cu 0 viteza mare (diferenta de nivel amonte-aval este mare) Daca debitul pe rau este suficient iar gratarele au o suprafata mai mare decat cea strict necesara se poate merge cu vana V3 partial deschisa - spalarea facandu-se continuu Pentru evitarea antrenarii plutitorilor mari si a ghetii in sloiuri la gratar se amenajeaza un perete de lemn scufundat partial (05 m) sau o linie de busteni legati articulat (care plutesc) Fenomenele de iarna sunt cele mai dificile la aceste prize
Captarea tiroleza este 0 captare cu gratar pe creasta (figura 215a) care se adopta in cazul in care debitul raului la ape mici este redus si nu poate asigura spalarea zonei din fata prizei iar debitul captat fiind mic captarea in mai se face greu (la aceasta constractie de captare se executa si o priza de iarna in cazul in care grataral ingheata) Captarea se aplica in zone de munte la rauri cu caracter torential pentru debite nu prea mari (sub lm3s) In unele situatii masivul de beton nu se vede din albie fiind alcatuit dintr-un prag de fund - cu gratar la nivelul fundului apei (grataral este inclinat aval pentru a evita blocarea cu aluviuni mari)
Captarea sub albie se adopta in situatia unor localitati de munte pentru care singura sansa de apa o constituie raul sau paraul care izvoraste de la cote inalte al carui debit scade foarte mult in perioadele de iarna si vara si in cazul care fenomenele de inghet dureaza timp indelungat In aceasta situatie 0 captare in albia raului va fi serios stanjenita iar exploatarea va pune probleme deosebite Pentru evitarea unora din aceste probleme au fost imaginate si executate captari sub fundul albiei intr-o zona in care albia este bine dezvoltata si are un pat de 2-3 m de aluviuni Constructia transversals dreneaza apa la unui din capetele sale unde pe malul raului dintr-un put este prelevata si transportata Aceasta captare se deosebeste insa de captarea subterana a apei infiltrate prin mai sau sub fundul albiei (cu drenuri radicale) deoarece apa captata are tot caracteristicile unei ape de suprafata dramul parcurs prin patul aluvionar fiind foarte scurt o asemenea apa are o turbiditate mai mica decat apa captata direct din rau
Schema unei captari sub albie numita uneori si caucaziana este data in figura 215b iar schema unei captari proiectata pentru extinderea provizorie a alimentarii cu apa a unei localitati din tara - la un debit de 10 dm3s in figura 215C
Din figura se observa ca in patul aluvionar al raului se executa o constractie permeabila care dreneaza apa ce se scurge prin subteran sau care se infiltreaza direct asupra constractiei In fata acestei constructii si deasupra ei se executa un blocaj din anrocamente care sa permita accesul mai bun al apei si totodata sa stabilizeze constructia contra efectului dinamic la ape mari (captarea lucreaza ca un prag de fund stabilizator)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 25
Captarea este relativ simpla usor de executat si cu rezultate bune in exploatare Trebuie insa data o atentie deosebita posibilei colmatari a zonei de acces la elementul drenant din cauza apei ce confine fibre de dimensiuni mici (celuloza si hartie) material ce se colmateaza etc
26 Captari din lacuri
Tara noastra nu dispune de lacuri naturale de volume importante care sa poata folosi drept sursa de apa Din aceasta cauza captarile vor fi analizate din punct de vedere al prelevarii apei din lacurile artificiale
In etapa actuala in tara noastra executarea de captari cu debite importante din majoritatea raurilor interioare nu se pot face fara o regularizare a debitului deoarece desi regimul precipitatiilor este relativ uniform (200-2000 mman) distributia in timp este foarte neuniforma Aceasta face ca in perioadele de primavara si toamna debitele sa fie foarte mari iar in perioada de vara si mai ales iarna debitele sa scada la valori extrem de mici cu totul insuficiente pentru alimentarea folosintelor Regularizarea debitelor se face prin lacuri de acumulare special create (bazine uriase cu volume de zeci de milioane-miliarde de metri cubi) care acumuleaza apa din rau in perioadele de viitura si permit folosirea acesteia la debitele dorite
Este insa evident ca un asemenea lac nu se poate crea decat printr-o constructie specials de blocare a albiei numita baraj constructie care prin amploare si efort de investitie pune probleme deosebite Din aceasta cauza executarea unor asemenea lucrari se face prin cooperare cu alti beneficiari lacul urmand sa aiba o folosinta complexa dupa cum urmeaza
bull va reduce viiturile si va permite protej area localitatilor si scoaterea unor suprafete de sub efectul inundatilor redandu-le circuitului agricol
bull volumul de apa acumulat confine o cantitate mare de energie hidraulica energie care poate fi transformata in cadrul centralelor hidroelectrice in energie electrica si data in circuitul energetic al tarii
bull o parte din volumul de apa acumulat poate fi preluat pentru irigarea unor importante suprafete de teren
bull parte din lac poate fi amenajat ca zona de agrement dezvoltand zona din punct de vedere turistic
bull se poate imbunatati regimul de curgere in aval cu efect si asupra calitatii apei
Din punct de vedere al alimentarii cu apa lacul are eel putin in prima perioada un efect favorabil apa prelevata fiind in general mai limpede si mai constants sub raport calitativ Aceasta presupune insa preluarea apei direct din lac (varianta I din figura 216) lucru care poate dezavantaja pe alti beneficiari (cei care se ocupa de producerea energiei de exemplu)
Pe de alta parte apa stationand mult timp in lac isi modifica calitatea iar prin descompunerea depunerilor si dezvoltarea unor microorganisme specifice apa poate sa capete gust neplacut (gustul este diferit de eel al apei de rau care este apa curgatoare) De aceea uneori apa este acumulata dar nu este captata din lac ci uzinata si lasata sa curga pe vechea albie pentru a se aera (varianta Il-a din figura 216) Solutia este
Figura 215 Captari speciale a - captare tiroleza b - captare cu galerie transversala pe fundul albiei c -
dren sub fundul albiei
favorabila in cazul in care utilizatorul de apa se afla la distanta mare Daca centrala functioneaza continuu atunci captarea se poate face in curent liber daca insa centrala (UHE) functioneaza in regim de varf (cum de obicei functioneaza asemenea centrale cateva ore in cursul zilei) atunci avalul inainte de priza trebuie prevazut un lac de compensare zilnica a debitelor lac care sa retina apa uzinata in regim neuniform si sa permita captarea unui debit relativ constant Cele doua variante aratate schematic in figura 216 trebuie comparate ca avantaje si dezavantaje
Priza de apa poate fi realizata in corpul barajului in aval de baraj sau in lac Elementele care conduc la stabilirea solutiei sunt
bull pozitia utilizatorului de apa fata de lac captare din lac daca acesta este amplasat amonte si departe de baraj in baraj sau aval pentru un consumator aval sau din alt bazin hidrografic
bull marimea lacului variatia nivelului apei in lac
bull existenta unei salbe de lacuri pe raul respectiv
bull utilizarea rationala complexa a apei acumulate (de regula la stabilirea amplasamentului lacului se statueaza si modul de folosire al apei)
bull tipul de baraj si simultaneitatea executiei barajului cu priza pentru folosinte de apa in general dupa executarea barajului priza poate fi numai in aval sau in lac
bull conditiile reale de teren trebuie tinut seama ca baraj ele cu lacuri mari de acumulare sunt situate in zona de deal - munte
bull conditiile rationale de tratare a apei obtinute din lac
261 Priza tn aval de baraj
Se poate executa oricand inainte si dupa executia barajului in forme si la debite adecvate Sunt posibile urmatoarele tipuri de captari
bull captari in curent liber de forma celor descrise anterior pe raul pe care debitul regularizat prin lac are valori mult mai mari
bull captari in baraj sau in lac in cazul in care lacul are ca principals folosinta alimentarea cu apa sau cand barajul este realizat pentru un lac de compensare a debitelor rezultate de la functionarea unor centrale hidroelectrice din amonte
bull captari in lac in cazul in care lacul compenseaza folosinta energetica iar beneficiarul este departe de baraj in amonte
262 Prize Tn corpul barajului
Sunt gandite si executate odata cu barajul astfel incat sa nu pericliteze siguranta in functionare a acestuia dar sa poata preleva apa de calitatea cea mai buna existenta la un moment dat in lac
In cele ce urmeaza sunt date exemple de captari de apa executate in baraj Daca barajul este din beton priza este de regula comuna cu barajul (figura 217)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 27
apa curgatoare Barajul care realizeaza lacul de compensare este din materiale locale cu un sistem de stavile pentru spalarea depunerilor de viitura (figura 219)
In figura 220 este schitata captarea dintr-un lac al carui baraj este executat din materiale locale cu miez de etansare din argila Captarea se executa total izolat de baraj (in malul natural sau in lac figura 221 - pentru a nu-i produce dificultati barajului prin exfiltrarea apei pe langa sistemul de transport al apei) si pentru ca priza sa nu aiba dificultati la tasari neuniforme ale barajului Apa captata din priza turn de la cote diferite functie de calitatea acesteia este evacuata prin conducte sau galerii amplasate in malul natural
Acest tip de captare poate fi aplicata si in alta pozitie in cuprinsul lacului pentru beneficiari riverani - amonte de baraj
Cand principala folosinta a lacului este de combatere a undei de viitura captarea poate avea o forma speciala (figura 222) Captarea este amplasata la o cota deasupra rezervei destinata acumularii depunerilor din lac si trebuie sa evite blocarea cu corpuri mari ce pot cadea prin apa intrucat nu este accesibila decat la ape mici - lac gol sau lac golit
263 Captari in lac
Se utilizeaza atunci cand in amplasament nivelul apei este asigurat intotdeauna deasupra unor valori limita Se pot practica o captare de tip turn (figura 221) cand debitul captat este important iar nivelul lacului relativ constant o captare plutitoare cand alimentarea cu apa este sezoniera sau conditiile de iarna nu sunt severe o captare de fund cand lacul este de adancime mare si cu un volum de apa important (figura 223a)
Captarea de fund este formata dintr-un sorb (pot fi prevazute mai multe asemenea constructii separate) asezat pe o confectie metalica stabila de tip tetrapod Se amplaseaza deasupra nivelului (apreciat) de colmatare si sub nivelul minim al apei din lac (acoperire mai mare pentru a o feri de plutitori) Zona captarii va fi balizata pentru a fi ferita de accesul plutitorilor si a putea fi usor reperata pentru control se marcheaza si zona de protectie daca este cazul Conducta de legatura (suficient de elastica daca are lungime mare) se lanseaza prin plutire si poate permite ridicarea prizei in caz de nevoie Captarea va fi amplasata la o asemenea adancime incat sa nu fie deplasata de valuri si totodata nu intr-o zona in care valurile pot pune in miscare depunerile de pe fund si deteriora calitatea apei Captarea este tipica pentru prelevarea apei din lacurile naturale (figura 223b)
Existenta lacurilor de acumulare ridicS probleme importante sub trei aspecte generale aspecte care pot influenta calitatea apei captate siguranta in functionare a prizei sau si a zonelor vecine
bull pentru lacurile mici problema cea mai importanta este legata de colmatarea cu aluviuni lipsa masurilor de protejare amenajare si stabilizare a solului in bazinul hidrografic conduce la antrenarea unei mari cantitati de sol (mai ales fertil) care blocheaza in scurt timp volumul lacului
bull pentru lacurile cu volum mediu (milioane de m3) problema cea mai importanta este eutrofizarea apei lacului
bull pentru lacurile mari (sute de milioane m3) problema importanta este imbdtrdnirea lacului (o eutrofizare lenta avand ca punct final obtinerea unei ape de calitate total deosebitS de aceea a raului din care pro vine)
Eutrofizarea lacurilor este o problema acuta a multor lacuri din zone de ses si colinare Cauza principals este aportul de substante fertilizante (fosfor carbon azot) Fosforul (adus in apa in special din apele uzate orSaenesti - neepurate adecvat) in cantitSti mici favorizeaza randamentul de functionare a fitoplanctonului care la randul lui favorizeazS fixarea azotului cu ajutorul bacteriilor Dezvoltarea fitoplanctonului favorizeazS dezvoltarea zooplanctonului si deci a populatiei de pesti
DacS fluxul energetic si aportul de substante este moderat atunci ciclul se incheie devine stabil si lacul isi pSatreaza calitatea de lac oligotrof (figura 224a) In cazul in care cantitatea de fosfor creste creste volumul de fitoplancton deoarece nu exista suficient azot si lantul se rupe Zooplanctonul si pesti mor substantia organicS creste bacteriile consumS oxigenul si lacul devine eutrof acoperindu-se cu vegetatie (care are rSdacinile in malul situat pe fundul lacului si frunzele la suprafata realizand fotosinteza figura 224b) Consumarea oxigenului de cStre substantele in descompunere si capacitatea redusa de aerare fac ca apa lacului sa aibS de regulS un continut mai redus de oxigen
Daca se reduce cantitatea de nutrient (in special fosforul) dupa un timp calitatea apei se imbunatateste neajungand insa la calitatea initials (se considers ca un continut Tn fosfor de 10-20 mgl este acceptabil)
Imbdtrdnirea lacurilor este fenomenul de modificare continuS a calitatii apei lacului ca urmare a noului echilibru ce se realizeazS intre aportul de substante si circulatia apei Apa care ajunge in lac este o apa cu continut ridicat de substante minerale si organice Acestea se depun se descompun intra in reactie formand substante noi cu continut de Fe N S C (H2S CH4) substante care modifies chimismul apei Pe baza aportului de substante si sub influenta luminii creste productia de masa organica (schema lacului oligotrof) Apare un fenomen nou de circulatie a apei in lac vara apa de la suprafata este calda deci mai usoarS toamna insa apa se rSceste devine mai rece decat apa de la fundul lacului (are cca 4degC sub 15 - 20 m temperature ramane relativ constants) deci devine mai grea (densitatea creste la scaderea temperaturii) si coboarS inlocuind apa mai calda de adancime apa care se ridicS (depunerile mai pot fi agitate si de valurile de la suprafata)
Pozitia captarii in lacurile adanci trebuie sa fie totdeauna in zona medie cu temperature relativ constants (6 - 12degC) si unde nu se simte direct influenta descompunerilor ce se produc la fundul lacului (sau tulbureala datS de depunerile rSacolite)
28 Procese de pre-tratare aplicarea de algicide
Algele sau cianobacteriile (algele verzi-albastre) din lacurile si acumularile de stocare pot crea probleme de gust si miros precum si aparitia unor substante ce provoaca imbolnaviri (toxine) Pentru controlul dezvoltarii algelor sau cianobacteriilor se pot folosi compusi care distrug algele (algicidele) Daca are loc un eveniment legat de utilizarea algicidelor (calitatea apei este afectata de utilizarea unui algicid) pot avea loc urmatoarele
bull daca se utilizeaza algicide in exces substanta chimica poate provoca imbolnaviri
bull daca volumul de alge sau cianobacterii este prea mare si nu poate fi controlat de algicid toxinele din alge cianobacterii pot provoca imbolnaviri
bull daca se utilizeaza ca algicid paiele de orz substantele din paie pot reactiona cu dezinfectantele si forma subproduse ce provoaca imbolnaviri
Aplicarea de algicide in sursa de apa poate prezenta riscuri pentru sanatatea si siguranta muncii operatorilor Acestea sunt recunoscute dar nu vor fi discutate deoarece astfel de riscuri fac obiectul legislatiei muncii si protectiei muncii Algele sau cianobacteriile din sursa de apa pot interfera cu functionarea statiei de tratare Un bun control al cresterii lor face sa se diminueze necesitatea pre-oxidarii Se reduce de asemenea cantitatea de dezinfectant ce se pierde in reactia cu algele sau cu substantele pe care acestea le elimina in apa
31 Alcatuirea statiilor de tratare a apei
Rolul statiei de tratare este de a corecta calitatea apei brute pana la atingerea cerintelor utilizatorului Exista o multitudine de procese de tratare care se utilizeaza in practica insa schema generala a unei statii de tratare (figura 31) cuprinde
bull trepte multiple de oxidare (pre-oxidare post-oxidare) cu scopul de a oxida compusi chimici dar si de a realiza bariere succesive in calea micro-organismelor
bull procese de limpezire a apei care constau in
o coagulare-floculare cu reactivi chimici in camere de reactie special amenajate
o decantarea apei pentru retinerea suspensiilor coagulate
o filtrarea pe strat de nisip pentru finalizarea procesului de limpezire
bull afinarea apei constituita din oxidare cu ozon urmata de adsorbtie pe carbune activ granular cu scopul indepartarii anumitor compusi chimici toxici
bull dezinfectia apei pentru indepartarea totala a virusurilor bacteriilor si altor micro-organisme din apa treapta obligatorie in Romania conform Legii privind Calitatea Apei Potabile nr 4582002
3
Pentru eliminarea duritatii se pot adopta scheme cu schimbatori de ioni sau cu reactivi chimici (var si soda) in functie de tipul duritatii (temporara sau permanenta)
Orice statie de tratare este deservita de anumite facilitati pentru intretinerea proprie Printre acestea se mentioneaza
bull statia de reactivi chimici cu rolul de a stoca prepara si doza reactivii necesari procesului de tratare (coagulanti floculanti agenti dezinfectanti corectie pH etc)
bull sisteme de spalare filtre rapide constituite din statii de pompe si de suflante
bull laborator pentru a determina corectitudinea procesului de tratare dar si calitatea apei produse
bull alte facilitati printre care se mentioneaza sisteme de recuperare a apei de la spalare filtre si a namolului din decantoare
311 Exemple de statii de tratare
O schema de tratare cu filtrare directa este prezentata in figura 32 Uzina de apa a orasului Los Angeles - SUA (Los Angeles Aqueduct Filtration Plant) are o capacitate instalata de 185 m3s filiera tratare fiind prezentata in cele ce urmeaza
bull pre-oxidare cu ozon 4 generatoare care produc 3780 kg CVzi (doza medie ozon 15 mgdm3) 4 bazine de contact (timp de contact minim 49 min)
bull coagulare (amestec rapid) 8 camere de reactie echipate cu agitatoare dinamice timp minim de amestec 086 s pentru doua camere inseriate Reactivi utilizati clorura ferica sulfat de aluminiu polimeri anionici si neionici soda caustica clor
bull floculare 36 camere de reactie lenta timp minim de reactie lenta 8 min pentru 3 bazine inseriate
bull filtrare 24 unitati (aria unei unitati A=160 m2) strat de antracit cu inaltimea de 24 m viteza de filtrare 175 mh care asigura un timp de contact de 10 minute
bull dezinfectie finala cu clor (doza maxima clor 56 mgdm3)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 3
Un alt exemplu de schema de tratare care nu cuprinde treapta de decantare este uzina de apa Ivry (Franta) modernizata in 1987 (debit instalat Q = 300000 m3zi) Dupa modernizare uzina cuprinde urmatoarele procese (figura 33)
bull pre-oxidare cu ozon doza uzuala 10 mg CVdm3
bull coagulare (amestec rapid) cu clorura ferica (5 - 10 mgdm3) si polimer anionic (0025 -005 mgdm3)
bull pre-filtrare faza I - (coagulare pe masa de contact) 18 unitati de 815 m2 strat biolit 10 m viteza de filtrare maxima 10 mh
bull floculare cu clorura ferica (2-6 mg Fe3+dm3) si polimer (005 - 10 mgdm3)
bull pre-filtrare faza II - nisip 22 unitati de 81 m viteza de filtrare 9 mh
bull filtrare lenta 30 cuve (23000 m2) viteza maxima de filtrare 13 mzi inaltime strat 07 m
bull post-ozonare timp de contact 4 minute doza uzuala 04 - 06 mg CVdm3
bull filtrare pe CAG inaltime strat 10 m viteza de filtrare 10 mh
bull dezinfectare finala cu hipoclorit de sodiu
In figura 34 este prezentata o schema tehnologica a unei uzine de apa aplicata in cateva mari uzine de tratare (Qgt2000 m3h) ce preiau apa bruta direct din fluviul Ruhr Schema asigura o eliminare optima a microorganismelor Concentratia de Cryptosporidium in apa raului Ruhr variaza de la 0 la 5 unit(100 dm3) iar concentratia chisturilor Giardia de la 8 la 250 unitdm3 Nu au fost detectate aceste organisme in treptele premergatoare dezinfectarii Se remarca prezenta treptelor de filtrare incepand cu filtrarea mecanica pe microsite in capatul amonte al filierei de tratare si continuand cu un pachet de trei trepte de filtrare (dublu strat carbune activ granular si filtre lente) care asigura o eficienta foarte mare din punct de vedere microbiologic
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 3
Figura 34 Filiera tehnologica uzina de apa Mulheim an der Ruhr
(Germania)
Un exemplu de schema tehnologica combinata (Q=32 m3s) este prezentata in figura 35 Apa bruta (fluviul Elba) este puternic incarcata in poluanti Filtrarea primara (bazine de infiltratie) reduce de cateva ori incarcarea microbiologica iar in cazul folosirii treptelor de floculare sedimentare si filtrare reducerea incarcarii microbiologice este de circa 9999
Prin curgerea in stratul subteran se obtine o apa ce se incadreaza in normele privind calitatea apei potabile Dezinfectia finala este aplicata pentru a preveni cresterea masei bacteriene in sistemele de distributie Uzina este prevazuta a fi modernizata cu treapta de oxidare cu ozon si filtre multistrat
In Elvetia sunt intalnite in principal scheme complexe de tratare avand la baza procese biologice (figura 36) Treptele de tratare clasice (pre-oxidare cu ozon coagulare-floculare filtrare rapida) sunt urmate de corectia pH-ului si postozonare in fmalul filierei de tratare se prevad reactoare biologice inseriate (filtre CAG activate biologic urmate de filtre lente) Se urmareste in principal reducerea indicatorilor biologici si bacteriologici prin reducerea concentratiilor de carbon organic asimilabil (AOC lt 10 ug Cdm ) Se remarca absenta dezinfectarii finale Se obtine o apa biostabila introducerea acesteia intr-o retea de distributie nu necesita prezenta unui dezinfectant rezidual Se asigura in acest mod o siguranta ridicata la consumator in ceea ce priveste potentialul de formare al trihalometanilor
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 3
33 Procese de oxidare
Procesele de oxidare pot fi intalnite in toate statiile de tratare in doua sectiuni caracteristice ale schemei
bull pre-oxidare in capatul amonte al filierei pentru oxidarea substantei organice plancton inactivare microorganisme obiectul principal este asigurarea functionarii optime a proceselor de tratare si evitarea contaminarii acesteia
bull post-oxidarea amplasat dupa procesele de tratare conventionale (decantare si filtrare rapida pe strat de nisip) urmareste oxidarea totala a micro poluantilor reducerea materiilor organice naturale si inactivarea totala in ape limpezi a compusilor biologici si bacteriologici
331 Pre-oxidare
In mod obisnuit se utilizeaza urmatorii agenti oxidanti clor ozon dioxid de clor 3311 Clorul(Ch)
Clorul se utilizeaza in mod uzual cu doze cuprinse in domeniul 1 - 3 mgl cu timp de contact minim Tc=30 minute in anumite situatii (inflorire algala sau poluare accidentala) dozele pot fi mai mari dar se urmareste evitarea formarii sub-produsilor organo-clorurati (de exemplu trihalometani THM) prin efectuarea de incercari pe apa sursei pentru a se stabili potentialul de formare
Clorul este adoptat frecvent datorita costurilor reduse implicate Reactia clorului trebuie urmarita cu atentie luand in consideratie agentii reducatori (H2S Mn2+ Fe3+) si materiile organice naturale in diagrama din figura 37 se poate urmari procesul de reactie al clorului in apa (clorare la breakpoint) Punctul critic se atinge daca raportul masic intre clor si amoniac variaza intre 81 -101 (teoretic 761)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 40
3312 Ozonul(03)
Ozonul este un gaz violet instabil care degaja un miros iritant caracteristic
Se produce prin descarcari electrice la diferente de potential ridicate intre doi electrozi intre care curge aer sau oxigen pur Eficienta productiei depinde de diferenta de potential frecventa caracteristicile materialului dielectric si spatiul care separa dielectricele Progresele tehnologice din ultimii 20-30 ani au condus la reducerea consumului de energie la 10 - 12 kWh 1 kg O3
Dozele uzuale de ozon sunt in gama 1 - 3 mgCVdm3 iar timpul de contact uzual este Tc=10 minute Se tinde spre adoptarea solutiei cu doua reactoare in serie ca in figura 38 Adancimea apei in reactoare poate atinge 6-75 m
Conceptual reactoarele de ozon functioneaza pe baza interceptarii curentului de apa descendent de catre voalul de bule mici de ozon in miscare ascendents
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
0
4
3313 Dioxidul de clor (CIO2)
Se poate obtine din clorit de sodiu si clor conform reactiei
2NaC102 + Cl2rarr2C102 + 2NaCl (31)
Stoechiometric 1 g dioxid de clor se obtine din 134 g clorita de sodiu si 05 g de clor
Este instabil si exploziv la temperaturi T gt (-40degC) Se produce imediat inainte de injectia in apa La 20degC si presiune partiala de 53 kPa solubilitatea este 4 gdm3
Avantajele utilizarii CIO2 sunt
bull nu formeaza sub-produsi de tip trihalometani (THM)
bull are putere oxidanta mai buna oxideaza fenoli si este foarte eficace la pH peste 85
Dozele utilizate frecvent 01 - 05 mgl timpul de contact fiind Tc = 10 min Se mentioneaza ca pentru doze mai mare de 05 mgl exista riscul formarii de sub-produsi de tip clorati
Reactoarele de pre-oxidare utilizeaza agitatoare mecanice (rezistente la coroziune) care asigura amestecul mecanic cu randamente ridicate intre apa de tratat si solutia de CIO2
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 4
332 Post-oxidare
In filierele de tratare se dezvolta din ce in ce mai mult conceptul de post-oxidare cu ozon pe apa limpezita dupa filtrele rapide de nisip pentru ca eficienta transferului creste se reduc dozele de ozon si oxidarea micro-poluantilor devine mai eficienta
incadrarea procesului de post-oxidare in schema statiei de tratare se realizeaza totdeauna ca infigura 310 n
Dozele de 03 in post-oxidare nu depasesc 2 mgl Principiile reactoarelor de ozon sunt identice cu cele utilizate in pre-oxidare
Post-oxidarea cu ozon combinata cu adsorbtia pe CAG este procesul (denumit afinare) capabil sa asigure
- eliminare totala compusi biologici microbiologici si micropoluanti
- reducere materiilor organice naturale astfel incat TOC lt 25 g Cl
- eliminare pesticide
333 Alegerea oxidantului
Alegerea oxidantului se bazeaza pe analiza calitatii apei caracterizarea marimii poluarii care poate apare (continut materii organice naturale carbon organic total numar de microorganisme perioade duraf deg ce aparitie)
Alegerea agentului oxidant are la baza costuri si implicatii in filiera tehnologica
Tabelul 35 Caracteristici principale Tn alegerea oxidantilor Nr crt
Oxidant Avantaje Dezavantaje
1 Clor-Cl2 - costuri reduse- cunoastere operare- este remanent (rezidual) in reteaua de
distributie
formeaza THM - necesita timpi de contact mari
2 Dioxid de clor - C102 - capacitate de oxidare mai ridicata in raport cu Cl2
- nu formeaza THM- este remanent (rezidual) in reteaua de
distributie
- necesita preparare si dozare instantanee- la doze prea mari poate forma cloraticosturi mai mari in raport cu Cl2
3 Ozon - 03 - cea mai mare capacitate de oxidare- nu formeaza THM
- necesita preparare si dozare instantaneeconsumuri energetice mari- poate forma subprodusi de tip bromaji sau
aldehide- nu este remanent (rezidual) in reteaua de
distributie
4
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 4
Figura 311 Fortele
ce actioneaza asupra
particulelor aflate Tn
apa
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
3511 Deznisipatoare
Sunt destinate sa retina particulele de tip nisip pentru protectia utilajelor din schema statiei de tratare Schema unui deznisipator orizontal este data in figura 313
Figura 313 Deznisipator orizontal longitudinal
1 Gratar 2 Bare de linistire 3 Nisa pentru reparatii Tn caz de avarie 4 Stavilar de intrare 5 Vane de golire 6 Stavilarde iesire 7 Galerie de golire
In zona de intrare a apei in deznisipator se monteaza un gratar rar pentru impiedicarea accesului corpurilor mari in interiorul bazinului Pentru linistirea curentului se monteaza bare verticale de linistire Peretii laterali ai deznisipatorului se executa cu evazare catre exterior pentru a permite preluarea impingerilor survenite din podul de gheata care se formeaza pe timp de iarna la suprafata bazinului Panta radierului bazinului trebuie sa permita evacuarea depunerilor in zona din aval a bazinului Evacuarea depunerilor se poate realiza cu mai multe sisteme
bull prin hidro-mecanizare cu scoaterea din functiune a unui compartiment
bull prin golirea totala a compartimentului (numai pentru debite foarte reduse)
bull cu electro-pompe speciale purtate de o grinda rulanta
3512 Decantoare statice
Sunt destinate surselor cu variatii mari de turbiditate la care 50 - 60 din suspensii sunt de natura minerala (gravimetrice) in figura 314 se prezinta schema unui decantor orizontal longitudinal Elementele principale ale bazinului sunt
bull zona de intrare in care se gaseste un perete de linistire a curentului in partea superioara respectiv canalul de evacuare a depunerilor in partea inferioara
bull decantorul propriu-zis cu radier cu panta catre basa de evacuare a namolului amplasata in zona incipienta a bazinului
bull zona de evacuare a apei decantate care este bordata de un gratar cu rolul impiedicarii accesului plutitorilor
Curatirea decantoarelor orizontale se realizeaza
bull Intermitent prin golire si evacuare depuneri hidraulic sau mecanic
bull Continuu cu ajutorul podurilor racloare care strang depunerile in base special amenajate
Dificultatile in operarea decantoarelor statice se pot sintetiza
bull sunt influentate de factori atmosferici vant gheata insorire
bull miscarea este turbulenta ca structura si particule fine pot fi repuse in stare de suspensie
bull echilibrarea fluxului hidraulic se realizeaza cu dificultate
bull eficienta retinerii nu depaseste 10-15 NTU la apa decantata
37 Filtrarea apei - generalitati
Filtrarea este procesul de limpezire finala a apei (stadiul II) la curgerea printr-un mediu poros de obicei format din nisip cuartos Procesul simuleaza infiltratia apelor superficiale in mediile poroase din subsolul pamantului Procesul este cunoscut si aplicat de mult timp (primul brevet s-a emis in 1830)
Schema generala (figura 323) indica filtrul ca fiind format dintr-un bazin (cuva) in care apa curge in sens descendent traverseaza mediul poros sustinut de un drenaj si ajunge intr-un rezervor de apa filtrata amplasat sub drenaj Sistemul este dotat cu toate instalatiile de introducere -prelevare apa preaplin si golire
Parametrii fundamentali ai procesului de filtrare sunt
bull viteza de filtrare definita (ca viteza aparenta) cu relatia urmatoare
vF = Q A [ m h ] [mzi] (313)
In care
Q - debitul de apa filtrata
A - suprafata orizontala a stratului filtrant in
functie de viteza de filtrare se pot clasifica in
o filtre lente (biologice) - VF = 01 - 025 [mh]
o filtre rapide - vF = 4 - 10 [mh|
o filtre ultra-rapide
bull mediul filtrant - in general nisip cuartos care sa realizeze prin uniformitatea granulelor un volum de goluri in care sa se acumuleze suspensia retinuta din apa caracteristicile sunt diferite pe tipuri de filtre
bull pierderea de sarcina (hr) exprimata ca diferenta intre nivelul apei in cuva filtrului si nivelul apei in rezervorul de apa filtrata este data de colmatarea stratului si este variabila in timp
49
38 Filtre lente
Se bazeaza pe formarea unei membrane biologice constituita din colonii de bacterii aerobe -amplasata la suprafata stratului de nisip (pe primii 2-3 cm) Elementul fundamental este dezvoltarea membranei (in 1 - 3 zile) functie de caracteristicile apei Dupa o perioada (30 - 50 zile) membrana se colmateaza si incepe sa se rupa degradand calitatea apei Aceasta se razuieste (se curata) manual sau mecanic si procesul este reluat In figura 52 se indica schema unui filtru lent
Dispoizitiv de curatat_____________________________membrana biologtca
Figura 325 indica tipurile de organisme care pot fi intalnite pe o adancime de 30 cm in nisipul filtrului lent
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
Nisipul din filtrul lent trebuie sa aiba urmatorii parametri
bull granulozitatea in domeniul dg = 035 - 050 mm
bull coeficientul de neuniformitate ult 15
(314)
In care d6o - diametral ochiurilor sitei prin care trece 60 din materialul cernut
d1o - diametral ochiurilor sitei prin care trece 10 din materialul cernut
01
50
bull inaltimea stratului de nisip H=90-100 cm cand grosimea stratului de nisip ajunge dupa curatiri succesive la 70 - 80 cm este necesara completarea la inaltimea initiala
Solutia filtrelor lente se prevede la debite relativ mici (max 10000 m zi) si surse de apa in general curate (lipsite de alge culoare poluanti toxici) Se pot obtine rezultate performante la ape necoagulate Operarea sistemelor de filtre lente este simpla Procesul de filtrare lenta este asimilat cu procese fizice si biologice Acestea din urma necesita o atentie si urmarire continua in etapele de operare a filtrelor in special referitor la starea coloniilor de bacterii aerobe din membrana biologica
310Filtre rapide
In figura 326 se prezinta schema unui filtru rapid Acesta este constituit din urmatoarele elemente componente
bull sistem admisie apa in cuva - are rolul echirepartitiei debitului catre cuvele de filtre
bull stratul filtrant peste care exista un strat de apa
bull drenaj cu rolul de a sustine stratul filtrant si de a transforma bulele mari in bule fine in procesul de spalare inversa
bull sistem de mentinere a nivelului apei in filtru (pentru filtrele cu functionare in sistem nivel constant si debit variabil)
bull statie de pompare apa de la spalare filtre si statie de suflante
bull instalatii hidraulice grupate in galeria tehnologica cu rolul de a asigura toate utilitatile necesare functionarii corecte a procesului (conducte si vane apa filtrata apa spalare aer spalare preaplin golire etc)
bull rezervor de apa filtrata amplasat de obicei sub toata statia sau in anumite cazuri numai sub galeria tehnologica
Procesul consta in doua etape
bull filtrarea apei parcurgand in sens descendent stratul de nisip si drenajul
bull spalarea filtrului in sens ascendent in doua faze distincte
o faza 1 (durata Ti=5-10 min)
o faza 2 - limpezire (durata Ti=10-15 min)
51
in ultimii 30-40 de ani in lume a existat o preocupare constants pentru perfectionarea procesului in sensul obtinerii performantei in calitatea apei filtrate (turbiditatea sa se incadreze in domeniulOl - 10 NTU)
Mecanismele de retinere in filtrele rapide se pot sintetiza ca in schema urmatoare
3101 Mediul filtrant
Calitatile materialului filtrant sunt urmatoarele
bull domeniul de granulozitate dg = 085 - 2 mm
bull coeficientul de neuniformitate u=d6odio lt 15
bull fractiunile inferioare diametrului 085 mm si superioare dmax 2 mm inferioare procentual la 10 in greutate
bull diametrul efectiv def = dio = 09-1 mm
bull sa realizeze un numar de goluri (porozitate) mare (pgt40)
bull forma granulelor apropiata de sfera pentru obtinerea unui grad de acoperire ridicat
bull continut de roci cuartoase recomandabil peste 95
bull sa aiba duritate (gt 7 in scara Mohs) pentru a nu se sfarama la spalare
Calitatea materialului filtrant influenteaza viteza de filtrare O serie de studii au indicat domeniul optim de granulozitate al nisipului de filtru conform figurii 328
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 52
3102 Calitatea influentului fn corelatie cu materialul filtrant
Pentru realizarea unei retineri eficiente a suspensiilor se impune ca in influentul filtrelor acestea sa fie floculate Aceasta se caracterizeaza prin coeficientul de coeziune al suspensiilor floculate (namol retinut) aceasta caracterizeaza capacitatea de rezistenta la forfecare si depinde de doza de floculant si natura (minerala sau organica a suspensiilor)
Procesul de optimizare a filtrarii rapide a apei ia in considerate principiul un filtru va functiona optim cand va produce cea mai mare cantitate de apa intre doua spalari succesive aceasta se va realiza cand timpul in care se atinge pierderea de sarcina limita este egal cu timpul in care se calitatea apei filtrate se inrautateste la limita maxim acceptabila (Ti = T2) sau penetrarea impuritatilor in interiorul masei filtrante se va efectua cu aceeasi viteza cu care creste pierderea de sarcina Expresiile celor doua perioade au fost determinate de cercetatorii Richard si Croce-Spinelli
Tx = a bull σ - 0 9 5 bull k-075bull def-045bull h0
n95bull v -185 (316)
T l = b bull σ-075 k - 0 7 5 bull dlef
1 5 Δhr05 bull vF
-065 (317)
In care Ti - perioada in care turbiditatea apei filtrate atinge valoarea limita (1 NTU)
T2 - perioada in care se atinge pierderea de sarcina limita (15 - 18 m)
a b - coeficienti empirici (experimentali)
hn - grosime strat nisip
Δhr- viteza de crestere a pierderii de sarcina
INSPECTIA SANITARA SI MOMTORIZAREA CALITATII APEI
VF - viteza de filtrare
k - coeficient de coeziune al namolului
a - depozitul specific (volumul de suspensii raportat la volumul de material filtrant)
Se constata ca fiecare filtru poate conduce la un ciclu optim functie de calitatea nisipului grosimea stratului calitatea flocularii suspensiilor din apa influenta si viteza de filtrare
3103 Variatia pierderii de sarcina
Urmarirea pierderii de sarcina este importanta pentru ca poate pune in evidenta functionarea filtrului Operarea optima a unui filtru se realizeaza prin urmarirea in timp a variatiei pierderii de sarcina si turbiditatii Masurile pentru realizarea acestui optim sunt
53
bull reducerea vitezei - cele mai performante filtre lucreaza cu viteze de filtrare variabile astfel incat colmatarea stratului sa se realizeze fara socuri
bull adaugarea unui polimer (doze 01 - 02 mgl) in influent pentru a mari rezistenta particulelor floculate
bull imbunatatirea calitatii nisipului
Presiune (m col H20)
Figura 329 Estimarea pierderii de sarcina Tn
stratul filtrant
3104 Spalarea filtrelor
Se realizeaza in contra curent de apa si aer comprimat Elementele tehnice care intervin esential in obtinerea performantelor spalarii sunt
bull calitate drenaj - din punct de vedere al uniformitatii debitelor de apa si aer
bull colectarea uniforma a apei de la spalare
bull metoda de spalare care sa asigure eliminarea totala a suspensiilor retinute in strat cu resurse minime
bull drenaj de mare rezistenta hidraulica (cu placi cu crepine)
Se bazeaza pe principiul introducerii unei rezistente hidraulice de 15 - 20 cm coloana de apa (reducerea brusca de sectiune la intrarea apei in tija crepinei) care asigura uniformizarea intensitatilor de spalare pe suprafata cuvei (abateri de plusmn 3-5) In figura 330 se prezinta schema drenajului cu placi cu crepine
Se pun conditii severe din punct de vedere constructiv pentru realizarea drenajului
bull asigurarea etansarii perfecte
bull asigurarea cotei exacte si unice pentru pozitia orificiilor de aer
bull rezistenta cosurilor crepinelor
bull asigurarea formarii unui nivel de separatie apa - aer uniform si constant pe toata suprafata cuvei
Cele mai performante filtre din punct de vedere al spalarii sunt filtrele cu baleiaj la spalare (figura 331)
INSPECTIA SANITARA SI MOMTORIZAREA CALITATII APEI
55
55
in perioada de spalare a filtrului nivelul in cuva se afla la cota NS jgheaburile J nu mai deverseaza si prin orificiile de la baza jgheaburilor se creeaza un curent de baleiaj (1-2 dm3sm2) cu apa decantata care impinge suspensiile spre jgheabul de colectare Se reduc astfel timpii de spalare (cu 50) si intensitatile si volumele de apa de spalare
Prin curgerea ascendenta a aerului masa de nisip vibreaza si peliculele de namol se desprind de granule Curentul ascendent de apa le antreneaza Spalarea numai cu aer induce vibrarea masei de nisip si depunerea namolului in zona inferioara a stratului De aceea este contraindicata spalarea numai cu aer in faza 1
In general echipamentele pentru asigurarea debitelor apa de spalare se adopta un utilaj (pompa) in faza 1 si inca o pompa de acelasi tip pentru faza a Il-a
3105 Asigurarea repartitiei uniforme a influentului
Pentru asigurarea repartitiei uniforme a apei decantate se utilizeaza diverse sisteme Cel mai performant este sistemul cu deversori neinecati conform cu schema din figura 332
3106 Sistemele hidraulice
Sistemele hidraulice asigura deservirea statiei de filtre atat in procesul de filtrare cat si in procesul de spalare Acestea se vor dimensiona conform vitezelor economice prezentate in tabelul urmator
3107 Reglajului debitului si nivelului de apa in cuva
Pentru filtrele care functioneaza cu nivel constant si debit variabil este foarte important ca nivelul apei in filtru se fie mentinut pseudo-constant Aceasta se asigura cu diverse sisteme de plutitori (regulator de nivel amonte) care comanda vana de pe conducta de apa filtrata sau cu sisteme electronice si hidraulice conform figurii 333
Figura 333 Sistem de reglare electronic al nivelului apei Tn filtru
Legends 1 Strat filtrant 2 Vana apa filtrata 3 Parghie comanda vana 4 Electrovana de comanda 5 Regulator electronic 6 Senzor de presiune pentru nivel filtru 7 Senzor de presiune sub planseu 8 Potentiometru 9 Indicator de
colmatare 10 Alimentare cu fluid de comanda
313 Afin area apei
Procesul de afmare a apei este constituit din combinatia intre procesul de post-oxidare cu ozon a apei filtrate urmat de adsorbtie pe carbune activ granular
3131 Post-oxidarea cu ozon
Ozonul (O3) se obtine din aer sau oxigen supus la descarcari electrice printr-un dielectric In figura 334 se prezinta un element dintr-un ozonor
figura 334 Element tubular de ozonor
1 - Intrare gaz vector (aeroxigen) 2 3 - Electrozi 4 - Dielectric 5 - Spatiu de descarcare electrica 6 - Gaz vector +
ozon 7 - Apa racire
Diferentele de potential la care se lucreaza sunt cuprinse intre 6000 - 18000 V functie de natura si grosimea dielectricului marimea spatiului de descarcare si presiunea absoluta de functionare
Concentratiile de ozon in gazul vector obisnuite sunt
bull 10-40gm - in cazul utilizarii aerului
bull 10-140 gm3 - in cazul utilizarii oxigenului
Pentru a realiza concentratii optime si stabilitatea procesului se cere punct de roua -60degC -80degC
Energia specifics pentru productia de ozon
bull 13-18 kWhkg O3 - produs din aer
bull 8-10 kWhkg O3 - produs din oxigen
Actiunea O3 asupra apelor de consum se poate sintetiza
bull imbunatatirea calitatilor organoleptice (gust miros culoare)
bull activitate bactericide si virulicida
bull oxidarea materiilor organice
bull oxidare micro-poluanti
bull imbunatatirea biodegradabilitatii in amonte de CAG
3132 Adsorbtie pe carbune activ granular (CAG)
Carbunele activ se poate obtine din carbuni minieri sau din coaja de nuca de cocos Majoritatea carbunilor minieri pot fi convertiti in carbune activ insa proprietatile carbunelui activ depind esential de calitatea initiala a carbunilor in special in ceea ce priveste duritatea acestora in acest sens se utilizeaza adesea coaja nucilor de cocos pentru fabricarea carbunelui activ
Exista o multitudine de procese de fabricare a carbunelui activ insa eel mai dezvoltat este piroliza urmata de activarea cu gaze de oxidare Piroliza (carbonizarea) presupune incalzirea materialului la temperaturi intre 600 si 900 degC in absenta aerului Pentru obtinerea unei porozitati ridicate se pot utiliza adaosuri de cloruri metalice (de exemplu ZnCl) Piroliza poate reprezenta unicul pas de activare in cazul in care se doreste obtinerea unui material cu 0 porozitate ridicata
A doua etapa este cea de oxidare care se realizeaza de obicei cu abur sau uneori cu aer Temperaturile sunt uzuale in gama de 600 - 900 degC Pe parcursul acestei etape se realizeaza 0 erodare a suprafetei interne a carbunelui si dezvoltarea unei retele extensive de micropori care cresc capacitatea de adsorbtie
58
Printre proprietatile principale ale carbunelui activ se enumera continutul de cenusa umiditatea densitatea marimea particulelor duritatea volumul si distributia dupa marime a porilor suprafata interna
31321 Continutul in cenusa
Continutul in cenusa este reprezentat de reziduul obtinut prin calcinarea la temperatura de 954 degC timp de 3 ore in aer Uzual continutul de cenusa variaza intre 3 si 10 Pentru reducerea cantitatii de cenusa se poate utiliza spalarea cu acid
31322 Umiditatea
Umiditatea se determina prin uscarea in cuptor timp de 3 ore a unei cantitati de 5 sau 10 g de carbune activ la temperatura 150 degC Se determina greutatea inainte si dupa uscare si racire in exicator Umiditatea in vrac a carbunelui activ este recomandabil sa fie limitata la maxim 5
31323 Densitatea
Sunt mai multe tipuri de densitati printre care se mentioneaza densitatea in vrac densitatea aparenta densitatea particulei si densitatea reala Densitatea in vrac sau densitatea aparenta reprezinta greutatea carbunelui activ uscat raportata la volumul pe care acesta il ocupa Aceasta se determina prin umplerea unui cilindru cu volumul de 100 ml cu carbune prin cadere libera dintr-o masina vibratoare si cantarirea volumului respectiv Valorile uzuale sunt in gama 05 - 06 gml pentru carbune activ fabricat din carbune minier respectiv 024 - 030 mg1 pentru carbune activ fabricat din lemn
Densitatea particulei reprezinta densitatea unei particule singulare Volumul pe care se bazeaza include volumul porilor precum si volumul materialului Densitatea particulei se determina in mod uzual cu mercur la presiunea atmosferica (mercurul umple spatiile goale din particula de carbune activ dar nu umple porii) Valorile uzuale sunt in gama 074 - 080 gml
Densitatea reala sau densitatea scheletului este cea determinate numai pe materialul (carbunele) propriu-zis Pentru determinarea acesteia se utilizeaza uzual o metoda de inlocuire cu heliu (heliul intra practic in toti porii materialului) Valorile uzuale sunt in gama 21 - 22 gml
31324 Marimea particulelor
Aceasta se determina prin cernerea a 100 sau 200 g de carbune printr-un sistem de site mecanice timp de 10 minute dupa care se cantaresc retinerile pe fiecare sita in parte Carbunele activ pudra se incadreaza de obicei in domeniul 005 mm - 15 mm
31325 Friabilitatea
Capacitatea carbunelui activ de a rezista la abraziune este unul dintre parametrii cei mai importanti Procedura de determinare a friabilitatii carbunelui activ presupune determinarea granulozitatii acestora inainte si dupa testul propriu-zis care consta in concasarea succesiva a carbunelui intr-un recipient alaturi de bile de otel inoxidabil Valorile uzuale ale indicelui de friabilitate sunt 65 - 80 (practic 70 - 75) ceea ce atesta faptul ca materialul este foarte usor friabil si este necesar atentie la procedura de spalare
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATIIAPEI 59
31326 Volumul si distributia dupa marime a porilor
Volumul porilor reprezinta volumul total al porilor din particula de carbune activ granular raportat la greutate Valorile uzuale sunt de ordinul 08 - 12 mlg pentru carbune activ fabricat din carbuni minieri respectiv 22-25 mlg pentru carbune activ fabricat din lemn Volumul total al porilor poate fi determinat printr-un test de adsorbtie cu azot desfasurate astfel incat azotul condensat sa intre in totalitate in porii carbunelui
Carbunele activ confine o structura complexa de pori de forme si marimi diferite Porii au de obicei o geometrie neregulata si sunt interconectati Dimensiunile porilor sunt uzual intre 10 A si 100000 A (001 cm) Distributia dupa marime a porilor depinde de tipul de material utilizat si de metoda si de durata procesului de activare
31327 Suprafata internaSuprafata interna a materialelor poroase in general se determinS cu ecuatia BET stabilita de
Brunauer Emmett si Teller Ecuatia descrie formarea de strate multiple de gaz condensat care apar atunci cand un gaz adsorbabil (de exemplu azotul) este in contact cu materialul poros Intr-un astfel de test se utilizeaza azot la temperatura de fierbere si presiunea atmosferica (-196 degC sau 77 K)
Ecuatia BET (expresia 318) a fost derivata presupunand urmatoarelebull rata de condensare a moleculelor din primul strat este egala cu rata de evaporare a
moleculelor din zonele acoperite cu un singur strat de moleculebull caldura de adsorbtie peste primul strat este constants si egala cu caldura de lichefiere
qqm=b(PPS)(1-PPs)(1-PPS+bPPS) ( 3 1 8 )
In care Ps - presiunea de vaporizare la saturatie la temperatura utilizata in test uzual 1 atm
q - cantitatea de substanta adsorbita la presiunea P
qm - cantitatea de substanta adsorbita numai cand se constata acoperirea totala a suprafetei cu un strat monomolecular
b - constanta determinata experimental
In figura 336 se prezinta o relatie tipica intre marimea porilor si suprafata totala Suprafata cumulativa este data de insumarea suprafetelor tuturor porilor cu un diametru dat sau mai mare Se remarca faptul ca marea majoritate a suprafetei este atribuita porilor de mici dimensiuni
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI60
3133 Teste uzuale de adsorbtie
In practica se utilizeaza o serie intreaga de teste pentru a determina capacitatea de adsorbtie pentru diferite tipuri de carbune activ Printre acestea se mentioneaza
- Indicele Iod reprezinta cantitatea de iod in miligrame pe gram adsorbit de un carbune activ la echilibru cu o solutie I2-KI cu concentratia 002 N indicele iod indica suprafata totala a porilor cu diametru de 10 A sau mai mare valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 800 - 1000 mgg
Indicele Melasa reprezinta un indicator al puterii de decolorare a carbunelui activ granular in contact cu 0 solutie de melasa la fierbere indicele melasa este in stricta legatura cu suprafata totala a porilor cu diametrul mai mare de 28 A valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 200 - 300
- Indicele Albastru de Metilen reprezinta cantitatea de albastru de metilen adsorbita de 1 g de carbune activ la echilibru in contact cu o solutie cu concentratia 1 mg1 de albastru de metilen Albastrul de metilen are greutatea moleculara 320 si indica suprafata totala a porilor cu diametrul de 15 A
- Activitatea tetraclorurii de carbon tetraclorura de carbon CC14 este un compus molecular mic si poate intra in toti porii In acest test un curent de aer este saturat cu CCI4 la 0 degC si este trecut printr-un strat de carbune activ mentinut la 25 degC pana cand nu se mai detecteaza nici o schimbare in greutate Activitatea este greutatea CCI4 adsorbita pe unitatea de greutate de carbune activ exprimata procentual Valorile uzuale ale acestui indicator sunt in gama 60 -80
- Indicele butan este similar activitatii tetraclorurii de carbon valoarea acestuia este exprimata grame de butan adsorbite pe 100 ml carbune activ valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 7 - 8 g 100 ml carbune activ
- Indicele FINAD stabilit de cercetatorul C Gomella si reprezinta un produs al mai multor indici F - fenol I - iod N - indol A - antipirina D - detergent
316 Deferizarea si demanganizarea apei
Fierul (Fe) si manganul (Mn) sunt elemente care se gasesc frecvent in mediul subteran si in apa apar in concentratii pana la 10 mg1 (Fe) si 2 mg1 (Mn) Prezenta fierului si manganului in apele potabile pot genera urmatoarele probleme
bull produce gust metalic dezagreabil
bull coloreaza tesaturile si echipamentele sanitare
bull formeaza precipitate in conducte care favorizeaza dezvoltarea bacteriilor feruginoase (Chrenothrix) acestea modifica regimul hidraulic calitatea apei distribute si favorizeaza fenomenele de coroziune
3161 Echilibrul fierului si manganului in apa
Fierul si manganul sunt prezente dizolvate in solutiile apoase sub forma Fe2+si Mn2+ Concentratia in oxigen a apelor subterane care contin Fe si Mn este nula Din namolurile situate in
2+ ~
zona anaeroba din hipolimnion se elibereaza ioni de Fe2+ si Mnz+ in apele lacurilor In numeroase ape naturale se remarca prezenta Fe3+ asociata cu substantele humice Stabilitatea fierului si manganului in apa depinde de numeroase variabile
bull pH-ul apei
bull concentratia diferitelor elemente chimice
bull potentialul de oxido-reducere (Eh) al solutiei
In figura 341 se prezinta diagrama de stabilitate a formelor fierului in solutie in aceasta diagrama o curba (linie) reprezinta locul geometric pentru care concentratia celor doua substante este aceeasi De exemplu linia 1 reprezinta solutia pentru care O2 si H2O au aceeasi valoare Aria cuprinsa intre curbele 1 si 2 reprezinta aria de stabilitate a compusilor de Fe Chimia manganului este asemanatoare cu cea a Fe Astfel la pH si Eh reduse Fe si Mn sunt stabile in forme bivalente
Figura 29 Schema de tratare apa din sursa subterana foarte
Incarcata INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
1
24 Captari din rauri
241 Captari Tn albie
2411 Captarea cu sorb
Se recomanda pentru captari provizorii mobile sau sezoniere Consta intr-un sorb amplasat convenabil in apa si stabilizat pentru protectie contra plutitorilor mari In figura 210 este schitata o captare fixa cu sorb
Sorbul este o confectie metalicS specials inchisa la un capat legata cu flanse la conducta de aspiratie cu celalalt capat si prevampzutS cu orificii pe suprafata laterals (cu dimensiuni suficient de mici pentru a nu intra plutitorii sau suspensiile mari) Pentru a avea viteze mici de intrare diametral sorbului este de 15 ori mai mare decat diametral conductei de aspiratie Pentru a nu aspira plutitori care sa-1 infunde sau a nu fi blocat in gheatS (hg = 03 - 04 m) si pentru ca gheata care se sparge in bucati la o viiturS de primavarS sa nu blocheze sorbul si sa-1 distrugS acesta trebuie sa fie asezat la minimum 05 m sub nivelul minim al raului la asigurarea normatS Pentru a capta aluviuni cat mai putine si de dimensiuni mai mici sorbul trebuie asezat la minimum 05 m peste fundul albiei Rezulta cS sorbul se poate prevedea in conditii normale in ape a caror adancime depSaeste 120 m (considerand ca sorbul are un diametra de minim 200 mm la un debit relativ mic)
Tot in scopul reducerii cantitatii de aluviuni antrenate sorbul se aseaza cu ajutorul unui cot in sensul de curgere al apei astfel incat apa sa intre in sorb prin intoarcere Sorbul se stabilizeaza in albie cu ajutorul unor piloti din lemn cu diametral de 0 10-12 cm batuti sub adancimea de afuiere in albie
In cazul captarilor mobile (folosite in special la irigatii) conducta de aspiratie se poate lasa aproape vertical in apa neingropata in mai cu asigurarea ca efectul dinamic al apei este atat de mic incat eforturile rezultate pot fi preluate de imbinari si conducte Sprijinirea se face prin amenajarea malului in trepte (trebuie avut grija sa nu fie depasita inaltimea de aspiratie a pompei amplasate pe mai)
2412 Captarea cu crib
Este o captare la care sorbul este protejat cu o constractie fixa stabila numita crib Cribul poate fi executat din elemente detasabile (grinzi din lemn elemente din beton armat de tip grinda) sau turnat pe loc (cu sorbul separat sau sorbul incorporat in constractie) In figura 211 se prezinta o captare cu crib
Grataral cribului se dimensioneaza la o viteza medie de trecere de 01 - 03 ms grataral se executa din bare rezistente la socul cu plutitorii iar amplasarea lor se face pe partea laterala sau aval a cribului (soc din cauza plutitorilor redus acces redus al aluviunilor din cauza intoarcerii curentului de apa aluviunile tree avand inertie mai mare)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 18
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
Apa captata prin crib poate fi aspirata de o pompa sau poate fi sifonata intr-un put colector cu rol de deznisipator si camera de aspiratie pentru pompe Vacuumul maxim pe conducta nu trebuie sa depaseasca 4-6 metri
Pentru sporirea sigurantei constructiei pot fi realizate mai multe criburi asezate in sah la 10-20 m in albie legate separat la pu|ul colector in cazul unor utilizatori importanti pot fi prevazute si criburi de rezerva Este esential ca toate criburile sa fie in stare de functionare altfel din cauza nisipului conductele de legatura si captarea se blocheaza Periodic conducta si cribul pot fi spalate prin aspirarea apei prin (n-1) criburi si refularea acesteia (sau a unei parti) prin cribul n care se spala Pentru aceasta instalatia hidraulica in putul colector trebuie gandita adecvat
Daca malul este inundabil si putul colector nu se poate departa pentru a iesi din zona inundabila vor fi luate masuri de indiguire a zonei sau de ridicare a putului la o cota cu minimum 050 m peste nivelul inundabil si aparare contra efectului dinamic al apei (accesul la put se va asigura pentru orice conditii)
A
In cazul in care nu se poate asigura adancimea pentru navigatie cu acordul beneficiarului zonei de navigatie se poate amplasa cribul mai sus luandu-se masuri corespunzatoare pentru marcarea pozitiei criburilor prin balize
242 Captari Tn mai
Captarea in mai se adopta in cazul unor debite importante cu o mare siguranta in functionare si cand situatia locala nu permite executarea de criburi
Captarea de mai are mai multe variante de constructii in functie de debitul captat si de destinatia apei captate Astfel pentru centre populate sau industrii unde debitul este totusi redus iar apa urmeaza sa suporte o tratare pentru corectarea calitatii pot fi prevazute captari cu cheson de mai Pentru debite mari de apa (mari unitati industriale centre populate mari irigatii CET-uri etc) se prevad captari in mai de tip bazin deschis
1
Figura 211 Captare cu cribLegenda 1 Put colector (cheson) 2 Crib din elemente prefabricate 3
Gratar 4 Saltea de fascine 5 Conducta de sifonare 6 Sistem de amorsare 7 Vacuum 8 Sorb 9 Conducta catre statia de pompare 10 Radier din beton armat
11 Cutitul chesonului 12 Strat depuneri
Captarea cu cheson este o constractie monolita care de obicei cuprinde si statia de pompare - echipata eel mai bine cu pompe cu ax vertical Schematic constructia unei captari de mai este prezentata in figura 212
B - B
c
Figura 212 Captare de mai cu cheson a-sectiune verticala 6-8 fo-detaliu sita c-sectiune orizontala
A - A
Legenda1 - camera de admisie si deznisipare a apei 2 - camera sitelor rotative 3 - camera cu rol de bazin de aspiratiepentru pompe 4 - camera uscata pentru pompe
INSPECTIA SANITARA SIMONITORIZAREA CALITATII APEI
Constructia este formata dintr-un cheson de dimensiuni mari asezat in malul raului astfel incat in fata ferestrelor de priza sa fie asigurat in permanent un nivel suficient de apa
Din cauza dimensiunilor si adancimii mari de fundare de obicei lansarea chesonului se face cu aer comprimat in partea de jos asigurandu-se o camera de lucru betonata ulterior Constructia este compartimentata vertical pe linii tehnologice dintre care una este intotdeauna de rezerva In interior se deosebesc patru camere (compartimente) cu urmatoarele roluri
1 Camera de admisie si deznisipare a apei (cu posibilitati de evacuare a nisipului depus)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
2
20
2 Camera sitelor rotative sitele rotative sunt formate din panouri de sita cu ochiuri relativ mici (1-3 mm) articulate si trecute peste doua tambururi - unui sus (motor) si altul jos (pasiv) apa trece prin panourile de sita sunt retinute pe sita impuritatile mari plutitorii in general si apoi panoul descarcat se ridica permanent ajungand deasupra nivelului apei in fata unui jet de spalare
3 Camera cu rol de bazin de aspiratie pentru pompele din camera 4
4 Camera uscata care adaposteste pompele treapta I (care trimit apa de la sursa la statia de tratare) In cazul in care nu se dispune de pompe cu ax vertical (care au motoarele montate pe platforma superioara) pot fi prevazute fi prevazute si pompe cu ax orizontal cu luarea unor masuri importante de pastrare uscata a camerelor
Cand sunt disponibile pompe cu ax vertical camerele 3 si 4 pot fi unificate In partea superioara a constructiei se prevad camera de comanda camera de manevra a vanelor si pompelor de epuisment camera motoarelor pompelor verticale si sala transformatoarelor (daca este cazul) Nivelul planseului se executa de obicei cu circa 07 m peste nivelul maxim al apelor raului cu asigurarea 1 In fata prizei se executa o pasarela de acces a personalului pentru curatarea gratarelor de la priza si indepartarea plutitorilor si ghetii Gratarele sunt rare cu distante intre bare de 3 - 10 cm
Admisia apei in priza se face prin doua serii de ferestre - o fereastra sub nivelul minim si o fereastra sub nivelul maxim Viteza de trecere a apei este de 02 - 03 ms iar nivelul de apa peste marginea de sus a ferestrei de minimum 050 m
La nivelurile mari in rau se lucreaza cu fereastra de sus pentru a evita antrenarea in priza a aluviunilor mari care sunt tarate de apa la partea de jos a albiei Pentru inchidere fiecare fereastra are in spate o stavila plana manevrabila de la suprafata In fata ferestrelor gratarele sunt rare din bare rotunde (teava) sau profile si se pot curata cu greble mecanice (la prizele mari) sau manual Gratarele trebuie sa fie executate cu atentie si iarna se pot inlocui cu gratare din lemn sau se pot lua masuri speciale pentru a se evita prinderea zaiului de barele metalice (bune conducatoare de caldura)
Zaiul este gheata in cristale fine care pluteste in masa de apa Pentru a evita blocarea cu gheata au fost imaginate mai multe sisteme toate fiind insa perfectabile Astfel la centralele termice sau industriale unde exista abur rezidual sau apa calda se transforms gratarul in radiator prin interiorul tevilor circuland agentul de incalzire sau se toarna apa calda inaintea gratarului astfel incat apa care trece prin gratar sa aiba 01 - 05degC In alte cazuri s-a transformat gratarul in rezistenta electrica legandu-1 la o sursa de tensiune convenabila (putere instalata de cca 10 kWhm2) consumul de energie este relativ mare iar pericolul de accidentare este ridicat S-a recurs si la imbracarea barelor gratarului in cauciuc ebonita sau mase plastice in scopul impiedicarii zaiului sa se prinda de bare In foarte multe cazuri insa se sparge gheata la priza cu unelte manuale atunci cand se constats ca nu mai intra apa suficienta operatiune foarte grea si riscanta In cazul in care apa raului contine in anumite perioade o cantitate mare de suspensii se poate aseza priza nu pe malul raului ci intr-un bazin executat pe malul raului iar apa raului parcurgandu-1 se produce deznisiparea
Foarte importante sunt forma sub care se amenajeaza intrarea apei din rau in bazin (existand riscul aparitiei depunerilor) si modul in care se reuseste sa se faca evacuarea depunerilor din bazin In literature de specialitate se citeaza si alte posibilitati de folosire a acestor bazine Uneori aceste bazine au fost executate sub forma de canale lungi cu priza la caparul eel mai departat Curatirea canalului se poate face prin dragare
Sunt situatii insa in care din motive locale debit mare si curgere gravitationala captarea poate fi mai simpla Captarea poate avea un singur compartiment pentru debite mici sau poate fi organizata pe linii pentru usurinta exploatarii Intrarea apei se face pe sub un timpan care evita socul plutitorilor cu gratarul si dirijarea acestora in aval Pentru punerea la uscat fiecare compartiment se prevede cu batardou demontabil Priza poate avea doua gratare in serie un gratar rar si un gratar des
O mare importanta o are directia de asezare a gratarului fata de directia circuitului de apa asezarea corecta este data de conditiile locale si uneori sunt necesare studii detaliate pe model in laborator Gratarul se poate aseza paralel cu curentul de apa putin oblic astfel incat apa sa atace gratarul sub unghiul eel mai favorabil sau frontal
243 Captari cu regularizarea albiei
Sunt situatii in care pe rau exista debitul de apa necesar pentru captare dar albia este atat de dezvoltata incat inaltimea apei nu permite derivarea debitului necesar In aceasta situatie este nevoie de inaltarea (cresterea) nivelului apei Una din solutii este de a ingusta albia prin lucrari artificiale de regularizare Intrucat asemenea lucrari de regularizare pot fi necesare si in alte cazuri (stabilirea albiei minore de exemplu) vor fi date cateva elemente generale urmand ca in caz de necesitate sa se apeleze la lucrari de specialitate Lucrdrile de regularizare se prevad si se executa cu respectarea urmatoarelor reguli generale
bull la ape mici curgerea sa fie cea dorita (stabila catre priza) iar la ape mari sa nu se produca inundatii in zonele vecine (sa nu se reduca din capacitatea de transport a albiei)
bull lucrarile sa se execute in etape pentru a se putea cunoaste reactiile la noile conditii si pentru a se putea cunoaste reactiile la noile conditii si pentru a se putea face corectari in etapele urmatoare
bull tipurile de lucrari sa se incadreze in peisaj
bull lucrarile sa nu stanjeasca circulatia apei pentru alte folosinte sau sa produca baltirea apei cu efecte de insalubritate
bull sa se prevada lucrari cu materialele din zona
bull sa fie folosita tendinta naturala de curgere a apei puterea si capacitatea colmatata a curentului
In figura 38 sunt schitate tipurile de lucrari mai des utilizate lucrari in albie (diguri de dirijare traverse de colmatare epiuri) si lucrari de aparare si consolidare a malurilor Elementele constructive tip sunt in general executate printr-o combinatie rationala de
bull combinatie de lemn cu piatra (casoaie suluri si saltele de fascine)
bull combinatie de piatra cu metal (gabioane)
bull anrocamente (piatra mare sparta)
bull beton beton armat sub forma de constructii masive sau elemente prefabricate
bull constructii vii formate din inierbare vegetatie mica (se ia in considerare capacitatea de transport a
albiei la ape mari)Apardrile de mai sunt lucrari de consolidare a malului raului impotriva efectului de eroziune al apei
la viteze mari Acestea pot fi lucrari foarte simple cum sunt taluzele inierbate cu unele elemente simple de fixare sau lucrari mai complicate ca taluz pavat cu elemente de beton zidarie de piatra rostuita sau nu
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
Figura 213 Lucrari de regularizare a albiei Tn zona prizeiLegends a - plan cu tipurile de lucrari b - tipuri de aparari de mai 1 - cu
casoaie 2 - cu dale din beton armat 3 - cu elemente mixte (zidarie de piatra secti Tnierbare) c - diguri epiuri executate din 1 - gabioane 2 - anrocamente
22
zidarie de sprijin din zidarie beton sau beton armat La constructive de mai trebuie tinut seama ca in afara de efectul de erodare si de afuiere a patului de sprijin actioneaza si impingerea malului
Digurile longitudinale sunt lucrari executate in albie care au rol de a dirija pe o portiune un spatiu relativ fix apa raului Se realizeaza din anrocamente cu marime suficienta pentru a nu fi antrenate de apa prefabricate de beton gabioane (piatra de rau balast inchis in casete de sarma zincata pentru a obtine o stabilitate generala mare - elemente simple ieftine si stabile atata timp cat sarma de la cos nu cedeaza sub efectul eroziunii si coroziunii) casoaie din lemn blocuri de beton legate elastic etc Capetele acestor diguri trebuie sa fie bine aparate eventual legate cu cate un epiu astfel incat curentul de apa sa nu patrunda in spatele digului Daca digurile sunt deversate vor fi luate masuri constructive contra afuieri sau spalarii patului cu efect imediat asupra stabilitatii constructiei
Epiurile sunt ca si digurile constructii permeabile rezistente la actiunea apei submersibile sau nu care dirijeaza apa raului pe un anumit spatiu si favorizeaza colmatarea treptatS a spatiului dintre ele Ca pozitie pot fi dirijate spre aval normal pe albie sau orientate spre amonte Se executa din aceleasi materiale ca si digurile Daca albia are un pat usor afuiabil inainte de executia digului propriu-zis se amenajeaza un pat elastic din saltele de fascine sau numai rulouri de fascine O atentie deosebitS se da capului epiului (partea terminals dinspre apa) care este elementul eel mai solicitat Totdeauna coada epiului trebuie bine incastrata in mai pentru a nu permite apei sa-1 ocoleasca
Traversele de colmatare sunt diguri scurte executate din umplutura de material local protejata cu anrocamente mari pe albia minora ce trebuie pSrSaitS sau pe bratele auxiliare care trebuie sa fie colmatate L ape mari spatiul dintre traverse se umple cu aluviuni si in timp traseul vechi al albiei minore dispare
Toate constructiile enumerate anterior si altele asemSnStoare imaginate de specialisti trebuie sa fie verificate si la efecte (in perioada de primavara nu trebuie sa se permita formarea de zSpoare -blocuri de gheata spartS aglomerata care favorizeaza inundatiile) Pe zonele de rau regularizate tipurile de constructii pentru captarea apei sunt similare cu cele pentru albia neregularizatS dar cu adancime suficientS a apei De altfel totdeauna cand se executa constructii legate de apa vor fi luate si masuri de stabilizare a albiei in zona afectata
244 Captari cu baraj de derivatie
In cazul in care pe rau nu se poate asigura nivelul minim necesar pentru captarea apei iar regularizarea albie nu este posibila sau rationala se recurge la executarea unei constructii pentru ridicarea artificials a acestuia dacS debitul captat este important iar fenomenele de iarnS nu pun probleme deosebite
Pentru a nu crea prejudicii pentru alti beneficiari constructia numita stdvilar sau baraj de derivatie trebuie sa asigure concomitent urmStoarele conditii
bull sa fie stabilS la actiunea dinamicS a apei
bull sa permita evacuarea debitelor mari fSrS a provoca inundatii sau deteriorarea altor constructii
bull sa permits evacuarea gheturilor de primSvarS
bull sa asigure navigatia plutaritul circulatia pestilor sau alte folosinte etc Forma
captSrii depinde de
bull marimea debitului captat raportul debit captat debit rau
bull variatia debitului raului si aluviunilor transportate
bull posibilitStile de executie
bull amplasamentul efectiv al prizei (natura albiei adancimea stratului impermeabil inSltimea malurilor etc)
In continuare sunt date cateva exemple de constructii caracteristice pentru asemenea prize
Captarea pentru debit mare realizabilS pe un rau mare pentru localitSti industrii irigatii energie etc Are alcStuirea generals din figura 214
Intre douS culei (o culee este o constractie de legSturS intre constructia dintre albie si mai) se executS elementul de barare a albiei adicS de ridicare a nivelului apei la cota minimS necesarS Aceasta poate fi un prag - baraj deversor dacS lungimea disponibilS si cota malului permit
evacuarea debitelor mari de rau sau baraj cu stavile mobile (stavilar) care se pot ridica sau culca (intr-un locas special prevazut) in radier lasand libera sectiunea pentru evacuarea apelor mari Sunt si cazuri in care din cauza deschiderii mari a albiei s-a adoptat o solutie mixta partial cu stavile partial cu baraj deversor sau uneori si cu baraj nedeversant
Pe malul opus captarii se executa daca este cazul ecluza pentru navigatie sau plutarit cu dimensiunile cerate de beneficiar si aproape totdeauna o scara de pesti pentru a asigura circulatia libera a pestilor intre cele doua biefuri (un bief este zona de rau aflata amonte sau aval de constructia considerate) Pe acelasi mai cu priza se gasesc doua deschideri de spalare prevazute cu vane plane care stau totdeauna partial deschise astfel incat debitul de apa care nu se capteaza sa nu deverseze peste baraj ci sa treaca pe sub aceste stavile
Se reaminteste ca in nici un caz nu este permisa captarea integrals a debitului raului in sectiunea respectiva o parte a debitului raului trebuie sa treaca in aval pentru mentinerea intr-o stare salubra a zonei (altfel devine depozit de gunoaie pe timp de ape scazute) asigurarea apei pentru vietuitoare si vegetatie Debitul ramas in albie este numit debit de servitute (Qs) Spalarea este necesara intracat prin ridicarea locala a nivelului apei s-a realizat in amonte o reducere locala a pantei energetice a curentului de apa Aceasta reducere conduce la micsorarea capacitatii de transport deci micul lac ce se creeaza in spatele barajului se umple repede cu aluviuni Umplerea se face si in dreptul gratarului fiind periclitata adancimea de intrare minima altfel spus se realizeaza ridicarea locala a fundului albiei Lasand libera circulatia apei langa gratar se produce continuu o spalare a depunerilor din cauza vitezei mari realizate sub stavilele de spalare
in unele cazuri prima pila a barajului a fost prelungita cu un pinten formand un fel de canal in fata prizei Apa circuland cu o viteza comparabila cu cea existenta in rau inainte de barare evita producerea de depuneri in fata prizei
Atat in dreptul stavilelor de spalare cat si al barajului deversor in aval se executa un disipator de energie al carui rol este de a reduce viteza apei la o limita care sa nu produca eroziuni spalari in aval de constractie spalari care ar putea periclita stabilitatea acesteia
Priza este o deschidere in culee protejata cu un gratar contra plutitorilor Pentru a evita antrenarea aluviunilor mari in priza aceasta se prevede cu un rag (grataral se aseaza deasupra fundului albiei la 05 - 10 m) Pentru a nu favoriza blocarea gratarului cu plutitori viteza de trecere este redusa 01 - 05 ms din care cauza priza are o forma de palnie Intrarea poate fi inchisa cu stavile Daca deschiderea totala este mare ea se poate reduce cu ajutorul unor pile intermediare Lungimea unei stavile nu va depasi 250 m altfel dispozitivele de ridicare a stavilelor devin greoaie In pile inaintea nisei stavilei se lasa profile U inglobate in beton cu deschiderea spre apa pentru a se putea lansa batardoul (umplutura din elemente grinzi de lemn sau metal) in scopul punerii la uscat a incintei pentru eventuale reparatii Deoarece dupa gratar viteza apei scade mult se produc depuneri care pot afecta circulatia pe canalul de legatura Spalarea lor se poate face cu o golire secundara - de spalare (vezi figura 214) Daca se inchide plecarea spre beneficiar (stavila V2) si se deschide stavila V3 se poate asigura o circulatie fortata cu 0 viteza cu 0 viteza mare (diferenta de nivel amonte-aval este mare) Daca debitul pe rau este suficient iar gratarele au o suprafata mai mare decat cea strict necesara se poate merge cu vana V3 partial deschisa - spalarea facandu-se continuu Pentru evitarea antrenarii plutitorilor mari si a ghetii in sloiuri la gratar se amenajeaza un perete de lemn scufundat partial (05 m) sau o linie de busteni legati articulat (care plutesc) Fenomenele de iarna sunt cele mai dificile la aceste prize
Captarea tiroleza este 0 captare cu gratar pe creasta (figura 215a) care se adopta in cazul in care debitul raului la ape mici este redus si nu poate asigura spalarea zonei din fata prizei iar debitul captat fiind mic captarea in mai se face greu (la aceasta constractie de captare se executa si o priza de iarna in cazul in care grataral ingheata) Captarea se aplica in zone de munte la rauri cu caracter torential pentru debite nu prea mari (sub lm3s) In unele situatii masivul de beton nu se vede din albie fiind alcatuit dintr-un prag de fund - cu gratar la nivelul fundului apei (grataral este inclinat aval pentru a evita blocarea cu aluviuni mari)
Captarea sub albie se adopta in situatia unor localitati de munte pentru care singura sansa de apa o constituie raul sau paraul care izvoraste de la cote inalte al carui debit scade foarte mult in perioadele de iarna si vara si in cazul care fenomenele de inghet dureaza timp indelungat In aceasta situatie 0 captare in albia raului va fi serios stanjenita iar exploatarea va pune probleme deosebite Pentru evitarea unora din aceste probleme au fost imaginate si executate captari sub fundul albiei intr-o zona in care albia este bine dezvoltata si are un pat de 2-3 m de aluviuni Constructia transversals dreneaza apa la unui din capetele sale unde pe malul raului dintr-un put este prelevata si transportata Aceasta captare se deosebeste insa de captarea subterana a apei infiltrate prin mai sau sub fundul albiei (cu drenuri radicale) deoarece apa captata are tot caracteristicile unei ape de suprafata dramul parcurs prin patul aluvionar fiind foarte scurt o asemenea apa are o turbiditate mai mica decat apa captata direct din rau
Schema unei captari sub albie numita uneori si caucaziana este data in figura 215b iar schema unei captari proiectata pentru extinderea provizorie a alimentarii cu apa a unei localitati din tara - la un debit de 10 dm3s in figura 215C
Din figura se observa ca in patul aluvionar al raului se executa o constractie permeabila care dreneaza apa ce se scurge prin subteran sau care se infiltreaza direct asupra constractiei In fata acestei constructii si deasupra ei se executa un blocaj din anrocamente care sa permita accesul mai bun al apei si totodata sa stabilizeze constructia contra efectului dinamic la ape mari (captarea lucreaza ca un prag de fund stabilizator)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 25
Captarea este relativ simpla usor de executat si cu rezultate bune in exploatare Trebuie insa data o atentie deosebita posibilei colmatari a zonei de acces la elementul drenant din cauza apei ce confine fibre de dimensiuni mici (celuloza si hartie) material ce se colmateaza etc
26 Captari din lacuri
Tara noastra nu dispune de lacuri naturale de volume importante care sa poata folosi drept sursa de apa Din aceasta cauza captarile vor fi analizate din punct de vedere al prelevarii apei din lacurile artificiale
In etapa actuala in tara noastra executarea de captari cu debite importante din majoritatea raurilor interioare nu se pot face fara o regularizare a debitului deoarece desi regimul precipitatiilor este relativ uniform (200-2000 mman) distributia in timp este foarte neuniforma Aceasta face ca in perioadele de primavara si toamna debitele sa fie foarte mari iar in perioada de vara si mai ales iarna debitele sa scada la valori extrem de mici cu totul insuficiente pentru alimentarea folosintelor Regularizarea debitelor se face prin lacuri de acumulare special create (bazine uriase cu volume de zeci de milioane-miliarde de metri cubi) care acumuleaza apa din rau in perioadele de viitura si permit folosirea acesteia la debitele dorite
Este insa evident ca un asemenea lac nu se poate crea decat printr-o constructie specials de blocare a albiei numita baraj constructie care prin amploare si efort de investitie pune probleme deosebite Din aceasta cauza executarea unor asemenea lucrari se face prin cooperare cu alti beneficiari lacul urmand sa aiba o folosinta complexa dupa cum urmeaza
bull va reduce viiturile si va permite protej area localitatilor si scoaterea unor suprafete de sub efectul inundatilor redandu-le circuitului agricol
bull volumul de apa acumulat confine o cantitate mare de energie hidraulica energie care poate fi transformata in cadrul centralelor hidroelectrice in energie electrica si data in circuitul energetic al tarii
bull o parte din volumul de apa acumulat poate fi preluat pentru irigarea unor importante suprafete de teren
bull parte din lac poate fi amenajat ca zona de agrement dezvoltand zona din punct de vedere turistic
bull se poate imbunatati regimul de curgere in aval cu efect si asupra calitatii apei
Din punct de vedere al alimentarii cu apa lacul are eel putin in prima perioada un efect favorabil apa prelevata fiind in general mai limpede si mai constants sub raport calitativ Aceasta presupune insa preluarea apei direct din lac (varianta I din figura 216) lucru care poate dezavantaja pe alti beneficiari (cei care se ocupa de producerea energiei de exemplu)
Pe de alta parte apa stationand mult timp in lac isi modifica calitatea iar prin descompunerea depunerilor si dezvoltarea unor microorganisme specifice apa poate sa capete gust neplacut (gustul este diferit de eel al apei de rau care este apa curgatoare) De aceea uneori apa este acumulata dar nu este captata din lac ci uzinata si lasata sa curga pe vechea albie pentru a se aera (varianta Il-a din figura 216) Solutia este
Figura 215 Captari speciale a - captare tiroleza b - captare cu galerie transversala pe fundul albiei c -
dren sub fundul albiei
favorabila in cazul in care utilizatorul de apa se afla la distanta mare Daca centrala functioneaza continuu atunci captarea se poate face in curent liber daca insa centrala (UHE) functioneaza in regim de varf (cum de obicei functioneaza asemenea centrale cateva ore in cursul zilei) atunci avalul inainte de priza trebuie prevazut un lac de compensare zilnica a debitelor lac care sa retina apa uzinata in regim neuniform si sa permita captarea unui debit relativ constant Cele doua variante aratate schematic in figura 216 trebuie comparate ca avantaje si dezavantaje
Priza de apa poate fi realizata in corpul barajului in aval de baraj sau in lac Elementele care conduc la stabilirea solutiei sunt
bull pozitia utilizatorului de apa fata de lac captare din lac daca acesta este amplasat amonte si departe de baraj in baraj sau aval pentru un consumator aval sau din alt bazin hidrografic
bull marimea lacului variatia nivelului apei in lac
bull existenta unei salbe de lacuri pe raul respectiv
bull utilizarea rationala complexa a apei acumulate (de regula la stabilirea amplasamentului lacului se statueaza si modul de folosire al apei)
bull tipul de baraj si simultaneitatea executiei barajului cu priza pentru folosinte de apa in general dupa executarea barajului priza poate fi numai in aval sau in lac
bull conditiile reale de teren trebuie tinut seama ca baraj ele cu lacuri mari de acumulare sunt situate in zona de deal - munte
bull conditiile rationale de tratare a apei obtinute din lac
261 Priza tn aval de baraj
Se poate executa oricand inainte si dupa executia barajului in forme si la debite adecvate Sunt posibile urmatoarele tipuri de captari
bull captari in curent liber de forma celor descrise anterior pe raul pe care debitul regularizat prin lac are valori mult mai mari
bull captari in baraj sau in lac in cazul in care lacul are ca principals folosinta alimentarea cu apa sau cand barajul este realizat pentru un lac de compensare a debitelor rezultate de la functionarea unor centrale hidroelectrice din amonte
bull captari in lac in cazul in care lacul compenseaza folosinta energetica iar beneficiarul este departe de baraj in amonte
262 Prize Tn corpul barajului
Sunt gandite si executate odata cu barajul astfel incat sa nu pericliteze siguranta in functionare a acestuia dar sa poata preleva apa de calitatea cea mai buna existenta la un moment dat in lac
In cele ce urmeaza sunt date exemple de captari de apa executate in baraj Daca barajul este din beton priza este de regula comuna cu barajul (figura 217)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 27
apa curgatoare Barajul care realizeaza lacul de compensare este din materiale locale cu un sistem de stavile pentru spalarea depunerilor de viitura (figura 219)
In figura 220 este schitata captarea dintr-un lac al carui baraj este executat din materiale locale cu miez de etansare din argila Captarea se executa total izolat de baraj (in malul natural sau in lac figura 221 - pentru a nu-i produce dificultati barajului prin exfiltrarea apei pe langa sistemul de transport al apei) si pentru ca priza sa nu aiba dificultati la tasari neuniforme ale barajului Apa captata din priza turn de la cote diferite functie de calitatea acesteia este evacuata prin conducte sau galerii amplasate in malul natural
Acest tip de captare poate fi aplicata si in alta pozitie in cuprinsul lacului pentru beneficiari riverani - amonte de baraj
Cand principala folosinta a lacului este de combatere a undei de viitura captarea poate avea o forma speciala (figura 222) Captarea este amplasata la o cota deasupra rezervei destinata acumularii depunerilor din lac si trebuie sa evite blocarea cu corpuri mari ce pot cadea prin apa intrucat nu este accesibila decat la ape mici - lac gol sau lac golit
263 Captari in lac
Se utilizeaza atunci cand in amplasament nivelul apei este asigurat intotdeauna deasupra unor valori limita Se pot practica o captare de tip turn (figura 221) cand debitul captat este important iar nivelul lacului relativ constant o captare plutitoare cand alimentarea cu apa este sezoniera sau conditiile de iarna nu sunt severe o captare de fund cand lacul este de adancime mare si cu un volum de apa important (figura 223a)
Captarea de fund este formata dintr-un sorb (pot fi prevazute mai multe asemenea constructii separate) asezat pe o confectie metalica stabila de tip tetrapod Se amplaseaza deasupra nivelului (apreciat) de colmatare si sub nivelul minim al apei din lac (acoperire mai mare pentru a o feri de plutitori) Zona captarii va fi balizata pentru a fi ferita de accesul plutitorilor si a putea fi usor reperata pentru control se marcheaza si zona de protectie daca este cazul Conducta de legatura (suficient de elastica daca are lungime mare) se lanseaza prin plutire si poate permite ridicarea prizei in caz de nevoie Captarea va fi amplasata la o asemenea adancime incat sa nu fie deplasata de valuri si totodata nu intr-o zona in care valurile pot pune in miscare depunerile de pe fund si deteriora calitatea apei Captarea este tipica pentru prelevarea apei din lacurile naturale (figura 223b)
Existenta lacurilor de acumulare ridicS probleme importante sub trei aspecte generale aspecte care pot influenta calitatea apei captate siguranta in functionare a prizei sau si a zonelor vecine
bull pentru lacurile mici problema cea mai importanta este legata de colmatarea cu aluviuni lipsa masurilor de protejare amenajare si stabilizare a solului in bazinul hidrografic conduce la antrenarea unei mari cantitati de sol (mai ales fertil) care blocheaza in scurt timp volumul lacului
bull pentru lacurile cu volum mediu (milioane de m3) problema cea mai importanta este eutrofizarea apei lacului
bull pentru lacurile mari (sute de milioane m3) problema importanta este imbdtrdnirea lacului (o eutrofizare lenta avand ca punct final obtinerea unei ape de calitate total deosebitS de aceea a raului din care pro vine)
Eutrofizarea lacurilor este o problema acuta a multor lacuri din zone de ses si colinare Cauza principals este aportul de substante fertilizante (fosfor carbon azot) Fosforul (adus in apa in special din apele uzate orSaenesti - neepurate adecvat) in cantitSti mici favorizeaza randamentul de functionare a fitoplanctonului care la randul lui favorizeazS fixarea azotului cu ajutorul bacteriilor Dezvoltarea fitoplanctonului favorizeazS dezvoltarea zooplanctonului si deci a populatiei de pesti
DacS fluxul energetic si aportul de substante este moderat atunci ciclul se incheie devine stabil si lacul isi pSatreaza calitatea de lac oligotrof (figura 224a) In cazul in care cantitatea de fosfor creste creste volumul de fitoplancton deoarece nu exista suficient azot si lantul se rupe Zooplanctonul si pesti mor substantia organicS creste bacteriile consumS oxigenul si lacul devine eutrof acoperindu-se cu vegetatie (care are rSdacinile in malul situat pe fundul lacului si frunzele la suprafata realizand fotosinteza figura 224b) Consumarea oxigenului de cStre substantele in descompunere si capacitatea redusa de aerare fac ca apa lacului sa aibS de regulS un continut mai redus de oxigen
Daca se reduce cantitatea de nutrient (in special fosforul) dupa un timp calitatea apei se imbunatateste neajungand insa la calitatea initials (se considers ca un continut Tn fosfor de 10-20 mgl este acceptabil)
Imbdtrdnirea lacurilor este fenomenul de modificare continuS a calitatii apei lacului ca urmare a noului echilibru ce se realizeazS intre aportul de substante si circulatia apei Apa care ajunge in lac este o apa cu continut ridicat de substante minerale si organice Acestea se depun se descompun intra in reactie formand substante noi cu continut de Fe N S C (H2S CH4) substante care modifies chimismul apei Pe baza aportului de substante si sub influenta luminii creste productia de masa organica (schema lacului oligotrof) Apare un fenomen nou de circulatie a apei in lac vara apa de la suprafata este calda deci mai usoarS toamna insa apa se rSceste devine mai rece decat apa de la fundul lacului (are cca 4degC sub 15 - 20 m temperature ramane relativ constants) deci devine mai grea (densitatea creste la scaderea temperaturii) si coboarS inlocuind apa mai calda de adancime apa care se ridicS (depunerile mai pot fi agitate si de valurile de la suprafata)
Pozitia captarii in lacurile adanci trebuie sa fie totdeauna in zona medie cu temperature relativ constants (6 - 12degC) si unde nu se simte direct influenta descompunerilor ce se produc la fundul lacului (sau tulbureala datS de depunerile rSacolite)
28 Procese de pre-tratare aplicarea de algicide
Algele sau cianobacteriile (algele verzi-albastre) din lacurile si acumularile de stocare pot crea probleme de gust si miros precum si aparitia unor substante ce provoaca imbolnaviri (toxine) Pentru controlul dezvoltarii algelor sau cianobacteriilor se pot folosi compusi care distrug algele (algicidele) Daca are loc un eveniment legat de utilizarea algicidelor (calitatea apei este afectata de utilizarea unui algicid) pot avea loc urmatoarele
bull daca se utilizeaza algicide in exces substanta chimica poate provoca imbolnaviri
bull daca volumul de alge sau cianobacterii este prea mare si nu poate fi controlat de algicid toxinele din alge cianobacterii pot provoca imbolnaviri
bull daca se utilizeaza ca algicid paiele de orz substantele din paie pot reactiona cu dezinfectantele si forma subproduse ce provoaca imbolnaviri
Aplicarea de algicide in sursa de apa poate prezenta riscuri pentru sanatatea si siguranta muncii operatorilor Acestea sunt recunoscute dar nu vor fi discutate deoarece astfel de riscuri fac obiectul legislatiei muncii si protectiei muncii Algele sau cianobacteriile din sursa de apa pot interfera cu functionarea statiei de tratare Un bun control al cresterii lor face sa se diminueze necesitatea pre-oxidarii Se reduce de asemenea cantitatea de dezinfectant ce se pierde in reactia cu algele sau cu substantele pe care acestea le elimina in apa
31 Alcatuirea statiilor de tratare a apei
Rolul statiei de tratare este de a corecta calitatea apei brute pana la atingerea cerintelor utilizatorului Exista o multitudine de procese de tratare care se utilizeaza in practica insa schema generala a unei statii de tratare (figura 31) cuprinde
bull trepte multiple de oxidare (pre-oxidare post-oxidare) cu scopul de a oxida compusi chimici dar si de a realiza bariere succesive in calea micro-organismelor
bull procese de limpezire a apei care constau in
o coagulare-floculare cu reactivi chimici in camere de reactie special amenajate
o decantarea apei pentru retinerea suspensiilor coagulate
o filtrarea pe strat de nisip pentru finalizarea procesului de limpezire
bull afinarea apei constituita din oxidare cu ozon urmata de adsorbtie pe carbune activ granular cu scopul indepartarii anumitor compusi chimici toxici
bull dezinfectia apei pentru indepartarea totala a virusurilor bacteriilor si altor micro-organisme din apa treapta obligatorie in Romania conform Legii privind Calitatea Apei Potabile nr 4582002
3
Pentru eliminarea duritatii se pot adopta scheme cu schimbatori de ioni sau cu reactivi chimici (var si soda) in functie de tipul duritatii (temporara sau permanenta)
Orice statie de tratare este deservita de anumite facilitati pentru intretinerea proprie Printre acestea se mentioneaza
bull statia de reactivi chimici cu rolul de a stoca prepara si doza reactivii necesari procesului de tratare (coagulanti floculanti agenti dezinfectanti corectie pH etc)
bull sisteme de spalare filtre rapide constituite din statii de pompe si de suflante
bull laborator pentru a determina corectitudinea procesului de tratare dar si calitatea apei produse
bull alte facilitati printre care se mentioneaza sisteme de recuperare a apei de la spalare filtre si a namolului din decantoare
311 Exemple de statii de tratare
O schema de tratare cu filtrare directa este prezentata in figura 32 Uzina de apa a orasului Los Angeles - SUA (Los Angeles Aqueduct Filtration Plant) are o capacitate instalata de 185 m3s filiera tratare fiind prezentata in cele ce urmeaza
bull pre-oxidare cu ozon 4 generatoare care produc 3780 kg CVzi (doza medie ozon 15 mgdm3) 4 bazine de contact (timp de contact minim 49 min)
bull coagulare (amestec rapid) 8 camere de reactie echipate cu agitatoare dinamice timp minim de amestec 086 s pentru doua camere inseriate Reactivi utilizati clorura ferica sulfat de aluminiu polimeri anionici si neionici soda caustica clor
bull floculare 36 camere de reactie lenta timp minim de reactie lenta 8 min pentru 3 bazine inseriate
bull filtrare 24 unitati (aria unei unitati A=160 m2) strat de antracit cu inaltimea de 24 m viteza de filtrare 175 mh care asigura un timp de contact de 10 minute
bull dezinfectie finala cu clor (doza maxima clor 56 mgdm3)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 3
Un alt exemplu de schema de tratare care nu cuprinde treapta de decantare este uzina de apa Ivry (Franta) modernizata in 1987 (debit instalat Q = 300000 m3zi) Dupa modernizare uzina cuprinde urmatoarele procese (figura 33)
bull pre-oxidare cu ozon doza uzuala 10 mg CVdm3
bull coagulare (amestec rapid) cu clorura ferica (5 - 10 mgdm3) si polimer anionic (0025 -005 mgdm3)
bull pre-filtrare faza I - (coagulare pe masa de contact) 18 unitati de 815 m2 strat biolit 10 m viteza de filtrare maxima 10 mh
bull floculare cu clorura ferica (2-6 mg Fe3+dm3) si polimer (005 - 10 mgdm3)
bull pre-filtrare faza II - nisip 22 unitati de 81 m viteza de filtrare 9 mh
bull filtrare lenta 30 cuve (23000 m2) viteza maxima de filtrare 13 mzi inaltime strat 07 m
bull post-ozonare timp de contact 4 minute doza uzuala 04 - 06 mg CVdm3
bull filtrare pe CAG inaltime strat 10 m viteza de filtrare 10 mh
bull dezinfectare finala cu hipoclorit de sodiu
In figura 34 este prezentata o schema tehnologica a unei uzine de apa aplicata in cateva mari uzine de tratare (Qgt2000 m3h) ce preiau apa bruta direct din fluviul Ruhr Schema asigura o eliminare optima a microorganismelor Concentratia de Cryptosporidium in apa raului Ruhr variaza de la 0 la 5 unit(100 dm3) iar concentratia chisturilor Giardia de la 8 la 250 unitdm3 Nu au fost detectate aceste organisme in treptele premergatoare dezinfectarii Se remarca prezenta treptelor de filtrare incepand cu filtrarea mecanica pe microsite in capatul amonte al filierei de tratare si continuand cu un pachet de trei trepte de filtrare (dublu strat carbune activ granular si filtre lente) care asigura o eficienta foarte mare din punct de vedere microbiologic
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 3
Figura 34 Filiera tehnologica uzina de apa Mulheim an der Ruhr
(Germania)
Un exemplu de schema tehnologica combinata (Q=32 m3s) este prezentata in figura 35 Apa bruta (fluviul Elba) este puternic incarcata in poluanti Filtrarea primara (bazine de infiltratie) reduce de cateva ori incarcarea microbiologica iar in cazul folosirii treptelor de floculare sedimentare si filtrare reducerea incarcarii microbiologice este de circa 9999
Prin curgerea in stratul subteran se obtine o apa ce se incadreaza in normele privind calitatea apei potabile Dezinfectia finala este aplicata pentru a preveni cresterea masei bacteriene in sistemele de distributie Uzina este prevazuta a fi modernizata cu treapta de oxidare cu ozon si filtre multistrat
In Elvetia sunt intalnite in principal scheme complexe de tratare avand la baza procese biologice (figura 36) Treptele de tratare clasice (pre-oxidare cu ozon coagulare-floculare filtrare rapida) sunt urmate de corectia pH-ului si postozonare in fmalul filierei de tratare se prevad reactoare biologice inseriate (filtre CAG activate biologic urmate de filtre lente) Se urmareste in principal reducerea indicatorilor biologici si bacteriologici prin reducerea concentratiilor de carbon organic asimilabil (AOC lt 10 ug Cdm ) Se remarca absenta dezinfectarii finale Se obtine o apa biostabila introducerea acesteia intr-o retea de distributie nu necesita prezenta unui dezinfectant rezidual Se asigura in acest mod o siguranta ridicata la consumator in ceea ce priveste potentialul de formare al trihalometanilor
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 3
33 Procese de oxidare
Procesele de oxidare pot fi intalnite in toate statiile de tratare in doua sectiuni caracteristice ale schemei
bull pre-oxidare in capatul amonte al filierei pentru oxidarea substantei organice plancton inactivare microorganisme obiectul principal este asigurarea functionarii optime a proceselor de tratare si evitarea contaminarii acesteia
bull post-oxidarea amplasat dupa procesele de tratare conventionale (decantare si filtrare rapida pe strat de nisip) urmareste oxidarea totala a micro poluantilor reducerea materiilor organice naturale si inactivarea totala in ape limpezi a compusilor biologici si bacteriologici
331 Pre-oxidare
In mod obisnuit se utilizeaza urmatorii agenti oxidanti clor ozon dioxid de clor 3311 Clorul(Ch)
Clorul se utilizeaza in mod uzual cu doze cuprinse in domeniul 1 - 3 mgl cu timp de contact minim Tc=30 minute in anumite situatii (inflorire algala sau poluare accidentala) dozele pot fi mai mari dar se urmareste evitarea formarii sub-produsilor organo-clorurati (de exemplu trihalometani THM) prin efectuarea de incercari pe apa sursei pentru a se stabili potentialul de formare
Clorul este adoptat frecvent datorita costurilor reduse implicate Reactia clorului trebuie urmarita cu atentie luand in consideratie agentii reducatori (H2S Mn2+ Fe3+) si materiile organice naturale in diagrama din figura 37 se poate urmari procesul de reactie al clorului in apa (clorare la breakpoint) Punctul critic se atinge daca raportul masic intre clor si amoniac variaza intre 81 -101 (teoretic 761)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 40
3312 Ozonul(03)
Ozonul este un gaz violet instabil care degaja un miros iritant caracteristic
Se produce prin descarcari electrice la diferente de potential ridicate intre doi electrozi intre care curge aer sau oxigen pur Eficienta productiei depinde de diferenta de potential frecventa caracteristicile materialului dielectric si spatiul care separa dielectricele Progresele tehnologice din ultimii 20-30 ani au condus la reducerea consumului de energie la 10 - 12 kWh 1 kg O3
Dozele uzuale de ozon sunt in gama 1 - 3 mgCVdm3 iar timpul de contact uzual este Tc=10 minute Se tinde spre adoptarea solutiei cu doua reactoare in serie ca in figura 38 Adancimea apei in reactoare poate atinge 6-75 m
Conceptual reactoarele de ozon functioneaza pe baza interceptarii curentului de apa descendent de catre voalul de bule mici de ozon in miscare ascendents
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
0
4
3313 Dioxidul de clor (CIO2)
Se poate obtine din clorit de sodiu si clor conform reactiei
2NaC102 + Cl2rarr2C102 + 2NaCl (31)
Stoechiometric 1 g dioxid de clor se obtine din 134 g clorita de sodiu si 05 g de clor
Este instabil si exploziv la temperaturi T gt (-40degC) Se produce imediat inainte de injectia in apa La 20degC si presiune partiala de 53 kPa solubilitatea este 4 gdm3
Avantajele utilizarii CIO2 sunt
bull nu formeaza sub-produsi de tip trihalometani (THM)
bull are putere oxidanta mai buna oxideaza fenoli si este foarte eficace la pH peste 85
Dozele utilizate frecvent 01 - 05 mgl timpul de contact fiind Tc = 10 min Se mentioneaza ca pentru doze mai mare de 05 mgl exista riscul formarii de sub-produsi de tip clorati
Reactoarele de pre-oxidare utilizeaza agitatoare mecanice (rezistente la coroziune) care asigura amestecul mecanic cu randamente ridicate intre apa de tratat si solutia de CIO2
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 4
332 Post-oxidare
In filierele de tratare se dezvolta din ce in ce mai mult conceptul de post-oxidare cu ozon pe apa limpezita dupa filtrele rapide de nisip pentru ca eficienta transferului creste se reduc dozele de ozon si oxidarea micro-poluantilor devine mai eficienta
incadrarea procesului de post-oxidare in schema statiei de tratare se realizeaza totdeauna ca infigura 310 n
Dozele de 03 in post-oxidare nu depasesc 2 mgl Principiile reactoarelor de ozon sunt identice cu cele utilizate in pre-oxidare
Post-oxidarea cu ozon combinata cu adsorbtia pe CAG este procesul (denumit afinare) capabil sa asigure
- eliminare totala compusi biologici microbiologici si micropoluanti
- reducere materiilor organice naturale astfel incat TOC lt 25 g Cl
- eliminare pesticide
333 Alegerea oxidantului
Alegerea oxidantului se bazeaza pe analiza calitatii apei caracterizarea marimii poluarii care poate apare (continut materii organice naturale carbon organic total numar de microorganisme perioade duraf deg ce aparitie)
Alegerea agentului oxidant are la baza costuri si implicatii in filiera tehnologica
Tabelul 35 Caracteristici principale Tn alegerea oxidantilor Nr crt
Oxidant Avantaje Dezavantaje
1 Clor-Cl2 - costuri reduse- cunoastere operare- este remanent (rezidual) in reteaua de
distributie
formeaza THM - necesita timpi de contact mari
2 Dioxid de clor - C102 - capacitate de oxidare mai ridicata in raport cu Cl2
- nu formeaza THM- este remanent (rezidual) in reteaua de
distributie
- necesita preparare si dozare instantanee- la doze prea mari poate forma cloraticosturi mai mari in raport cu Cl2
3 Ozon - 03 - cea mai mare capacitate de oxidare- nu formeaza THM
- necesita preparare si dozare instantaneeconsumuri energetice mari- poate forma subprodusi de tip bromaji sau
aldehide- nu este remanent (rezidual) in reteaua de
distributie
4
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 4
Figura 311 Fortele
ce actioneaza asupra
particulelor aflate Tn
apa
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
3511 Deznisipatoare
Sunt destinate sa retina particulele de tip nisip pentru protectia utilajelor din schema statiei de tratare Schema unui deznisipator orizontal este data in figura 313
Figura 313 Deznisipator orizontal longitudinal
1 Gratar 2 Bare de linistire 3 Nisa pentru reparatii Tn caz de avarie 4 Stavilar de intrare 5 Vane de golire 6 Stavilarde iesire 7 Galerie de golire
In zona de intrare a apei in deznisipator se monteaza un gratar rar pentru impiedicarea accesului corpurilor mari in interiorul bazinului Pentru linistirea curentului se monteaza bare verticale de linistire Peretii laterali ai deznisipatorului se executa cu evazare catre exterior pentru a permite preluarea impingerilor survenite din podul de gheata care se formeaza pe timp de iarna la suprafata bazinului Panta radierului bazinului trebuie sa permita evacuarea depunerilor in zona din aval a bazinului Evacuarea depunerilor se poate realiza cu mai multe sisteme
bull prin hidro-mecanizare cu scoaterea din functiune a unui compartiment
bull prin golirea totala a compartimentului (numai pentru debite foarte reduse)
bull cu electro-pompe speciale purtate de o grinda rulanta
3512 Decantoare statice
Sunt destinate surselor cu variatii mari de turbiditate la care 50 - 60 din suspensii sunt de natura minerala (gravimetrice) in figura 314 se prezinta schema unui decantor orizontal longitudinal Elementele principale ale bazinului sunt
bull zona de intrare in care se gaseste un perete de linistire a curentului in partea superioara respectiv canalul de evacuare a depunerilor in partea inferioara
bull decantorul propriu-zis cu radier cu panta catre basa de evacuare a namolului amplasata in zona incipienta a bazinului
bull zona de evacuare a apei decantate care este bordata de un gratar cu rolul impiedicarii accesului plutitorilor
Curatirea decantoarelor orizontale se realizeaza
bull Intermitent prin golire si evacuare depuneri hidraulic sau mecanic
bull Continuu cu ajutorul podurilor racloare care strang depunerile in base special amenajate
Dificultatile in operarea decantoarelor statice se pot sintetiza
bull sunt influentate de factori atmosferici vant gheata insorire
bull miscarea este turbulenta ca structura si particule fine pot fi repuse in stare de suspensie
bull echilibrarea fluxului hidraulic se realizeaza cu dificultate
bull eficienta retinerii nu depaseste 10-15 NTU la apa decantata
37 Filtrarea apei - generalitati
Filtrarea este procesul de limpezire finala a apei (stadiul II) la curgerea printr-un mediu poros de obicei format din nisip cuartos Procesul simuleaza infiltratia apelor superficiale in mediile poroase din subsolul pamantului Procesul este cunoscut si aplicat de mult timp (primul brevet s-a emis in 1830)
Schema generala (figura 323) indica filtrul ca fiind format dintr-un bazin (cuva) in care apa curge in sens descendent traverseaza mediul poros sustinut de un drenaj si ajunge intr-un rezervor de apa filtrata amplasat sub drenaj Sistemul este dotat cu toate instalatiile de introducere -prelevare apa preaplin si golire
Parametrii fundamentali ai procesului de filtrare sunt
bull viteza de filtrare definita (ca viteza aparenta) cu relatia urmatoare
vF = Q A [ m h ] [mzi] (313)
In care
Q - debitul de apa filtrata
A - suprafata orizontala a stratului filtrant in
functie de viteza de filtrare se pot clasifica in
o filtre lente (biologice) - VF = 01 - 025 [mh]
o filtre rapide - vF = 4 - 10 [mh|
o filtre ultra-rapide
bull mediul filtrant - in general nisip cuartos care sa realizeze prin uniformitatea granulelor un volum de goluri in care sa se acumuleze suspensia retinuta din apa caracteristicile sunt diferite pe tipuri de filtre
bull pierderea de sarcina (hr) exprimata ca diferenta intre nivelul apei in cuva filtrului si nivelul apei in rezervorul de apa filtrata este data de colmatarea stratului si este variabila in timp
49
38 Filtre lente
Se bazeaza pe formarea unei membrane biologice constituita din colonii de bacterii aerobe -amplasata la suprafata stratului de nisip (pe primii 2-3 cm) Elementul fundamental este dezvoltarea membranei (in 1 - 3 zile) functie de caracteristicile apei Dupa o perioada (30 - 50 zile) membrana se colmateaza si incepe sa se rupa degradand calitatea apei Aceasta se razuieste (se curata) manual sau mecanic si procesul este reluat In figura 52 se indica schema unui filtru lent
Dispoizitiv de curatat_____________________________membrana biologtca
Figura 325 indica tipurile de organisme care pot fi intalnite pe o adancime de 30 cm in nisipul filtrului lent
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
Nisipul din filtrul lent trebuie sa aiba urmatorii parametri
bull granulozitatea in domeniul dg = 035 - 050 mm
bull coeficientul de neuniformitate ult 15
(314)
In care d6o - diametral ochiurilor sitei prin care trece 60 din materialul cernut
d1o - diametral ochiurilor sitei prin care trece 10 din materialul cernut
01
50
bull inaltimea stratului de nisip H=90-100 cm cand grosimea stratului de nisip ajunge dupa curatiri succesive la 70 - 80 cm este necesara completarea la inaltimea initiala
Solutia filtrelor lente se prevede la debite relativ mici (max 10000 m zi) si surse de apa in general curate (lipsite de alge culoare poluanti toxici) Se pot obtine rezultate performante la ape necoagulate Operarea sistemelor de filtre lente este simpla Procesul de filtrare lenta este asimilat cu procese fizice si biologice Acestea din urma necesita o atentie si urmarire continua in etapele de operare a filtrelor in special referitor la starea coloniilor de bacterii aerobe din membrana biologica
310Filtre rapide
In figura 326 se prezinta schema unui filtru rapid Acesta este constituit din urmatoarele elemente componente
bull sistem admisie apa in cuva - are rolul echirepartitiei debitului catre cuvele de filtre
bull stratul filtrant peste care exista un strat de apa
bull drenaj cu rolul de a sustine stratul filtrant si de a transforma bulele mari in bule fine in procesul de spalare inversa
bull sistem de mentinere a nivelului apei in filtru (pentru filtrele cu functionare in sistem nivel constant si debit variabil)
bull statie de pompare apa de la spalare filtre si statie de suflante
bull instalatii hidraulice grupate in galeria tehnologica cu rolul de a asigura toate utilitatile necesare functionarii corecte a procesului (conducte si vane apa filtrata apa spalare aer spalare preaplin golire etc)
bull rezervor de apa filtrata amplasat de obicei sub toata statia sau in anumite cazuri numai sub galeria tehnologica
Procesul consta in doua etape
bull filtrarea apei parcurgand in sens descendent stratul de nisip si drenajul
bull spalarea filtrului in sens ascendent in doua faze distincte
o faza 1 (durata Ti=5-10 min)
o faza 2 - limpezire (durata Ti=10-15 min)
51
in ultimii 30-40 de ani in lume a existat o preocupare constants pentru perfectionarea procesului in sensul obtinerii performantei in calitatea apei filtrate (turbiditatea sa se incadreze in domeniulOl - 10 NTU)
Mecanismele de retinere in filtrele rapide se pot sintetiza ca in schema urmatoare
3101 Mediul filtrant
Calitatile materialului filtrant sunt urmatoarele
bull domeniul de granulozitate dg = 085 - 2 mm
bull coeficientul de neuniformitate u=d6odio lt 15
bull fractiunile inferioare diametrului 085 mm si superioare dmax 2 mm inferioare procentual la 10 in greutate
bull diametrul efectiv def = dio = 09-1 mm
bull sa realizeze un numar de goluri (porozitate) mare (pgt40)
bull forma granulelor apropiata de sfera pentru obtinerea unui grad de acoperire ridicat
bull continut de roci cuartoase recomandabil peste 95
bull sa aiba duritate (gt 7 in scara Mohs) pentru a nu se sfarama la spalare
Calitatea materialului filtrant influenteaza viteza de filtrare O serie de studii au indicat domeniul optim de granulozitate al nisipului de filtru conform figurii 328
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 52
3102 Calitatea influentului fn corelatie cu materialul filtrant
Pentru realizarea unei retineri eficiente a suspensiilor se impune ca in influentul filtrelor acestea sa fie floculate Aceasta se caracterizeaza prin coeficientul de coeziune al suspensiilor floculate (namol retinut) aceasta caracterizeaza capacitatea de rezistenta la forfecare si depinde de doza de floculant si natura (minerala sau organica a suspensiilor)
Procesul de optimizare a filtrarii rapide a apei ia in considerate principiul un filtru va functiona optim cand va produce cea mai mare cantitate de apa intre doua spalari succesive aceasta se va realiza cand timpul in care se atinge pierderea de sarcina limita este egal cu timpul in care se calitatea apei filtrate se inrautateste la limita maxim acceptabila (Ti = T2) sau penetrarea impuritatilor in interiorul masei filtrante se va efectua cu aceeasi viteza cu care creste pierderea de sarcina Expresiile celor doua perioade au fost determinate de cercetatorii Richard si Croce-Spinelli
Tx = a bull σ - 0 9 5 bull k-075bull def-045bull h0
n95bull v -185 (316)
T l = b bull σ-075 k - 0 7 5 bull dlef
1 5 Δhr05 bull vF
-065 (317)
In care Ti - perioada in care turbiditatea apei filtrate atinge valoarea limita (1 NTU)
T2 - perioada in care se atinge pierderea de sarcina limita (15 - 18 m)
a b - coeficienti empirici (experimentali)
hn - grosime strat nisip
Δhr- viteza de crestere a pierderii de sarcina
INSPECTIA SANITARA SI MOMTORIZAREA CALITATII APEI
VF - viteza de filtrare
k - coeficient de coeziune al namolului
a - depozitul specific (volumul de suspensii raportat la volumul de material filtrant)
Se constata ca fiecare filtru poate conduce la un ciclu optim functie de calitatea nisipului grosimea stratului calitatea flocularii suspensiilor din apa influenta si viteza de filtrare
3103 Variatia pierderii de sarcina
Urmarirea pierderii de sarcina este importanta pentru ca poate pune in evidenta functionarea filtrului Operarea optima a unui filtru se realizeaza prin urmarirea in timp a variatiei pierderii de sarcina si turbiditatii Masurile pentru realizarea acestui optim sunt
53
bull reducerea vitezei - cele mai performante filtre lucreaza cu viteze de filtrare variabile astfel incat colmatarea stratului sa se realizeze fara socuri
bull adaugarea unui polimer (doze 01 - 02 mgl) in influent pentru a mari rezistenta particulelor floculate
bull imbunatatirea calitatii nisipului
Presiune (m col H20)
Figura 329 Estimarea pierderii de sarcina Tn
stratul filtrant
3104 Spalarea filtrelor
Se realizeaza in contra curent de apa si aer comprimat Elementele tehnice care intervin esential in obtinerea performantelor spalarii sunt
bull calitate drenaj - din punct de vedere al uniformitatii debitelor de apa si aer
bull colectarea uniforma a apei de la spalare
bull metoda de spalare care sa asigure eliminarea totala a suspensiilor retinute in strat cu resurse minime
bull drenaj de mare rezistenta hidraulica (cu placi cu crepine)
Se bazeaza pe principiul introducerii unei rezistente hidraulice de 15 - 20 cm coloana de apa (reducerea brusca de sectiune la intrarea apei in tija crepinei) care asigura uniformizarea intensitatilor de spalare pe suprafata cuvei (abateri de plusmn 3-5) In figura 330 se prezinta schema drenajului cu placi cu crepine
Se pun conditii severe din punct de vedere constructiv pentru realizarea drenajului
bull asigurarea etansarii perfecte
bull asigurarea cotei exacte si unice pentru pozitia orificiilor de aer
bull rezistenta cosurilor crepinelor
bull asigurarea formarii unui nivel de separatie apa - aer uniform si constant pe toata suprafata cuvei
Cele mai performante filtre din punct de vedere al spalarii sunt filtrele cu baleiaj la spalare (figura 331)
INSPECTIA SANITARA SI MOMTORIZAREA CALITATII APEI
55
55
in perioada de spalare a filtrului nivelul in cuva se afla la cota NS jgheaburile J nu mai deverseaza si prin orificiile de la baza jgheaburilor se creeaza un curent de baleiaj (1-2 dm3sm2) cu apa decantata care impinge suspensiile spre jgheabul de colectare Se reduc astfel timpii de spalare (cu 50) si intensitatile si volumele de apa de spalare
Prin curgerea ascendenta a aerului masa de nisip vibreaza si peliculele de namol se desprind de granule Curentul ascendent de apa le antreneaza Spalarea numai cu aer induce vibrarea masei de nisip si depunerea namolului in zona inferioara a stratului De aceea este contraindicata spalarea numai cu aer in faza 1
In general echipamentele pentru asigurarea debitelor apa de spalare se adopta un utilaj (pompa) in faza 1 si inca o pompa de acelasi tip pentru faza a Il-a
3105 Asigurarea repartitiei uniforme a influentului
Pentru asigurarea repartitiei uniforme a apei decantate se utilizeaza diverse sisteme Cel mai performant este sistemul cu deversori neinecati conform cu schema din figura 332
3106 Sistemele hidraulice
Sistemele hidraulice asigura deservirea statiei de filtre atat in procesul de filtrare cat si in procesul de spalare Acestea se vor dimensiona conform vitezelor economice prezentate in tabelul urmator
3107 Reglajului debitului si nivelului de apa in cuva
Pentru filtrele care functioneaza cu nivel constant si debit variabil este foarte important ca nivelul apei in filtru se fie mentinut pseudo-constant Aceasta se asigura cu diverse sisteme de plutitori (regulator de nivel amonte) care comanda vana de pe conducta de apa filtrata sau cu sisteme electronice si hidraulice conform figurii 333
Figura 333 Sistem de reglare electronic al nivelului apei Tn filtru
Legends 1 Strat filtrant 2 Vana apa filtrata 3 Parghie comanda vana 4 Electrovana de comanda 5 Regulator electronic 6 Senzor de presiune pentru nivel filtru 7 Senzor de presiune sub planseu 8 Potentiometru 9 Indicator de
colmatare 10 Alimentare cu fluid de comanda
313 Afin area apei
Procesul de afmare a apei este constituit din combinatia intre procesul de post-oxidare cu ozon a apei filtrate urmat de adsorbtie pe carbune activ granular
3131 Post-oxidarea cu ozon
Ozonul (O3) se obtine din aer sau oxigen supus la descarcari electrice printr-un dielectric In figura 334 se prezinta un element dintr-un ozonor
figura 334 Element tubular de ozonor
1 - Intrare gaz vector (aeroxigen) 2 3 - Electrozi 4 - Dielectric 5 - Spatiu de descarcare electrica 6 - Gaz vector +
ozon 7 - Apa racire
Diferentele de potential la care se lucreaza sunt cuprinse intre 6000 - 18000 V functie de natura si grosimea dielectricului marimea spatiului de descarcare si presiunea absoluta de functionare
Concentratiile de ozon in gazul vector obisnuite sunt
bull 10-40gm - in cazul utilizarii aerului
bull 10-140 gm3 - in cazul utilizarii oxigenului
Pentru a realiza concentratii optime si stabilitatea procesului se cere punct de roua -60degC -80degC
Energia specifics pentru productia de ozon
bull 13-18 kWhkg O3 - produs din aer
bull 8-10 kWhkg O3 - produs din oxigen
Actiunea O3 asupra apelor de consum se poate sintetiza
bull imbunatatirea calitatilor organoleptice (gust miros culoare)
bull activitate bactericide si virulicida
bull oxidarea materiilor organice
bull oxidare micro-poluanti
bull imbunatatirea biodegradabilitatii in amonte de CAG
3132 Adsorbtie pe carbune activ granular (CAG)
Carbunele activ se poate obtine din carbuni minieri sau din coaja de nuca de cocos Majoritatea carbunilor minieri pot fi convertiti in carbune activ insa proprietatile carbunelui activ depind esential de calitatea initiala a carbunilor in special in ceea ce priveste duritatea acestora in acest sens se utilizeaza adesea coaja nucilor de cocos pentru fabricarea carbunelui activ
Exista o multitudine de procese de fabricare a carbunelui activ insa eel mai dezvoltat este piroliza urmata de activarea cu gaze de oxidare Piroliza (carbonizarea) presupune incalzirea materialului la temperaturi intre 600 si 900 degC in absenta aerului Pentru obtinerea unei porozitati ridicate se pot utiliza adaosuri de cloruri metalice (de exemplu ZnCl) Piroliza poate reprezenta unicul pas de activare in cazul in care se doreste obtinerea unui material cu 0 porozitate ridicata
A doua etapa este cea de oxidare care se realizeaza de obicei cu abur sau uneori cu aer Temperaturile sunt uzuale in gama de 600 - 900 degC Pe parcursul acestei etape se realizeaza 0 erodare a suprafetei interne a carbunelui si dezvoltarea unei retele extensive de micropori care cresc capacitatea de adsorbtie
58
Printre proprietatile principale ale carbunelui activ se enumera continutul de cenusa umiditatea densitatea marimea particulelor duritatea volumul si distributia dupa marime a porilor suprafata interna
31321 Continutul in cenusa
Continutul in cenusa este reprezentat de reziduul obtinut prin calcinarea la temperatura de 954 degC timp de 3 ore in aer Uzual continutul de cenusa variaza intre 3 si 10 Pentru reducerea cantitatii de cenusa se poate utiliza spalarea cu acid
31322 Umiditatea
Umiditatea se determina prin uscarea in cuptor timp de 3 ore a unei cantitati de 5 sau 10 g de carbune activ la temperatura 150 degC Se determina greutatea inainte si dupa uscare si racire in exicator Umiditatea in vrac a carbunelui activ este recomandabil sa fie limitata la maxim 5
31323 Densitatea
Sunt mai multe tipuri de densitati printre care se mentioneaza densitatea in vrac densitatea aparenta densitatea particulei si densitatea reala Densitatea in vrac sau densitatea aparenta reprezinta greutatea carbunelui activ uscat raportata la volumul pe care acesta il ocupa Aceasta se determina prin umplerea unui cilindru cu volumul de 100 ml cu carbune prin cadere libera dintr-o masina vibratoare si cantarirea volumului respectiv Valorile uzuale sunt in gama 05 - 06 gml pentru carbune activ fabricat din carbune minier respectiv 024 - 030 mg1 pentru carbune activ fabricat din lemn
Densitatea particulei reprezinta densitatea unei particule singulare Volumul pe care se bazeaza include volumul porilor precum si volumul materialului Densitatea particulei se determina in mod uzual cu mercur la presiunea atmosferica (mercurul umple spatiile goale din particula de carbune activ dar nu umple porii) Valorile uzuale sunt in gama 074 - 080 gml
Densitatea reala sau densitatea scheletului este cea determinate numai pe materialul (carbunele) propriu-zis Pentru determinarea acesteia se utilizeaza uzual o metoda de inlocuire cu heliu (heliul intra practic in toti porii materialului) Valorile uzuale sunt in gama 21 - 22 gml
31324 Marimea particulelor
Aceasta se determina prin cernerea a 100 sau 200 g de carbune printr-un sistem de site mecanice timp de 10 minute dupa care se cantaresc retinerile pe fiecare sita in parte Carbunele activ pudra se incadreaza de obicei in domeniul 005 mm - 15 mm
31325 Friabilitatea
Capacitatea carbunelui activ de a rezista la abraziune este unul dintre parametrii cei mai importanti Procedura de determinare a friabilitatii carbunelui activ presupune determinarea granulozitatii acestora inainte si dupa testul propriu-zis care consta in concasarea succesiva a carbunelui intr-un recipient alaturi de bile de otel inoxidabil Valorile uzuale ale indicelui de friabilitate sunt 65 - 80 (practic 70 - 75) ceea ce atesta faptul ca materialul este foarte usor friabil si este necesar atentie la procedura de spalare
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATIIAPEI 59
31326 Volumul si distributia dupa marime a porilor
Volumul porilor reprezinta volumul total al porilor din particula de carbune activ granular raportat la greutate Valorile uzuale sunt de ordinul 08 - 12 mlg pentru carbune activ fabricat din carbuni minieri respectiv 22-25 mlg pentru carbune activ fabricat din lemn Volumul total al porilor poate fi determinat printr-un test de adsorbtie cu azot desfasurate astfel incat azotul condensat sa intre in totalitate in porii carbunelui
Carbunele activ confine o structura complexa de pori de forme si marimi diferite Porii au de obicei o geometrie neregulata si sunt interconectati Dimensiunile porilor sunt uzual intre 10 A si 100000 A (001 cm) Distributia dupa marime a porilor depinde de tipul de material utilizat si de metoda si de durata procesului de activare
31327 Suprafata internaSuprafata interna a materialelor poroase in general se determinS cu ecuatia BET stabilita de
Brunauer Emmett si Teller Ecuatia descrie formarea de strate multiple de gaz condensat care apar atunci cand un gaz adsorbabil (de exemplu azotul) este in contact cu materialul poros Intr-un astfel de test se utilizeaza azot la temperatura de fierbere si presiunea atmosferica (-196 degC sau 77 K)
Ecuatia BET (expresia 318) a fost derivata presupunand urmatoarelebull rata de condensare a moleculelor din primul strat este egala cu rata de evaporare a
moleculelor din zonele acoperite cu un singur strat de moleculebull caldura de adsorbtie peste primul strat este constants si egala cu caldura de lichefiere
qqm=b(PPS)(1-PPs)(1-PPS+bPPS) ( 3 1 8 )
In care Ps - presiunea de vaporizare la saturatie la temperatura utilizata in test uzual 1 atm
q - cantitatea de substanta adsorbita la presiunea P
qm - cantitatea de substanta adsorbita numai cand se constata acoperirea totala a suprafetei cu un strat monomolecular
b - constanta determinata experimental
In figura 336 se prezinta o relatie tipica intre marimea porilor si suprafata totala Suprafata cumulativa este data de insumarea suprafetelor tuturor porilor cu un diametru dat sau mai mare Se remarca faptul ca marea majoritate a suprafetei este atribuita porilor de mici dimensiuni
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI60
3133 Teste uzuale de adsorbtie
In practica se utilizeaza o serie intreaga de teste pentru a determina capacitatea de adsorbtie pentru diferite tipuri de carbune activ Printre acestea se mentioneaza
- Indicele Iod reprezinta cantitatea de iod in miligrame pe gram adsorbit de un carbune activ la echilibru cu o solutie I2-KI cu concentratia 002 N indicele iod indica suprafata totala a porilor cu diametru de 10 A sau mai mare valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 800 - 1000 mgg
Indicele Melasa reprezinta un indicator al puterii de decolorare a carbunelui activ granular in contact cu 0 solutie de melasa la fierbere indicele melasa este in stricta legatura cu suprafata totala a porilor cu diametrul mai mare de 28 A valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 200 - 300
- Indicele Albastru de Metilen reprezinta cantitatea de albastru de metilen adsorbita de 1 g de carbune activ la echilibru in contact cu o solutie cu concentratia 1 mg1 de albastru de metilen Albastrul de metilen are greutatea moleculara 320 si indica suprafata totala a porilor cu diametrul de 15 A
- Activitatea tetraclorurii de carbon tetraclorura de carbon CC14 este un compus molecular mic si poate intra in toti porii In acest test un curent de aer este saturat cu CCI4 la 0 degC si este trecut printr-un strat de carbune activ mentinut la 25 degC pana cand nu se mai detecteaza nici o schimbare in greutate Activitatea este greutatea CCI4 adsorbita pe unitatea de greutate de carbune activ exprimata procentual Valorile uzuale ale acestui indicator sunt in gama 60 -80
- Indicele butan este similar activitatii tetraclorurii de carbon valoarea acestuia este exprimata grame de butan adsorbite pe 100 ml carbune activ valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 7 - 8 g 100 ml carbune activ
- Indicele FINAD stabilit de cercetatorul C Gomella si reprezinta un produs al mai multor indici F - fenol I - iod N - indol A - antipirina D - detergent
316 Deferizarea si demanganizarea apei
Fierul (Fe) si manganul (Mn) sunt elemente care se gasesc frecvent in mediul subteran si in apa apar in concentratii pana la 10 mg1 (Fe) si 2 mg1 (Mn) Prezenta fierului si manganului in apele potabile pot genera urmatoarele probleme
bull produce gust metalic dezagreabil
bull coloreaza tesaturile si echipamentele sanitare
bull formeaza precipitate in conducte care favorizeaza dezvoltarea bacteriilor feruginoase (Chrenothrix) acestea modifica regimul hidraulic calitatea apei distribute si favorizeaza fenomenele de coroziune
3161 Echilibrul fierului si manganului in apa
Fierul si manganul sunt prezente dizolvate in solutiile apoase sub forma Fe2+si Mn2+ Concentratia in oxigen a apelor subterane care contin Fe si Mn este nula Din namolurile situate in
2+ ~
zona anaeroba din hipolimnion se elibereaza ioni de Fe2+ si Mnz+ in apele lacurilor In numeroase ape naturale se remarca prezenta Fe3+ asociata cu substantele humice Stabilitatea fierului si manganului in apa depinde de numeroase variabile
bull pH-ul apei
bull concentratia diferitelor elemente chimice
bull potentialul de oxido-reducere (Eh) al solutiei
In figura 341 se prezinta diagrama de stabilitate a formelor fierului in solutie in aceasta diagrama o curba (linie) reprezinta locul geometric pentru care concentratia celor doua substante este aceeasi De exemplu linia 1 reprezinta solutia pentru care O2 si H2O au aceeasi valoare Aria cuprinsa intre curbele 1 si 2 reprezinta aria de stabilitate a compusilor de Fe Chimia manganului este asemanatoare cu cea a Fe Astfel la pH si Eh reduse Fe si Mn sunt stabile in forme bivalente
24 Captari din rauri
241 Captari Tn albie
2411 Captarea cu sorb
Se recomanda pentru captari provizorii mobile sau sezoniere Consta intr-un sorb amplasat convenabil in apa si stabilizat pentru protectie contra plutitorilor mari In figura 210 este schitata o captare fixa cu sorb
Sorbul este o confectie metalicS specials inchisa la un capat legata cu flanse la conducta de aspiratie cu celalalt capat si prevampzutS cu orificii pe suprafata laterals (cu dimensiuni suficient de mici pentru a nu intra plutitorii sau suspensiile mari) Pentru a avea viteze mici de intrare diametral sorbului este de 15 ori mai mare decat diametral conductei de aspiratie Pentru a nu aspira plutitori care sa-1 infunde sau a nu fi blocat in gheatS (hg = 03 - 04 m) si pentru ca gheata care se sparge in bucati la o viiturS de primavarS sa nu blocheze sorbul si sa-1 distrugS acesta trebuie sa fie asezat la minimum 05 m sub nivelul minim al raului la asigurarea normatS Pentru a capta aluviuni cat mai putine si de dimensiuni mai mici sorbul trebuie asezat la minimum 05 m peste fundul albiei Rezulta cS sorbul se poate prevedea in conditii normale in ape a caror adancime depSaeste 120 m (considerand ca sorbul are un diametra de minim 200 mm la un debit relativ mic)
Tot in scopul reducerii cantitatii de aluviuni antrenate sorbul se aseaza cu ajutorul unui cot in sensul de curgere al apei astfel incat apa sa intre in sorb prin intoarcere Sorbul se stabilizeaza in albie cu ajutorul unor piloti din lemn cu diametral de 0 10-12 cm batuti sub adancimea de afuiere in albie
In cazul captarilor mobile (folosite in special la irigatii) conducta de aspiratie se poate lasa aproape vertical in apa neingropata in mai cu asigurarea ca efectul dinamic al apei este atat de mic incat eforturile rezultate pot fi preluate de imbinari si conducte Sprijinirea se face prin amenajarea malului in trepte (trebuie avut grija sa nu fie depasita inaltimea de aspiratie a pompei amplasate pe mai)
2412 Captarea cu crib
Este o captare la care sorbul este protejat cu o constractie fixa stabila numita crib Cribul poate fi executat din elemente detasabile (grinzi din lemn elemente din beton armat de tip grinda) sau turnat pe loc (cu sorbul separat sau sorbul incorporat in constractie) In figura 211 se prezinta o captare cu crib
Grataral cribului se dimensioneaza la o viteza medie de trecere de 01 - 03 ms grataral se executa din bare rezistente la socul cu plutitorii iar amplasarea lor se face pe partea laterala sau aval a cribului (soc din cauza plutitorilor redus acces redus al aluviunilor din cauza intoarcerii curentului de apa aluviunile tree avand inertie mai mare)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 18
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
Apa captata prin crib poate fi aspirata de o pompa sau poate fi sifonata intr-un put colector cu rol de deznisipator si camera de aspiratie pentru pompe Vacuumul maxim pe conducta nu trebuie sa depaseasca 4-6 metri
Pentru sporirea sigurantei constructiei pot fi realizate mai multe criburi asezate in sah la 10-20 m in albie legate separat la pu|ul colector in cazul unor utilizatori importanti pot fi prevazute si criburi de rezerva Este esential ca toate criburile sa fie in stare de functionare altfel din cauza nisipului conductele de legatura si captarea se blocheaza Periodic conducta si cribul pot fi spalate prin aspirarea apei prin (n-1) criburi si refularea acesteia (sau a unei parti) prin cribul n care se spala Pentru aceasta instalatia hidraulica in putul colector trebuie gandita adecvat
Daca malul este inundabil si putul colector nu se poate departa pentru a iesi din zona inundabila vor fi luate masuri de indiguire a zonei sau de ridicare a putului la o cota cu minimum 050 m peste nivelul inundabil si aparare contra efectului dinamic al apei (accesul la put se va asigura pentru orice conditii)
A
In cazul in care nu se poate asigura adancimea pentru navigatie cu acordul beneficiarului zonei de navigatie se poate amplasa cribul mai sus luandu-se masuri corespunzatoare pentru marcarea pozitiei criburilor prin balize
242 Captari Tn mai
Captarea in mai se adopta in cazul unor debite importante cu o mare siguranta in functionare si cand situatia locala nu permite executarea de criburi
Captarea de mai are mai multe variante de constructii in functie de debitul captat si de destinatia apei captate Astfel pentru centre populate sau industrii unde debitul este totusi redus iar apa urmeaza sa suporte o tratare pentru corectarea calitatii pot fi prevazute captari cu cheson de mai Pentru debite mari de apa (mari unitati industriale centre populate mari irigatii CET-uri etc) se prevad captari in mai de tip bazin deschis
1
Figura 211 Captare cu cribLegenda 1 Put colector (cheson) 2 Crib din elemente prefabricate 3
Gratar 4 Saltea de fascine 5 Conducta de sifonare 6 Sistem de amorsare 7 Vacuum 8 Sorb 9 Conducta catre statia de pompare 10 Radier din beton armat
11 Cutitul chesonului 12 Strat depuneri
Captarea cu cheson este o constractie monolita care de obicei cuprinde si statia de pompare - echipata eel mai bine cu pompe cu ax vertical Schematic constructia unei captari de mai este prezentata in figura 212
B - B
c
Figura 212 Captare de mai cu cheson a-sectiune verticala 6-8 fo-detaliu sita c-sectiune orizontala
A - A
Legenda1 - camera de admisie si deznisipare a apei 2 - camera sitelor rotative 3 - camera cu rol de bazin de aspiratiepentru pompe 4 - camera uscata pentru pompe
INSPECTIA SANITARA SIMONITORIZAREA CALITATII APEI
Constructia este formata dintr-un cheson de dimensiuni mari asezat in malul raului astfel incat in fata ferestrelor de priza sa fie asigurat in permanent un nivel suficient de apa
Din cauza dimensiunilor si adancimii mari de fundare de obicei lansarea chesonului se face cu aer comprimat in partea de jos asigurandu-se o camera de lucru betonata ulterior Constructia este compartimentata vertical pe linii tehnologice dintre care una este intotdeauna de rezerva In interior se deosebesc patru camere (compartimente) cu urmatoarele roluri
1 Camera de admisie si deznisipare a apei (cu posibilitati de evacuare a nisipului depus)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
2
20
2 Camera sitelor rotative sitele rotative sunt formate din panouri de sita cu ochiuri relativ mici (1-3 mm) articulate si trecute peste doua tambururi - unui sus (motor) si altul jos (pasiv) apa trece prin panourile de sita sunt retinute pe sita impuritatile mari plutitorii in general si apoi panoul descarcat se ridica permanent ajungand deasupra nivelului apei in fata unui jet de spalare
3 Camera cu rol de bazin de aspiratie pentru pompele din camera 4
4 Camera uscata care adaposteste pompele treapta I (care trimit apa de la sursa la statia de tratare) In cazul in care nu se dispune de pompe cu ax vertical (care au motoarele montate pe platforma superioara) pot fi prevazute fi prevazute si pompe cu ax orizontal cu luarea unor masuri importante de pastrare uscata a camerelor
Cand sunt disponibile pompe cu ax vertical camerele 3 si 4 pot fi unificate In partea superioara a constructiei se prevad camera de comanda camera de manevra a vanelor si pompelor de epuisment camera motoarelor pompelor verticale si sala transformatoarelor (daca este cazul) Nivelul planseului se executa de obicei cu circa 07 m peste nivelul maxim al apelor raului cu asigurarea 1 In fata prizei se executa o pasarela de acces a personalului pentru curatarea gratarelor de la priza si indepartarea plutitorilor si ghetii Gratarele sunt rare cu distante intre bare de 3 - 10 cm
Admisia apei in priza se face prin doua serii de ferestre - o fereastra sub nivelul minim si o fereastra sub nivelul maxim Viteza de trecere a apei este de 02 - 03 ms iar nivelul de apa peste marginea de sus a ferestrei de minimum 050 m
La nivelurile mari in rau se lucreaza cu fereastra de sus pentru a evita antrenarea in priza a aluviunilor mari care sunt tarate de apa la partea de jos a albiei Pentru inchidere fiecare fereastra are in spate o stavila plana manevrabila de la suprafata In fata ferestrelor gratarele sunt rare din bare rotunde (teava) sau profile si se pot curata cu greble mecanice (la prizele mari) sau manual Gratarele trebuie sa fie executate cu atentie si iarna se pot inlocui cu gratare din lemn sau se pot lua masuri speciale pentru a se evita prinderea zaiului de barele metalice (bune conducatoare de caldura)
Zaiul este gheata in cristale fine care pluteste in masa de apa Pentru a evita blocarea cu gheata au fost imaginate mai multe sisteme toate fiind insa perfectabile Astfel la centralele termice sau industriale unde exista abur rezidual sau apa calda se transforms gratarul in radiator prin interiorul tevilor circuland agentul de incalzire sau se toarna apa calda inaintea gratarului astfel incat apa care trece prin gratar sa aiba 01 - 05degC In alte cazuri s-a transformat gratarul in rezistenta electrica legandu-1 la o sursa de tensiune convenabila (putere instalata de cca 10 kWhm2) consumul de energie este relativ mare iar pericolul de accidentare este ridicat S-a recurs si la imbracarea barelor gratarului in cauciuc ebonita sau mase plastice in scopul impiedicarii zaiului sa se prinda de bare In foarte multe cazuri insa se sparge gheata la priza cu unelte manuale atunci cand se constats ca nu mai intra apa suficienta operatiune foarte grea si riscanta In cazul in care apa raului contine in anumite perioade o cantitate mare de suspensii se poate aseza priza nu pe malul raului ci intr-un bazin executat pe malul raului iar apa raului parcurgandu-1 se produce deznisiparea
Foarte importante sunt forma sub care se amenajeaza intrarea apei din rau in bazin (existand riscul aparitiei depunerilor) si modul in care se reuseste sa se faca evacuarea depunerilor din bazin In literature de specialitate se citeaza si alte posibilitati de folosire a acestor bazine Uneori aceste bazine au fost executate sub forma de canale lungi cu priza la caparul eel mai departat Curatirea canalului se poate face prin dragare
Sunt situatii insa in care din motive locale debit mare si curgere gravitationala captarea poate fi mai simpla Captarea poate avea un singur compartiment pentru debite mici sau poate fi organizata pe linii pentru usurinta exploatarii Intrarea apei se face pe sub un timpan care evita socul plutitorilor cu gratarul si dirijarea acestora in aval Pentru punerea la uscat fiecare compartiment se prevede cu batardou demontabil Priza poate avea doua gratare in serie un gratar rar si un gratar des
O mare importanta o are directia de asezare a gratarului fata de directia circuitului de apa asezarea corecta este data de conditiile locale si uneori sunt necesare studii detaliate pe model in laborator Gratarul se poate aseza paralel cu curentul de apa putin oblic astfel incat apa sa atace gratarul sub unghiul eel mai favorabil sau frontal
243 Captari cu regularizarea albiei
Sunt situatii in care pe rau exista debitul de apa necesar pentru captare dar albia este atat de dezvoltata incat inaltimea apei nu permite derivarea debitului necesar In aceasta situatie este nevoie de inaltarea (cresterea) nivelului apei Una din solutii este de a ingusta albia prin lucrari artificiale de regularizare Intrucat asemenea lucrari de regularizare pot fi necesare si in alte cazuri (stabilirea albiei minore de exemplu) vor fi date cateva elemente generale urmand ca in caz de necesitate sa se apeleze la lucrari de specialitate Lucrdrile de regularizare se prevad si se executa cu respectarea urmatoarelor reguli generale
bull la ape mici curgerea sa fie cea dorita (stabila catre priza) iar la ape mari sa nu se produca inundatii in zonele vecine (sa nu se reduca din capacitatea de transport a albiei)
bull lucrarile sa se execute in etape pentru a se putea cunoaste reactiile la noile conditii si pentru a se putea cunoaste reactiile la noile conditii si pentru a se putea face corectari in etapele urmatoare
bull tipurile de lucrari sa se incadreze in peisaj
bull lucrarile sa nu stanjeasca circulatia apei pentru alte folosinte sau sa produca baltirea apei cu efecte de insalubritate
bull sa se prevada lucrari cu materialele din zona
bull sa fie folosita tendinta naturala de curgere a apei puterea si capacitatea colmatata a curentului
In figura 38 sunt schitate tipurile de lucrari mai des utilizate lucrari in albie (diguri de dirijare traverse de colmatare epiuri) si lucrari de aparare si consolidare a malurilor Elementele constructive tip sunt in general executate printr-o combinatie rationala de
bull combinatie de lemn cu piatra (casoaie suluri si saltele de fascine)
bull combinatie de piatra cu metal (gabioane)
bull anrocamente (piatra mare sparta)
bull beton beton armat sub forma de constructii masive sau elemente prefabricate
bull constructii vii formate din inierbare vegetatie mica (se ia in considerare capacitatea de transport a
albiei la ape mari)Apardrile de mai sunt lucrari de consolidare a malului raului impotriva efectului de eroziune al apei
la viteze mari Acestea pot fi lucrari foarte simple cum sunt taluzele inierbate cu unele elemente simple de fixare sau lucrari mai complicate ca taluz pavat cu elemente de beton zidarie de piatra rostuita sau nu
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
Figura 213 Lucrari de regularizare a albiei Tn zona prizeiLegends a - plan cu tipurile de lucrari b - tipuri de aparari de mai 1 - cu
casoaie 2 - cu dale din beton armat 3 - cu elemente mixte (zidarie de piatra secti Tnierbare) c - diguri epiuri executate din 1 - gabioane 2 - anrocamente
22
zidarie de sprijin din zidarie beton sau beton armat La constructive de mai trebuie tinut seama ca in afara de efectul de erodare si de afuiere a patului de sprijin actioneaza si impingerea malului
Digurile longitudinale sunt lucrari executate in albie care au rol de a dirija pe o portiune un spatiu relativ fix apa raului Se realizeaza din anrocamente cu marime suficienta pentru a nu fi antrenate de apa prefabricate de beton gabioane (piatra de rau balast inchis in casete de sarma zincata pentru a obtine o stabilitate generala mare - elemente simple ieftine si stabile atata timp cat sarma de la cos nu cedeaza sub efectul eroziunii si coroziunii) casoaie din lemn blocuri de beton legate elastic etc Capetele acestor diguri trebuie sa fie bine aparate eventual legate cu cate un epiu astfel incat curentul de apa sa nu patrunda in spatele digului Daca digurile sunt deversate vor fi luate masuri constructive contra afuieri sau spalarii patului cu efect imediat asupra stabilitatii constructiei
Epiurile sunt ca si digurile constructii permeabile rezistente la actiunea apei submersibile sau nu care dirijeaza apa raului pe un anumit spatiu si favorizeaza colmatarea treptatS a spatiului dintre ele Ca pozitie pot fi dirijate spre aval normal pe albie sau orientate spre amonte Se executa din aceleasi materiale ca si digurile Daca albia are un pat usor afuiabil inainte de executia digului propriu-zis se amenajeaza un pat elastic din saltele de fascine sau numai rulouri de fascine O atentie deosebitS se da capului epiului (partea terminals dinspre apa) care este elementul eel mai solicitat Totdeauna coada epiului trebuie bine incastrata in mai pentru a nu permite apei sa-1 ocoleasca
Traversele de colmatare sunt diguri scurte executate din umplutura de material local protejata cu anrocamente mari pe albia minora ce trebuie pSrSaitS sau pe bratele auxiliare care trebuie sa fie colmatate L ape mari spatiul dintre traverse se umple cu aluviuni si in timp traseul vechi al albiei minore dispare
Toate constructiile enumerate anterior si altele asemSnStoare imaginate de specialisti trebuie sa fie verificate si la efecte (in perioada de primavara nu trebuie sa se permita formarea de zSpoare -blocuri de gheata spartS aglomerata care favorizeaza inundatiile) Pe zonele de rau regularizate tipurile de constructii pentru captarea apei sunt similare cu cele pentru albia neregularizatS dar cu adancime suficientS a apei De altfel totdeauna cand se executa constructii legate de apa vor fi luate si masuri de stabilizare a albiei in zona afectata
244 Captari cu baraj de derivatie
In cazul in care pe rau nu se poate asigura nivelul minim necesar pentru captarea apei iar regularizarea albie nu este posibila sau rationala se recurge la executarea unei constructii pentru ridicarea artificials a acestuia dacS debitul captat este important iar fenomenele de iarnS nu pun probleme deosebite
Pentru a nu crea prejudicii pentru alti beneficiari constructia numita stdvilar sau baraj de derivatie trebuie sa asigure concomitent urmStoarele conditii
bull sa fie stabilS la actiunea dinamicS a apei
bull sa permita evacuarea debitelor mari fSrS a provoca inundatii sau deteriorarea altor constructii
bull sa permits evacuarea gheturilor de primSvarS
bull sa asigure navigatia plutaritul circulatia pestilor sau alte folosinte etc Forma
captSrii depinde de
bull marimea debitului captat raportul debit captat debit rau
bull variatia debitului raului si aluviunilor transportate
bull posibilitStile de executie
bull amplasamentul efectiv al prizei (natura albiei adancimea stratului impermeabil inSltimea malurilor etc)
In continuare sunt date cateva exemple de constructii caracteristice pentru asemenea prize
Captarea pentru debit mare realizabilS pe un rau mare pentru localitSti industrii irigatii energie etc Are alcStuirea generals din figura 214
Intre douS culei (o culee este o constractie de legSturS intre constructia dintre albie si mai) se executS elementul de barare a albiei adicS de ridicare a nivelului apei la cota minimS necesarS Aceasta poate fi un prag - baraj deversor dacS lungimea disponibilS si cota malului permit
evacuarea debitelor mari de rau sau baraj cu stavile mobile (stavilar) care se pot ridica sau culca (intr-un locas special prevazut) in radier lasand libera sectiunea pentru evacuarea apelor mari Sunt si cazuri in care din cauza deschiderii mari a albiei s-a adoptat o solutie mixta partial cu stavile partial cu baraj deversor sau uneori si cu baraj nedeversant
Pe malul opus captarii se executa daca este cazul ecluza pentru navigatie sau plutarit cu dimensiunile cerate de beneficiar si aproape totdeauna o scara de pesti pentru a asigura circulatia libera a pestilor intre cele doua biefuri (un bief este zona de rau aflata amonte sau aval de constructia considerate) Pe acelasi mai cu priza se gasesc doua deschideri de spalare prevazute cu vane plane care stau totdeauna partial deschise astfel incat debitul de apa care nu se capteaza sa nu deverseze peste baraj ci sa treaca pe sub aceste stavile
Se reaminteste ca in nici un caz nu este permisa captarea integrals a debitului raului in sectiunea respectiva o parte a debitului raului trebuie sa treaca in aval pentru mentinerea intr-o stare salubra a zonei (altfel devine depozit de gunoaie pe timp de ape scazute) asigurarea apei pentru vietuitoare si vegetatie Debitul ramas in albie este numit debit de servitute (Qs) Spalarea este necesara intracat prin ridicarea locala a nivelului apei s-a realizat in amonte o reducere locala a pantei energetice a curentului de apa Aceasta reducere conduce la micsorarea capacitatii de transport deci micul lac ce se creeaza in spatele barajului se umple repede cu aluviuni Umplerea se face si in dreptul gratarului fiind periclitata adancimea de intrare minima altfel spus se realizeaza ridicarea locala a fundului albiei Lasand libera circulatia apei langa gratar se produce continuu o spalare a depunerilor din cauza vitezei mari realizate sub stavilele de spalare
in unele cazuri prima pila a barajului a fost prelungita cu un pinten formand un fel de canal in fata prizei Apa circuland cu o viteza comparabila cu cea existenta in rau inainte de barare evita producerea de depuneri in fata prizei
Atat in dreptul stavilelor de spalare cat si al barajului deversor in aval se executa un disipator de energie al carui rol este de a reduce viteza apei la o limita care sa nu produca eroziuni spalari in aval de constractie spalari care ar putea periclita stabilitatea acesteia
Priza este o deschidere in culee protejata cu un gratar contra plutitorilor Pentru a evita antrenarea aluviunilor mari in priza aceasta se prevede cu un rag (grataral se aseaza deasupra fundului albiei la 05 - 10 m) Pentru a nu favoriza blocarea gratarului cu plutitori viteza de trecere este redusa 01 - 05 ms din care cauza priza are o forma de palnie Intrarea poate fi inchisa cu stavile Daca deschiderea totala este mare ea se poate reduce cu ajutorul unor pile intermediare Lungimea unei stavile nu va depasi 250 m altfel dispozitivele de ridicare a stavilelor devin greoaie In pile inaintea nisei stavilei se lasa profile U inglobate in beton cu deschiderea spre apa pentru a se putea lansa batardoul (umplutura din elemente grinzi de lemn sau metal) in scopul punerii la uscat a incintei pentru eventuale reparatii Deoarece dupa gratar viteza apei scade mult se produc depuneri care pot afecta circulatia pe canalul de legatura Spalarea lor se poate face cu o golire secundara - de spalare (vezi figura 214) Daca se inchide plecarea spre beneficiar (stavila V2) si se deschide stavila V3 se poate asigura o circulatie fortata cu 0 viteza cu 0 viteza mare (diferenta de nivel amonte-aval este mare) Daca debitul pe rau este suficient iar gratarele au o suprafata mai mare decat cea strict necesara se poate merge cu vana V3 partial deschisa - spalarea facandu-se continuu Pentru evitarea antrenarii plutitorilor mari si a ghetii in sloiuri la gratar se amenajeaza un perete de lemn scufundat partial (05 m) sau o linie de busteni legati articulat (care plutesc) Fenomenele de iarna sunt cele mai dificile la aceste prize
Captarea tiroleza este 0 captare cu gratar pe creasta (figura 215a) care se adopta in cazul in care debitul raului la ape mici este redus si nu poate asigura spalarea zonei din fata prizei iar debitul captat fiind mic captarea in mai se face greu (la aceasta constractie de captare se executa si o priza de iarna in cazul in care grataral ingheata) Captarea se aplica in zone de munte la rauri cu caracter torential pentru debite nu prea mari (sub lm3s) In unele situatii masivul de beton nu se vede din albie fiind alcatuit dintr-un prag de fund - cu gratar la nivelul fundului apei (grataral este inclinat aval pentru a evita blocarea cu aluviuni mari)
Captarea sub albie se adopta in situatia unor localitati de munte pentru care singura sansa de apa o constituie raul sau paraul care izvoraste de la cote inalte al carui debit scade foarte mult in perioadele de iarna si vara si in cazul care fenomenele de inghet dureaza timp indelungat In aceasta situatie 0 captare in albia raului va fi serios stanjenita iar exploatarea va pune probleme deosebite Pentru evitarea unora din aceste probleme au fost imaginate si executate captari sub fundul albiei intr-o zona in care albia este bine dezvoltata si are un pat de 2-3 m de aluviuni Constructia transversals dreneaza apa la unui din capetele sale unde pe malul raului dintr-un put este prelevata si transportata Aceasta captare se deosebeste insa de captarea subterana a apei infiltrate prin mai sau sub fundul albiei (cu drenuri radicale) deoarece apa captata are tot caracteristicile unei ape de suprafata dramul parcurs prin patul aluvionar fiind foarte scurt o asemenea apa are o turbiditate mai mica decat apa captata direct din rau
Schema unei captari sub albie numita uneori si caucaziana este data in figura 215b iar schema unei captari proiectata pentru extinderea provizorie a alimentarii cu apa a unei localitati din tara - la un debit de 10 dm3s in figura 215C
Din figura se observa ca in patul aluvionar al raului se executa o constractie permeabila care dreneaza apa ce se scurge prin subteran sau care se infiltreaza direct asupra constractiei In fata acestei constructii si deasupra ei se executa un blocaj din anrocamente care sa permita accesul mai bun al apei si totodata sa stabilizeze constructia contra efectului dinamic la ape mari (captarea lucreaza ca un prag de fund stabilizator)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 25
Captarea este relativ simpla usor de executat si cu rezultate bune in exploatare Trebuie insa data o atentie deosebita posibilei colmatari a zonei de acces la elementul drenant din cauza apei ce confine fibre de dimensiuni mici (celuloza si hartie) material ce se colmateaza etc
26 Captari din lacuri
Tara noastra nu dispune de lacuri naturale de volume importante care sa poata folosi drept sursa de apa Din aceasta cauza captarile vor fi analizate din punct de vedere al prelevarii apei din lacurile artificiale
In etapa actuala in tara noastra executarea de captari cu debite importante din majoritatea raurilor interioare nu se pot face fara o regularizare a debitului deoarece desi regimul precipitatiilor este relativ uniform (200-2000 mman) distributia in timp este foarte neuniforma Aceasta face ca in perioadele de primavara si toamna debitele sa fie foarte mari iar in perioada de vara si mai ales iarna debitele sa scada la valori extrem de mici cu totul insuficiente pentru alimentarea folosintelor Regularizarea debitelor se face prin lacuri de acumulare special create (bazine uriase cu volume de zeci de milioane-miliarde de metri cubi) care acumuleaza apa din rau in perioadele de viitura si permit folosirea acesteia la debitele dorite
Este insa evident ca un asemenea lac nu se poate crea decat printr-o constructie specials de blocare a albiei numita baraj constructie care prin amploare si efort de investitie pune probleme deosebite Din aceasta cauza executarea unor asemenea lucrari se face prin cooperare cu alti beneficiari lacul urmand sa aiba o folosinta complexa dupa cum urmeaza
bull va reduce viiturile si va permite protej area localitatilor si scoaterea unor suprafete de sub efectul inundatilor redandu-le circuitului agricol
bull volumul de apa acumulat confine o cantitate mare de energie hidraulica energie care poate fi transformata in cadrul centralelor hidroelectrice in energie electrica si data in circuitul energetic al tarii
bull o parte din volumul de apa acumulat poate fi preluat pentru irigarea unor importante suprafete de teren
bull parte din lac poate fi amenajat ca zona de agrement dezvoltand zona din punct de vedere turistic
bull se poate imbunatati regimul de curgere in aval cu efect si asupra calitatii apei
Din punct de vedere al alimentarii cu apa lacul are eel putin in prima perioada un efect favorabil apa prelevata fiind in general mai limpede si mai constants sub raport calitativ Aceasta presupune insa preluarea apei direct din lac (varianta I din figura 216) lucru care poate dezavantaja pe alti beneficiari (cei care se ocupa de producerea energiei de exemplu)
Pe de alta parte apa stationand mult timp in lac isi modifica calitatea iar prin descompunerea depunerilor si dezvoltarea unor microorganisme specifice apa poate sa capete gust neplacut (gustul este diferit de eel al apei de rau care este apa curgatoare) De aceea uneori apa este acumulata dar nu este captata din lac ci uzinata si lasata sa curga pe vechea albie pentru a se aera (varianta Il-a din figura 216) Solutia este
Figura 215 Captari speciale a - captare tiroleza b - captare cu galerie transversala pe fundul albiei c -
dren sub fundul albiei
favorabila in cazul in care utilizatorul de apa se afla la distanta mare Daca centrala functioneaza continuu atunci captarea se poate face in curent liber daca insa centrala (UHE) functioneaza in regim de varf (cum de obicei functioneaza asemenea centrale cateva ore in cursul zilei) atunci avalul inainte de priza trebuie prevazut un lac de compensare zilnica a debitelor lac care sa retina apa uzinata in regim neuniform si sa permita captarea unui debit relativ constant Cele doua variante aratate schematic in figura 216 trebuie comparate ca avantaje si dezavantaje
Priza de apa poate fi realizata in corpul barajului in aval de baraj sau in lac Elementele care conduc la stabilirea solutiei sunt
bull pozitia utilizatorului de apa fata de lac captare din lac daca acesta este amplasat amonte si departe de baraj in baraj sau aval pentru un consumator aval sau din alt bazin hidrografic
bull marimea lacului variatia nivelului apei in lac
bull existenta unei salbe de lacuri pe raul respectiv
bull utilizarea rationala complexa a apei acumulate (de regula la stabilirea amplasamentului lacului se statueaza si modul de folosire al apei)
bull tipul de baraj si simultaneitatea executiei barajului cu priza pentru folosinte de apa in general dupa executarea barajului priza poate fi numai in aval sau in lac
bull conditiile reale de teren trebuie tinut seama ca baraj ele cu lacuri mari de acumulare sunt situate in zona de deal - munte
bull conditiile rationale de tratare a apei obtinute din lac
261 Priza tn aval de baraj
Se poate executa oricand inainte si dupa executia barajului in forme si la debite adecvate Sunt posibile urmatoarele tipuri de captari
bull captari in curent liber de forma celor descrise anterior pe raul pe care debitul regularizat prin lac are valori mult mai mari
bull captari in baraj sau in lac in cazul in care lacul are ca principals folosinta alimentarea cu apa sau cand barajul este realizat pentru un lac de compensare a debitelor rezultate de la functionarea unor centrale hidroelectrice din amonte
bull captari in lac in cazul in care lacul compenseaza folosinta energetica iar beneficiarul este departe de baraj in amonte
262 Prize Tn corpul barajului
Sunt gandite si executate odata cu barajul astfel incat sa nu pericliteze siguranta in functionare a acestuia dar sa poata preleva apa de calitatea cea mai buna existenta la un moment dat in lac
In cele ce urmeaza sunt date exemple de captari de apa executate in baraj Daca barajul este din beton priza este de regula comuna cu barajul (figura 217)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 27
apa curgatoare Barajul care realizeaza lacul de compensare este din materiale locale cu un sistem de stavile pentru spalarea depunerilor de viitura (figura 219)
In figura 220 este schitata captarea dintr-un lac al carui baraj este executat din materiale locale cu miez de etansare din argila Captarea se executa total izolat de baraj (in malul natural sau in lac figura 221 - pentru a nu-i produce dificultati barajului prin exfiltrarea apei pe langa sistemul de transport al apei) si pentru ca priza sa nu aiba dificultati la tasari neuniforme ale barajului Apa captata din priza turn de la cote diferite functie de calitatea acesteia este evacuata prin conducte sau galerii amplasate in malul natural
Acest tip de captare poate fi aplicata si in alta pozitie in cuprinsul lacului pentru beneficiari riverani - amonte de baraj
Cand principala folosinta a lacului este de combatere a undei de viitura captarea poate avea o forma speciala (figura 222) Captarea este amplasata la o cota deasupra rezervei destinata acumularii depunerilor din lac si trebuie sa evite blocarea cu corpuri mari ce pot cadea prin apa intrucat nu este accesibila decat la ape mici - lac gol sau lac golit
263 Captari in lac
Se utilizeaza atunci cand in amplasament nivelul apei este asigurat intotdeauna deasupra unor valori limita Se pot practica o captare de tip turn (figura 221) cand debitul captat este important iar nivelul lacului relativ constant o captare plutitoare cand alimentarea cu apa este sezoniera sau conditiile de iarna nu sunt severe o captare de fund cand lacul este de adancime mare si cu un volum de apa important (figura 223a)
Captarea de fund este formata dintr-un sorb (pot fi prevazute mai multe asemenea constructii separate) asezat pe o confectie metalica stabila de tip tetrapod Se amplaseaza deasupra nivelului (apreciat) de colmatare si sub nivelul minim al apei din lac (acoperire mai mare pentru a o feri de plutitori) Zona captarii va fi balizata pentru a fi ferita de accesul plutitorilor si a putea fi usor reperata pentru control se marcheaza si zona de protectie daca este cazul Conducta de legatura (suficient de elastica daca are lungime mare) se lanseaza prin plutire si poate permite ridicarea prizei in caz de nevoie Captarea va fi amplasata la o asemenea adancime incat sa nu fie deplasata de valuri si totodata nu intr-o zona in care valurile pot pune in miscare depunerile de pe fund si deteriora calitatea apei Captarea este tipica pentru prelevarea apei din lacurile naturale (figura 223b)
Existenta lacurilor de acumulare ridicS probleme importante sub trei aspecte generale aspecte care pot influenta calitatea apei captate siguranta in functionare a prizei sau si a zonelor vecine
bull pentru lacurile mici problema cea mai importanta este legata de colmatarea cu aluviuni lipsa masurilor de protejare amenajare si stabilizare a solului in bazinul hidrografic conduce la antrenarea unei mari cantitati de sol (mai ales fertil) care blocheaza in scurt timp volumul lacului
bull pentru lacurile cu volum mediu (milioane de m3) problema cea mai importanta este eutrofizarea apei lacului
bull pentru lacurile mari (sute de milioane m3) problema importanta este imbdtrdnirea lacului (o eutrofizare lenta avand ca punct final obtinerea unei ape de calitate total deosebitS de aceea a raului din care pro vine)
Eutrofizarea lacurilor este o problema acuta a multor lacuri din zone de ses si colinare Cauza principals este aportul de substante fertilizante (fosfor carbon azot) Fosforul (adus in apa in special din apele uzate orSaenesti - neepurate adecvat) in cantitSti mici favorizeaza randamentul de functionare a fitoplanctonului care la randul lui favorizeazS fixarea azotului cu ajutorul bacteriilor Dezvoltarea fitoplanctonului favorizeazS dezvoltarea zooplanctonului si deci a populatiei de pesti
DacS fluxul energetic si aportul de substante este moderat atunci ciclul se incheie devine stabil si lacul isi pSatreaza calitatea de lac oligotrof (figura 224a) In cazul in care cantitatea de fosfor creste creste volumul de fitoplancton deoarece nu exista suficient azot si lantul se rupe Zooplanctonul si pesti mor substantia organicS creste bacteriile consumS oxigenul si lacul devine eutrof acoperindu-se cu vegetatie (care are rSdacinile in malul situat pe fundul lacului si frunzele la suprafata realizand fotosinteza figura 224b) Consumarea oxigenului de cStre substantele in descompunere si capacitatea redusa de aerare fac ca apa lacului sa aibS de regulS un continut mai redus de oxigen
Daca se reduce cantitatea de nutrient (in special fosforul) dupa un timp calitatea apei se imbunatateste neajungand insa la calitatea initials (se considers ca un continut Tn fosfor de 10-20 mgl este acceptabil)
Imbdtrdnirea lacurilor este fenomenul de modificare continuS a calitatii apei lacului ca urmare a noului echilibru ce se realizeazS intre aportul de substante si circulatia apei Apa care ajunge in lac este o apa cu continut ridicat de substante minerale si organice Acestea se depun se descompun intra in reactie formand substante noi cu continut de Fe N S C (H2S CH4) substante care modifies chimismul apei Pe baza aportului de substante si sub influenta luminii creste productia de masa organica (schema lacului oligotrof) Apare un fenomen nou de circulatie a apei in lac vara apa de la suprafata este calda deci mai usoarS toamna insa apa se rSceste devine mai rece decat apa de la fundul lacului (are cca 4degC sub 15 - 20 m temperature ramane relativ constants) deci devine mai grea (densitatea creste la scaderea temperaturii) si coboarS inlocuind apa mai calda de adancime apa care se ridicS (depunerile mai pot fi agitate si de valurile de la suprafata)
Pozitia captarii in lacurile adanci trebuie sa fie totdeauna in zona medie cu temperature relativ constants (6 - 12degC) si unde nu se simte direct influenta descompunerilor ce se produc la fundul lacului (sau tulbureala datS de depunerile rSacolite)
28 Procese de pre-tratare aplicarea de algicide
Algele sau cianobacteriile (algele verzi-albastre) din lacurile si acumularile de stocare pot crea probleme de gust si miros precum si aparitia unor substante ce provoaca imbolnaviri (toxine) Pentru controlul dezvoltarii algelor sau cianobacteriilor se pot folosi compusi care distrug algele (algicidele) Daca are loc un eveniment legat de utilizarea algicidelor (calitatea apei este afectata de utilizarea unui algicid) pot avea loc urmatoarele
bull daca se utilizeaza algicide in exces substanta chimica poate provoca imbolnaviri
bull daca volumul de alge sau cianobacterii este prea mare si nu poate fi controlat de algicid toxinele din alge cianobacterii pot provoca imbolnaviri
bull daca se utilizeaza ca algicid paiele de orz substantele din paie pot reactiona cu dezinfectantele si forma subproduse ce provoaca imbolnaviri
Aplicarea de algicide in sursa de apa poate prezenta riscuri pentru sanatatea si siguranta muncii operatorilor Acestea sunt recunoscute dar nu vor fi discutate deoarece astfel de riscuri fac obiectul legislatiei muncii si protectiei muncii Algele sau cianobacteriile din sursa de apa pot interfera cu functionarea statiei de tratare Un bun control al cresterii lor face sa se diminueze necesitatea pre-oxidarii Se reduce de asemenea cantitatea de dezinfectant ce se pierde in reactia cu algele sau cu substantele pe care acestea le elimina in apa
31 Alcatuirea statiilor de tratare a apei
Rolul statiei de tratare este de a corecta calitatea apei brute pana la atingerea cerintelor utilizatorului Exista o multitudine de procese de tratare care se utilizeaza in practica insa schema generala a unei statii de tratare (figura 31) cuprinde
bull trepte multiple de oxidare (pre-oxidare post-oxidare) cu scopul de a oxida compusi chimici dar si de a realiza bariere succesive in calea micro-organismelor
bull procese de limpezire a apei care constau in
o coagulare-floculare cu reactivi chimici in camere de reactie special amenajate
o decantarea apei pentru retinerea suspensiilor coagulate
o filtrarea pe strat de nisip pentru finalizarea procesului de limpezire
bull afinarea apei constituita din oxidare cu ozon urmata de adsorbtie pe carbune activ granular cu scopul indepartarii anumitor compusi chimici toxici
bull dezinfectia apei pentru indepartarea totala a virusurilor bacteriilor si altor micro-organisme din apa treapta obligatorie in Romania conform Legii privind Calitatea Apei Potabile nr 4582002
3
Pentru eliminarea duritatii se pot adopta scheme cu schimbatori de ioni sau cu reactivi chimici (var si soda) in functie de tipul duritatii (temporara sau permanenta)
Orice statie de tratare este deservita de anumite facilitati pentru intretinerea proprie Printre acestea se mentioneaza
bull statia de reactivi chimici cu rolul de a stoca prepara si doza reactivii necesari procesului de tratare (coagulanti floculanti agenti dezinfectanti corectie pH etc)
bull sisteme de spalare filtre rapide constituite din statii de pompe si de suflante
bull laborator pentru a determina corectitudinea procesului de tratare dar si calitatea apei produse
bull alte facilitati printre care se mentioneaza sisteme de recuperare a apei de la spalare filtre si a namolului din decantoare
311 Exemple de statii de tratare
O schema de tratare cu filtrare directa este prezentata in figura 32 Uzina de apa a orasului Los Angeles - SUA (Los Angeles Aqueduct Filtration Plant) are o capacitate instalata de 185 m3s filiera tratare fiind prezentata in cele ce urmeaza
bull pre-oxidare cu ozon 4 generatoare care produc 3780 kg CVzi (doza medie ozon 15 mgdm3) 4 bazine de contact (timp de contact minim 49 min)
bull coagulare (amestec rapid) 8 camere de reactie echipate cu agitatoare dinamice timp minim de amestec 086 s pentru doua camere inseriate Reactivi utilizati clorura ferica sulfat de aluminiu polimeri anionici si neionici soda caustica clor
bull floculare 36 camere de reactie lenta timp minim de reactie lenta 8 min pentru 3 bazine inseriate
bull filtrare 24 unitati (aria unei unitati A=160 m2) strat de antracit cu inaltimea de 24 m viteza de filtrare 175 mh care asigura un timp de contact de 10 minute
bull dezinfectie finala cu clor (doza maxima clor 56 mgdm3)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 3
Un alt exemplu de schema de tratare care nu cuprinde treapta de decantare este uzina de apa Ivry (Franta) modernizata in 1987 (debit instalat Q = 300000 m3zi) Dupa modernizare uzina cuprinde urmatoarele procese (figura 33)
bull pre-oxidare cu ozon doza uzuala 10 mg CVdm3
bull coagulare (amestec rapid) cu clorura ferica (5 - 10 mgdm3) si polimer anionic (0025 -005 mgdm3)
bull pre-filtrare faza I - (coagulare pe masa de contact) 18 unitati de 815 m2 strat biolit 10 m viteza de filtrare maxima 10 mh
bull floculare cu clorura ferica (2-6 mg Fe3+dm3) si polimer (005 - 10 mgdm3)
bull pre-filtrare faza II - nisip 22 unitati de 81 m viteza de filtrare 9 mh
bull filtrare lenta 30 cuve (23000 m2) viteza maxima de filtrare 13 mzi inaltime strat 07 m
bull post-ozonare timp de contact 4 minute doza uzuala 04 - 06 mg CVdm3
bull filtrare pe CAG inaltime strat 10 m viteza de filtrare 10 mh
bull dezinfectare finala cu hipoclorit de sodiu
In figura 34 este prezentata o schema tehnologica a unei uzine de apa aplicata in cateva mari uzine de tratare (Qgt2000 m3h) ce preiau apa bruta direct din fluviul Ruhr Schema asigura o eliminare optima a microorganismelor Concentratia de Cryptosporidium in apa raului Ruhr variaza de la 0 la 5 unit(100 dm3) iar concentratia chisturilor Giardia de la 8 la 250 unitdm3 Nu au fost detectate aceste organisme in treptele premergatoare dezinfectarii Se remarca prezenta treptelor de filtrare incepand cu filtrarea mecanica pe microsite in capatul amonte al filierei de tratare si continuand cu un pachet de trei trepte de filtrare (dublu strat carbune activ granular si filtre lente) care asigura o eficienta foarte mare din punct de vedere microbiologic
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 3
Figura 34 Filiera tehnologica uzina de apa Mulheim an der Ruhr
(Germania)
Un exemplu de schema tehnologica combinata (Q=32 m3s) este prezentata in figura 35 Apa bruta (fluviul Elba) este puternic incarcata in poluanti Filtrarea primara (bazine de infiltratie) reduce de cateva ori incarcarea microbiologica iar in cazul folosirii treptelor de floculare sedimentare si filtrare reducerea incarcarii microbiologice este de circa 9999
Prin curgerea in stratul subteran se obtine o apa ce se incadreaza in normele privind calitatea apei potabile Dezinfectia finala este aplicata pentru a preveni cresterea masei bacteriene in sistemele de distributie Uzina este prevazuta a fi modernizata cu treapta de oxidare cu ozon si filtre multistrat
In Elvetia sunt intalnite in principal scheme complexe de tratare avand la baza procese biologice (figura 36) Treptele de tratare clasice (pre-oxidare cu ozon coagulare-floculare filtrare rapida) sunt urmate de corectia pH-ului si postozonare in fmalul filierei de tratare se prevad reactoare biologice inseriate (filtre CAG activate biologic urmate de filtre lente) Se urmareste in principal reducerea indicatorilor biologici si bacteriologici prin reducerea concentratiilor de carbon organic asimilabil (AOC lt 10 ug Cdm ) Se remarca absenta dezinfectarii finale Se obtine o apa biostabila introducerea acesteia intr-o retea de distributie nu necesita prezenta unui dezinfectant rezidual Se asigura in acest mod o siguranta ridicata la consumator in ceea ce priveste potentialul de formare al trihalometanilor
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 3
33 Procese de oxidare
Procesele de oxidare pot fi intalnite in toate statiile de tratare in doua sectiuni caracteristice ale schemei
bull pre-oxidare in capatul amonte al filierei pentru oxidarea substantei organice plancton inactivare microorganisme obiectul principal este asigurarea functionarii optime a proceselor de tratare si evitarea contaminarii acesteia
bull post-oxidarea amplasat dupa procesele de tratare conventionale (decantare si filtrare rapida pe strat de nisip) urmareste oxidarea totala a micro poluantilor reducerea materiilor organice naturale si inactivarea totala in ape limpezi a compusilor biologici si bacteriologici
331 Pre-oxidare
In mod obisnuit se utilizeaza urmatorii agenti oxidanti clor ozon dioxid de clor 3311 Clorul(Ch)
Clorul se utilizeaza in mod uzual cu doze cuprinse in domeniul 1 - 3 mgl cu timp de contact minim Tc=30 minute in anumite situatii (inflorire algala sau poluare accidentala) dozele pot fi mai mari dar se urmareste evitarea formarii sub-produsilor organo-clorurati (de exemplu trihalometani THM) prin efectuarea de incercari pe apa sursei pentru a se stabili potentialul de formare
Clorul este adoptat frecvent datorita costurilor reduse implicate Reactia clorului trebuie urmarita cu atentie luand in consideratie agentii reducatori (H2S Mn2+ Fe3+) si materiile organice naturale in diagrama din figura 37 se poate urmari procesul de reactie al clorului in apa (clorare la breakpoint) Punctul critic se atinge daca raportul masic intre clor si amoniac variaza intre 81 -101 (teoretic 761)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 40
3312 Ozonul(03)
Ozonul este un gaz violet instabil care degaja un miros iritant caracteristic
Se produce prin descarcari electrice la diferente de potential ridicate intre doi electrozi intre care curge aer sau oxigen pur Eficienta productiei depinde de diferenta de potential frecventa caracteristicile materialului dielectric si spatiul care separa dielectricele Progresele tehnologice din ultimii 20-30 ani au condus la reducerea consumului de energie la 10 - 12 kWh 1 kg O3
Dozele uzuale de ozon sunt in gama 1 - 3 mgCVdm3 iar timpul de contact uzual este Tc=10 minute Se tinde spre adoptarea solutiei cu doua reactoare in serie ca in figura 38 Adancimea apei in reactoare poate atinge 6-75 m
Conceptual reactoarele de ozon functioneaza pe baza interceptarii curentului de apa descendent de catre voalul de bule mici de ozon in miscare ascendents
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
0
4
3313 Dioxidul de clor (CIO2)
Se poate obtine din clorit de sodiu si clor conform reactiei
2NaC102 + Cl2rarr2C102 + 2NaCl (31)
Stoechiometric 1 g dioxid de clor se obtine din 134 g clorita de sodiu si 05 g de clor
Este instabil si exploziv la temperaturi T gt (-40degC) Se produce imediat inainte de injectia in apa La 20degC si presiune partiala de 53 kPa solubilitatea este 4 gdm3
Avantajele utilizarii CIO2 sunt
bull nu formeaza sub-produsi de tip trihalometani (THM)
bull are putere oxidanta mai buna oxideaza fenoli si este foarte eficace la pH peste 85
Dozele utilizate frecvent 01 - 05 mgl timpul de contact fiind Tc = 10 min Se mentioneaza ca pentru doze mai mare de 05 mgl exista riscul formarii de sub-produsi de tip clorati
Reactoarele de pre-oxidare utilizeaza agitatoare mecanice (rezistente la coroziune) care asigura amestecul mecanic cu randamente ridicate intre apa de tratat si solutia de CIO2
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 4
332 Post-oxidare
In filierele de tratare se dezvolta din ce in ce mai mult conceptul de post-oxidare cu ozon pe apa limpezita dupa filtrele rapide de nisip pentru ca eficienta transferului creste se reduc dozele de ozon si oxidarea micro-poluantilor devine mai eficienta
incadrarea procesului de post-oxidare in schema statiei de tratare se realizeaza totdeauna ca infigura 310 n
Dozele de 03 in post-oxidare nu depasesc 2 mgl Principiile reactoarelor de ozon sunt identice cu cele utilizate in pre-oxidare
Post-oxidarea cu ozon combinata cu adsorbtia pe CAG este procesul (denumit afinare) capabil sa asigure
- eliminare totala compusi biologici microbiologici si micropoluanti
- reducere materiilor organice naturale astfel incat TOC lt 25 g Cl
- eliminare pesticide
333 Alegerea oxidantului
Alegerea oxidantului se bazeaza pe analiza calitatii apei caracterizarea marimii poluarii care poate apare (continut materii organice naturale carbon organic total numar de microorganisme perioade duraf deg ce aparitie)
Alegerea agentului oxidant are la baza costuri si implicatii in filiera tehnologica
Tabelul 35 Caracteristici principale Tn alegerea oxidantilor Nr crt
Oxidant Avantaje Dezavantaje
1 Clor-Cl2 - costuri reduse- cunoastere operare- este remanent (rezidual) in reteaua de
distributie
formeaza THM - necesita timpi de contact mari
2 Dioxid de clor - C102 - capacitate de oxidare mai ridicata in raport cu Cl2
- nu formeaza THM- este remanent (rezidual) in reteaua de
distributie
- necesita preparare si dozare instantanee- la doze prea mari poate forma cloraticosturi mai mari in raport cu Cl2
3 Ozon - 03 - cea mai mare capacitate de oxidare- nu formeaza THM
- necesita preparare si dozare instantaneeconsumuri energetice mari- poate forma subprodusi de tip bromaji sau
aldehide- nu este remanent (rezidual) in reteaua de
distributie
4
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 4
Figura 311 Fortele
ce actioneaza asupra
particulelor aflate Tn
apa
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
3511 Deznisipatoare
Sunt destinate sa retina particulele de tip nisip pentru protectia utilajelor din schema statiei de tratare Schema unui deznisipator orizontal este data in figura 313
Figura 313 Deznisipator orizontal longitudinal
1 Gratar 2 Bare de linistire 3 Nisa pentru reparatii Tn caz de avarie 4 Stavilar de intrare 5 Vane de golire 6 Stavilarde iesire 7 Galerie de golire
In zona de intrare a apei in deznisipator se monteaza un gratar rar pentru impiedicarea accesului corpurilor mari in interiorul bazinului Pentru linistirea curentului se monteaza bare verticale de linistire Peretii laterali ai deznisipatorului se executa cu evazare catre exterior pentru a permite preluarea impingerilor survenite din podul de gheata care se formeaza pe timp de iarna la suprafata bazinului Panta radierului bazinului trebuie sa permita evacuarea depunerilor in zona din aval a bazinului Evacuarea depunerilor se poate realiza cu mai multe sisteme
bull prin hidro-mecanizare cu scoaterea din functiune a unui compartiment
bull prin golirea totala a compartimentului (numai pentru debite foarte reduse)
bull cu electro-pompe speciale purtate de o grinda rulanta
3512 Decantoare statice
Sunt destinate surselor cu variatii mari de turbiditate la care 50 - 60 din suspensii sunt de natura minerala (gravimetrice) in figura 314 se prezinta schema unui decantor orizontal longitudinal Elementele principale ale bazinului sunt
bull zona de intrare in care se gaseste un perete de linistire a curentului in partea superioara respectiv canalul de evacuare a depunerilor in partea inferioara
bull decantorul propriu-zis cu radier cu panta catre basa de evacuare a namolului amplasata in zona incipienta a bazinului
bull zona de evacuare a apei decantate care este bordata de un gratar cu rolul impiedicarii accesului plutitorilor
Curatirea decantoarelor orizontale se realizeaza
bull Intermitent prin golire si evacuare depuneri hidraulic sau mecanic
bull Continuu cu ajutorul podurilor racloare care strang depunerile in base special amenajate
Dificultatile in operarea decantoarelor statice se pot sintetiza
bull sunt influentate de factori atmosferici vant gheata insorire
bull miscarea este turbulenta ca structura si particule fine pot fi repuse in stare de suspensie
bull echilibrarea fluxului hidraulic se realizeaza cu dificultate
bull eficienta retinerii nu depaseste 10-15 NTU la apa decantata
37 Filtrarea apei - generalitati
Filtrarea este procesul de limpezire finala a apei (stadiul II) la curgerea printr-un mediu poros de obicei format din nisip cuartos Procesul simuleaza infiltratia apelor superficiale in mediile poroase din subsolul pamantului Procesul este cunoscut si aplicat de mult timp (primul brevet s-a emis in 1830)
Schema generala (figura 323) indica filtrul ca fiind format dintr-un bazin (cuva) in care apa curge in sens descendent traverseaza mediul poros sustinut de un drenaj si ajunge intr-un rezervor de apa filtrata amplasat sub drenaj Sistemul este dotat cu toate instalatiile de introducere -prelevare apa preaplin si golire
Parametrii fundamentali ai procesului de filtrare sunt
bull viteza de filtrare definita (ca viteza aparenta) cu relatia urmatoare
vF = Q A [ m h ] [mzi] (313)
In care
Q - debitul de apa filtrata
A - suprafata orizontala a stratului filtrant in
functie de viteza de filtrare se pot clasifica in
o filtre lente (biologice) - VF = 01 - 025 [mh]
o filtre rapide - vF = 4 - 10 [mh|
o filtre ultra-rapide
bull mediul filtrant - in general nisip cuartos care sa realizeze prin uniformitatea granulelor un volum de goluri in care sa se acumuleze suspensia retinuta din apa caracteristicile sunt diferite pe tipuri de filtre
bull pierderea de sarcina (hr) exprimata ca diferenta intre nivelul apei in cuva filtrului si nivelul apei in rezervorul de apa filtrata este data de colmatarea stratului si este variabila in timp
49
38 Filtre lente
Se bazeaza pe formarea unei membrane biologice constituita din colonii de bacterii aerobe -amplasata la suprafata stratului de nisip (pe primii 2-3 cm) Elementul fundamental este dezvoltarea membranei (in 1 - 3 zile) functie de caracteristicile apei Dupa o perioada (30 - 50 zile) membrana se colmateaza si incepe sa se rupa degradand calitatea apei Aceasta se razuieste (se curata) manual sau mecanic si procesul este reluat In figura 52 se indica schema unui filtru lent
Dispoizitiv de curatat_____________________________membrana biologtca
Figura 325 indica tipurile de organisme care pot fi intalnite pe o adancime de 30 cm in nisipul filtrului lent
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
Nisipul din filtrul lent trebuie sa aiba urmatorii parametri
bull granulozitatea in domeniul dg = 035 - 050 mm
bull coeficientul de neuniformitate ult 15
(314)
In care d6o - diametral ochiurilor sitei prin care trece 60 din materialul cernut
d1o - diametral ochiurilor sitei prin care trece 10 din materialul cernut
01
50
bull inaltimea stratului de nisip H=90-100 cm cand grosimea stratului de nisip ajunge dupa curatiri succesive la 70 - 80 cm este necesara completarea la inaltimea initiala
Solutia filtrelor lente se prevede la debite relativ mici (max 10000 m zi) si surse de apa in general curate (lipsite de alge culoare poluanti toxici) Se pot obtine rezultate performante la ape necoagulate Operarea sistemelor de filtre lente este simpla Procesul de filtrare lenta este asimilat cu procese fizice si biologice Acestea din urma necesita o atentie si urmarire continua in etapele de operare a filtrelor in special referitor la starea coloniilor de bacterii aerobe din membrana biologica
310Filtre rapide
In figura 326 se prezinta schema unui filtru rapid Acesta este constituit din urmatoarele elemente componente
bull sistem admisie apa in cuva - are rolul echirepartitiei debitului catre cuvele de filtre
bull stratul filtrant peste care exista un strat de apa
bull drenaj cu rolul de a sustine stratul filtrant si de a transforma bulele mari in bule fine in procesul de spalare inversa
bull sistem de mentinere a nivelului apei in filtru (pentru filtrele cu functionare in sistem nivel constant si debit variabil)
bull statie de pompare apa de la spalare filtre si statie de suflante
bull instalatii hidraulice grupate in galeria tehnologica cu rolul de a asigura toate utilitatile necesare functionarii corecte a procesului (conducte si vane apa filtrata apa spalare aer spalare preaplin golire etc)
bull rezervor de apa filtrata amplasat de obicei sub toata statia sau in anumite cazuri numai sub galeria tehnologica
Procesul consta in doua etape
bull filtrarea apei parcurgand in sens descendent stratul de nisip si drenajul
bull spalarea filtrului in sens ascendent in doua faze distincte
o faza 1 (durata Ti=5-10 min)
o faza 2 - limpezire (durata Ti=10-15 min)
51
in ultimii 30-40 de ani in lume a existat o preocupare constants pentru perfectionarea procesului in sensul obtinerii performantei in calitatea apei filtrate (turbiditatea sa se incadreze in domeniulOl - 10 NTU)
Mecanismele de retinere in filtrele rapide se pot sintetiza ca in schema urmatoare
3101 Mediul filtrant
Calitatile materialului filtrant sunt urmatoarele
bull domeniul de granulozitate dg = 085 - 2 mm
bull coeficientul de neuniformitate u=d6odio lt 15
bull fractiunile inferioare diametrului 085 mm si superioare dmax 2 mm inferioare procentual la 10 in greutate
bull diametrul efectiv def = dio = 09-1 mm
bull sa realizeze un numar de goluri (porozitate) mare (pgt40)
bull forma granulelor apropiata de sfera pentru obtinerea unui grad de acoperire ridicat
bull continut de roci cuartoase recomandabil peste 95
bull sa aiba duritate (gt 7 in scara Mohs) pentru a nu se sfarama la spalare
Calitatea materialului filtrant influenteaza viteza de filtrare O serie de studii au indicat domeniul optim de granulozitate al nisipului de filtru conform figurii 328
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 52
3102 Calitatea influentului fn corelatie cu materialul filtrant
Pentru realizarea unei retineri eficiente a suspensiilor se impune ca in influentul filtrelor acestea sa fie floculate Aceasta se caracterizeaza prin coeficientul de coeziune al suspensiilor floculate (namol retinut) aceasta caracterizeaza capacitatea de rezistenta la forfecare si depinde de doza de floculant si natura (minerala sau organica a suspensiilor)
Procesul de optimizare a filtrarii rapide a apei ia in considerate principiul un filtru va functiona optim cand va produce cea mai mare cantitate de apa intre doua spalari succesive aceasta se va realiza cand timpul in care se atinge pierderea de sarcina limita este egal cu timpul in care se calitatea apei filtrate se inrautateste la limita maxim acceptabila (Ti = T2) sau penetrarea impuritatilor in interiorul masei filtrante se va efectua cu aceeasi viteza cu care creste pierderea de sarcina Expresiile celor doua perioade au fost determinate de cercetatorii Richard si Croce-Spinelli
Tx = a bull σ - 0 9 5 bull k-075bull def-045bull h0
n95bull v -185 (316)
T l = b bull σ-075 k - 0 7 5 bull dlef
1 5 Δhr05 bull vF
-065 (317)
In care Ti - perioada in care turbiditatea apei filtrate atinge valoarea limita (1 NTU)
T2 - perioada in care se atinge pierderea de sarcina limita (15 - 18 m)
a b - coeficienti empirici (experimentali)
hn - grosime strat nisip
Δhr- viteza de crestere a pierderii de sarcina
INSPECTIA SANITARA SI MOMTORIZAREA CALITATII APEI
VF - viteza de filtrare
k - coeficient de coeziune al namolului
a - depozitul specific (volumul de suspensii raportat la volumul de material filtrant)
Se constata ca fiecare filtru poate conduce la un ciclu optim functie de calitatea nisipului grosimea stratului calitatea flocularii suspensiilor din apa influenta si viteza de filtrare
3103 Variatia pierderii de sarcina
Urmarirea pierderii de sarcina este importanta pentru ca poate pune in evidenta functionarea filtrului Operarea optima a unui filtru se realizeaza prin urmarirea in timp a variatiei pierderii de sarcina si turbiditatii Masurile pentru realizarea acestui optim sunt
53
bull reducerea vitezei - cele mai performante filtre lucreaza cu viteze de filtrare variabile astfel incat colmatarea stratului sa se realizeze fara socuri
bull adaugarea unui polimer (doze 01 - 02 mgl) in influent pentru a mari rezistenta particulelor floculate
bull imbunatatirea calitatii nisipului
Presiune (m col H20)
Figura 329 Estimarea pierderii de sarcina Tn
stratul filtrant
3104 Spalarea filtrelor
Se realizeaza in contra curent de apa si aer comprimat Elementele tehnice care intervin esential in obtinerea performantelor spalarii sunt
bull calitate drenaj - din punct de vedere al uniformitatii debitelor de apa si aer
bull colectarea uniforma a apei de la spalare
bull metoda de spalare care sa asigure eliminarea totala a suspensiilor retinute in strat cu resurse minime
bull drenaj de mare rezistenta hidraulica (cu placi cu crepine)
Se bazeaza pe principiul introducerii unei rezistente hidraulice de 15 - 20 cm coloana de apa (reducerea brusca de sectiune la intrarea apei in tija crepinei) care asigura uniformizarea intensitatilor de spalare pe suprafata cuvei (abateri de plusmn 3-5) In figura 330 se prezinta schema drenajului cu placi cu crepine
Se pun conditii severe din punct de vedere constructiv pentru realizarea drenajului
bull asigurarea etansarii perfecte
bull asigurarea cotei exacte si unice pentru pozitia orificiilor de aer
bull rezistenta cosurilor crepinelor
bull asigurarea formarii unui nivel de separatie apa - aer uniform si constant pe toata suprafata cuvei
Cele mai performante filtre din punct de vedere al spalarii sunt filtrele cu baleiaj la spalare (figura 331)
INSPECTIA SANITARA SI MOMTORIZAREA CALITATII APEI
55
55
in perioada de spalare a filtrului nivelul in cuva se afla la cota NS jgheaburile J nu mai deverseaza si prin orificiile de la baza jgheaburilor se creeaza un curent de baleiaj (1-2 dm3sm2) cu apa decantata care impinge suspensiile spre jgheabul de colectare Se reduc astfel timpii de spalare (cu 50) si intensitatile si volumele de apa de spalare
Prin curgerea ascendenta a aerului masa de nisip vibreaza si peliculele de namol se desprind de granule Curentul ascendent de apa le antreneaza Spalarea numai cu aer induce vibrarea masei de nisip si depunerea namolului in zona inferioara a stratului De aceea este contraindicata spalarea numai cu aer in faza 1
In general echipamentele pentru asigurarea debitelor apa de spalare se adopta un utilaj (pompa) in faza 1 si inca o pompa de acelasi tip pentru faza a Il-a
3105 Asigurarea repartitiei uniforme a influentului
Pentru asigurarea repartitiei uniforme a apei decantate se utilizeaza diverse sisteme Cel mai performant este sistemul cu deversori neinecati conform cu schema din figura 332
3106 Sistemele hidraulice
Sistemele hidraulice asigura deservirea statiei de filtre atat in procesul de filtrare cat si in procesul de spalare Acestea se vor dimensiona conform vitezelor economice prezentate in tabelul urmator
3107 Reglajului debitului si nivelului de apa in cuva
Pentru filtrele care functioneaza cu nivel constant si debit variabil este foarte important ca nivelul apei in filtru se fie mentinut pseudo-constant Aceasta se asigura cu diverse sisteme de plutitori (regulator de nivel amonte) care comanda vana de pe conducta de apa filtrata sau cu sisteme electronice si hidraulice conform figurii 333
Figura 333 Sistem de reglare electronic al nivelului apei Tn filtru
Legends 1 Strat filtrant 2 Vana apa filtrata 3 Parghie comanda vana 4 Electrovana de comanda 5 Regulator electronic 6 Senzor de presiune pentru nivel filtru 7 Senzor de presiune sub planseu 8 Potentiometru 9 Indicator de
colmatare 10 Alimentare cu fluid de comanda
313 Afin area apei
Procesul de afmare a apei este constituit din combinatia intre procesul de post-oxidare cu ozon a apei filtrate urmat de adsorbtie pe carbune activ granular
3131 Post-oxidarea cu ozon
Ozonul (O3) se obtine din aer sau oxigen supus la descarcari electrice printr-un dielectric In figura 334 se prezinta un element dintr-un ozonor
figura 334 Element tubular de ozonor
1 - Intrare gaz vector (aeroxigen) 2 3 - Electrozi 4 - Dielectric 5 - Spatiu de descarcare electrica 6 - Gaz vector +
ozon 7 - Apa racire
Diferentele de potential la care se lucreaza sunt cuprinse intre 6000 - 18000 V functie de natura si grosimea dielectricului marimea spatiului de descarcare si presiunea absoluta de functionare
Concentratiile de ozon in gazul vector obisnuite sunt
bull 10-40gm - in cazul utilizarii aerului
bull 10-140 gm3 - in cazul utilizarii oxigenului
Pentru a realiza concentratii optime si stabilitatea procesului se cere punct de roua -60degC -80degC
Energia specifics pentru productia de ozon
bull 13-18 kWhkg O3 - produs din aer
bull 8-10 kWhkg O3 - produs din oxigen
Actiunea O3 asupra apelor de consum se poate sintetiza
bull imbunatatirea calitatilor organoleptice (gust miros culoare)
bull activitate bactericide si virulicida
bull oxidarea materiilor organice
bull oxidare micro-poluanti
bull imbunatatirea biodegradabilitatii in amonte de CAG
3132 Adsorbtie pe carbune activ granular (CAG)
Carbunele activ se poate obtine din carbuni minieri sau din coaja de nuca de cocos Majoritatea carbunilor minieri pot fi convertiti in carbune activ insa proprietatile carbunelui activ depind esential de calitatea initiala a carbunilor in special in ceea ce priveste duritatea acestora in acest sens se utilizeaza adesea coaja nucilor de cocos pentru fabricarea carbunelui activ
Exista o multitudine de procese de fabricare a carbunelui activ insa eel mai dezvoltat este piroliza urmata de activarea cu gaze de oxidare Piroliza (carbonizarea) presupune incalzirea materialului la temperaturi intre 600 si 900 degC in absenta aerului Pentru obtinerea unei porozitati ridicate se pot utiliza adaosuri de cloruri metalice (de exemplu ZnCl) Piroliza poate reprezenta unicul pas de activare in cazul in care se doreste obtinerea unui material cu 0 porozitate ridicata
A doua etapa este cea de oxidare care se realizeaza de obicei cu abur sau uneori cu aer Temperaturile sunt uzuale in gama de 600 - 900 degC Pe parcursul acestei etape se realizeaza 0 erodare a suprafetei interne a carbunelui si dezvoltarea unei retele extensive de micropori care cresc capacitatea de adsorbtie
58
Printre proprietatile principale ale carbunelui activ se enumera continutul de cenusa umiditatea densitatea marimea particulelor duritatea volumul si distributia dupa marime a porilor suprafata interna
31321 Continutul in cenusa
Continutul in cenusa este reprezentat de reziduul obtinut prin calcinarea la temperatura de 954 degC timp de 3 ore in aer Uzual continutul de cenusa variaza intre 3 si 10 Pentru reducerea cantitatii de cenusa se poate utiliza spalarea cu acid
31322 Umiditatea
Umiditatea se determina prin uscarea in cuptor timp de 3 ore a unei cantitati de 5 sau 10 g de carbune activ la temperatura 150 degC Se determina greutatea inainte si dupa uscare si racire in exicator Umiditatea in vrac a carbunelui activ este recomandabil sa fie limitata la maxim 5
31323 Densitatea
Sunt mai multe tipuri de densitati printre care se mentioneaza densitatea in vrac densitatea aparenta densitatea particulei si densitatea reala Densitatea in vrac sau densitatea aparenta reprezinta greutatea carbunelui activ uscat raportata la volumul pe care acesta il ocupa Aceasta se determina prin umplerea unui cilindru cu volumul de 100 ml cu carbune prin cadere libera dintr-o masina vibratoare si cantarirea volumului respectiv Valorile uzuale sunt in gama 05 - 06 gml pentru carbune activ fabricat din carbune minier respectiv 024 - 030 mg1 pentru carbune activ fabricat din lemn
Densitatea particulei reprezinta densitatea unei particule singulare Volumul pe care se bazeaza include volumul porilor precum si volumul materialului Densitatea particulei se determina in mod uzual cu mercur la presiunea atmosferica (mercurul umple spatiile goale din particula de carbune activ dar nu umple porii) Valorile uzuale sunt in gama 074 - 080 gml
Densitatea reala sau densitatea scheletului este cea determinate numai pe materialul (carbunele) propriu-zis Pentru determinarea acesteia se utilizeaza uzual o metoda de inlocuire cu heliu (heliul intra practic in toti porii materialului) Valorile uzuale sunt in gama 21 - 22 gml
31324 Marimea particulelor
Aceasta se determina prin cernerea a 100 sau 200 g de carbune printr-un sistem de site mecanice timp de 10 minute dupa care se cantaresc retinerile pe fiecare sita in parte Carbunele activ pudra se incadreaza de obicei in domeniul 005 mm - 15 mm
31325 Friabilitatea
Capacitatea carbunelui activ de a rezista la abraziune este unul dintre parametrii cei mai importanti Procedura de determinare a friabilitatii carbunelui activ presupune determinarea granulozitatii acestora inainte si dupa testul propriu-zis care consta in concasarea succesiva a carbunelui intr-un recipient alaturi de bile de otel inoxidabil Valorile uzuale ale indicelui de friabilitate sunt 65 - 80 (practic 70 - 75) ceea ce atesta faptul ca materialul este foarte usor friabil si este necesar atentie la procedura de spalare
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATIIAPEI 59
31326 Volumul si distributia dupa marime a porilor
Volumul porilor reprezinta volumul total al porilor din particula de carbune activ granular raportat la greutate Valorile uzuale sunt de ordinul 08 - 12 mlg pentru carbune activ fabricat din carbuni minieri respectiv 22-25 mlg pentru carbune activ fabricat din lemn Volumul total al porilor poate fi determinat printr-un test de adsorbtie cu azot desfasurate astfel incat azotul condensat sa intre in totalitate in porii carbunelui
Carbunele activ confine o structura complexa de pori de forme si marimi diferite Porii au de obicei o geometrie neregulata si sunt interconectati Dimensiunile porilor sunt uzual intre 10 A si 100000 A (001 cm) Distributia dupa marime a porilor depinde de tipul de material utilizat si de metoda si de durata procesului de activare
31327 Suprafata internaSuprafata interna a materialelor poroase in general se determinS cu ecuatia BET stabilita de
Brunauer Emmett si Teller Ecuatia descrie formarea de strate multiple de gaz condensat care apar atunci cand un gaz adsorbabil (de exemplu azotul) este in contact cu materialul poros Intr-un astfel de test se utilizeaza azot la temperatura de fierbere si presiunea atmosferica (-196 degC sau 77 K)
Ecuatia BET (expresia 318) a fost derivata presupunand urmatoarelebull rata de condensare a moleculelor din primul strat este egala cu rata de evaporare a
moleculelor din zonele acoperite cu un singur strat de moleculebull caldura de adsorbtie peste primul strat este constants si egala cu caldura de lichefiere
qqm=b(PPS)(1-PPs)(1-PPS+bPPS) ( 3 1 8 )
In care Ps - presiunea de vaporizare la saturatie la temperatura utilizata in test uzual 1 atm
q - cantitatea de substanta adsorbita la presiunea P
qm - cantitatea de substanta adsorbita numai cand se constata acoperirea totala a suprafetei cu un strat monomolecular
b - constanta determinata experimental
In figura 336 se prezinta o relatie tipica intre marimea porilor si suprafata totala Suprafata cumulativa este data de insumarea suprafetelor tuturor porilor cu un diametru dat sau mai mare Se remarca faptul ca marea majoritate a suprafetei este atribuita porilor de mici dimensiuni
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI60
3133 Teste uzuale de adsorbtie
In practica se utilizeaza o serie intreaga de teste pentru a determina capacitatea de adsorbtie pentru diferite tipuri de carbune activ Printre acestea se mentioneaza
- Indicele Iod reprezinta cantitatea de iod in miligrame pe gram adsorbit de un carbune activ la echilibru cu o solutie I2-KI cu concentratia 002 N indicele iod indica suprafata totala a porilor cu diametru de 10 A sau mai mare valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 800 - 1000 mgg
Indicele Melasa reprezinta un indicator al puterii de decolorare a carbunelui activ granular in contact cu 0 solutie de melasa la fierbere indicele melasa este in stricta legatura cu suprafata totala a porilor cu diametrul mai mare de 28 A valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 200 - 300
- Indicele Albastru de Metilen reprezinta cantitatea de albastru de metilen adsorbita de 1 g de carbune activ la echilibru in contact cu o solutie cu concentratia 1 mg1 de albastru de metilen Albastrul de metilen are greutatea moleculara 320 si indica suprafata totala a porilor cu diametrul de 15 A
- Activitatea tetraclorurii de carbon tetraclorura de carbon CC14 este un compus molecular mic si poate intra in toti porii In acest test un curent de aer este saturat cu CCI4 la 0 degC si este trecut printr-un strat de carbune activ mentinut la 25 degC pana cand nu se mai detecteaza nici o schimbare in greutate Activitatea este greutatea CCI4 adsorbita pe unitatea de greutate de carbune activ exprimata procentual Valorile uzuale ale acestui indicator sunt in gama 60 -80
- Indicele butan este similar activitatii tetraclorurii de carbon valoarea acestuia este exprimata grame de butan adsorbite pe 100 ml carbune activ valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 7 - 8 g 100 ml carbune activ
- Indicele FINAD stabilit de cercetatorul C Gomella si reprezinta un produs al mai multor indici F - fenol I - iod N - indol A - antipirina D - detergent
316 Deferizarea si demanganizarea apei
Fierul (Fe) si manganul (Mn) sunt elemente care se gasesc frecvent in mediul subteran si in apa apar in concentratii pana la 10 mg1 (Fe) si 2 mg1 (Mn) Prezenta fierului si manganului in apele potabile pot genera urmatoarele probleme
bull produce gust metalic dezagreabil
bull coloreaza tesaturile si echipamentele sanitare
bull formeaza precipitate in conducte care favorizeaza dezvoltarea bacteriilor feruginoase (Chrenothrix) acestea modifica regimul hidraulic calitatea apei distribute si favorizeaza fenomenele de coroziune
3161 Echilibrul fierului si manganului in apa
Fierul si manganul sunt prezente dizolvate in solutiile apoase sub forma Fe2+si Mn2+ Concentratia in oxigen a apelor subterane care contin Fe si Mn este nula Din namolurile situate in
2+ ~
zona anaeroba din hipolimnion se elibereaza ioni de Fe2+ si Mnz+ in apele lacurilor In numeroase ape naturale se remarca prezenta Fe3+ asociata cu substantele humice Stabilitatea fierului si manganului in apa depinde de numeroase variabile
bull pH-ul apei
bull concentratia diferitelor elemente chimice
bull potentialul de oxido-reducere (Eh) al solutiei
In figura 341 se prezinta diagrama de stabilitate a formelor fierului in solutie in aceasta diagrama o curba (linie) reprezinta locul geometric pentru care concentratia celor doua substante este aceeasi De exemplu linia 1 reprezinta solutia pentru care O2 si H2O au aceeasi valoare Aria cuprinsa intre curbele 1 si 2 reprezinta aria de stabilitate a compusilor de Fe Chimia manganului este asemanatoare cu cea a Fe Astfel la pH si Eh reduse Fe si Mn sunt stabile in forme bivalente
Este o captare la care sorbul este protejat cu o constractie fixa stabila numita crib Cribul poate fi executat din elemente detasabile (grinzi din lemn elemente din beton armat de tip grinda) sau turnat pe loc (cu sorbul separat sau sorbul incorporat in constractie) In figura 211 se prezinta o captare cu crib
Grataral cribului se dimensioneaza la o viteza medie de trecere de 01 - 03 ms grataral se executa din bare rezistente la socul cu plutitorii iar amplasarea lor se face pe partea laterala sau aval a cribului (soc din cauza plutitorilor redus acces redus al aluviunilor din cauza intoarcerii curentului de apa aluviunile tree avand inertie mai mare)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 18
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
Apa captata prin crib poate fi aspirata de o pompa sau poate fi sifonata intr-un put colector cu rol de deznisipator si camera de aspiratie pentru pompe Vacuumul maxim pe conducta nu trebuie sa depaseasca 4-6 metri
Pentru sporirea sigurantei constructiei pot fi realizate mai multe criburi asezate in sah la 10-20 m in albie legate separat la pu|ul colector in cazul unor utilizatori importanti pot fi prevazute si criburi de rezerva Este esential ca toate criburile sa fie in stare de functionare altfel din cauza nisipului conductele de legatura si captarea se blocheaza Periodic conducta si cribul pot fi spalate prin aspirarea apei prin (n-1) criburi si refularea acesteia (sau a unei parti) prin cribul n care se spala Pentru aceasta instalatia hidraulica in putul colector trebuie gandita adecvat
Daca malul este inundabil si putul colector nu se poate departa pentru a iesi din zona inundabila vor fi luate masuri de indiguire a zonei sau de ridicare a putului la o cota cu minimum 050 m peste nivelul inundabil si aparare contra efectului dinamic al apei (accesul la put se va asigura pentru orice conditii)
A
In cazul in care nu se poate asigura adancimea pentru navigatie cu acordul beneficiarului zonei de navigatie se poate amplasa cribul mai sus luandu-se masuri corespunzatoare pentru marcarea pozitiei criburilor prin balize
242 Captari Tn mai
Captarea in mai se adopta in cazul unor debite importante cu o mare siguranta in functionare si cand situatia locala nu permite executarea de criburi
Captarea de mai are mai multe variante de constructii in functie de debitul captat si de destinatia apei captate Astfel pentru centre populate sau industrii unde debitul este totusi redus iar apa urmeaza sa suporte o tratare pentru corectarea calitatii pot fi prevazute captari cu cheson de mai Pentru debite mari de apa (mari unitati industriale centre populate mari irigatii CET-uri etc) se prevad captari in mai de tip bazin deschis
1
Figura 211 Captare cu cribLegenda 1 Put colector (cheson) 2 Crib din elemente prefabricate 3
Gratar 4 Saltea de fascine 5 Conducta de sifonare 6 Sistem de amorsare 7 Vacuum 8 Sorb 9 Conducta catre statia de pompare 10 Radier din beton armat
11 Cutitul chesonului 12 Strat depuneri
Captarea cu cheson este o constractie monolita care de obicei cuprinde si statia de pompare - echipata eel mai bine cu pompe cu ax vertical Schematic constructia unei captari de mai este prezentata in figura 212
B - B
c
Figura 212 Captare de mai cu cheson a-sectiune verticala 6-8 fo-detaliu sita c-sectiune orizontala
A - A
Legenda1 - camera de admisie si deznisipare a apei 2 - camera sitelor rotative 3 - camera cu rol de bazin de aspiratiepentru pompe 4 - camera uscata pentru pompe
INSPECTIA SANITARA SIMONITORIZAREA CALITATII APEI
Constructia este formata dintr-un cheson de dimensiuni mari asezat in malul raului astfel incat in fata ferestrelor de priza sa fie asigurat in permanent un nivel suficient de apa
Din cauza dimensiunilor si adancimii mari de fundare de obicei lansarea chesonului se face cu aer comprimat in partea de jos asigurandu-se o camera de lucru betonata ulterior Constructia este compartimentata vertical pe linii tehnologice dintre care una este intotdeauna de rezerva In interior se deosebesc patru camere (compartimente) cu urmatoarele roluri
1 Camera de admisie si deznisipare a apei (cu posibilitati de evacuare a nisipului depus)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
2
20
2 Camera sitelor rotative sitele rotative sunt formate din panouri de sita cu ochiuri relativ mici (1-3 mm) articulate si trecute peste doua tambururi - unui sus (motor) si altul jos (pasiv) apa trece prin panourile de sita sunt retinute pe sita impuritatile mari plutitorii in general si apoi panoul descarcat se ridica permanent ajungand deasupra nivelului apei in fata unui jet de spalare
3 Camera cu rol de bazin de aspiratie pentru pompele din camera 4
4 Camera uscata care adaposteste pompele treapta I (care trimit apa de la sursa la statia de tratare) In cazul in care nu se dispune de pompe cu ax vertical (care au motoarele montate pe platforma superioara) pot fi prevazute fi prevazute si pompe cu ax orizontal cu luarea unor masuri importante de pastrare uscata a camerelor
Cand sunt disponibile pompe cu ax vertical camerele 3 si 4 pot fi unificate In partea superioara a constructiei se prevad camera de comanda camera de manevra a vanelor si pompelor de epuisment camera motoarelor pompelor verticale si sala transformatoarelor (daca este cazul) Nivelul planseului se executa de obicei cu circa 07 m peste nivelul maxim al apelor raului cu asigurarea 1 In fata prizei se executa o pasarela de acces a personalului pentru curatarea gratarelor de la priza si indepartarea plutitorilor si ghetii Gratarele sunt rare cu distante intre bare de 3 - 10 cm
Admisia apei in priza se face prin doua serii de ferestre - o fereastra sub nivelul minim si o fereastra sub nivelul maxim Viteza de trecere a apei este de 02 - 03 ms iar nivelul de apa peste marginea de sus a ferestrei de minimum 050 m
La nivelurile mari in rau se lucreaza cu fereastra de sus pentru a evita antrenarea in priza a aluviunilor mari care sunt tarate de apa la partea de jos a albiei Pentru inchidere fiecare fereastra are in spate o stavila plana manevrabila de la suprafata In fata ferestrelor gratarele sunt rare din bare rotunde (teava) sau profile si se pot curata cu greble mecanice (la prizele mari) sau manual Gratarele trebuie sa fie executate cu atentie si iarna se pot inlocui cu gratare din lemn sau se pot lua masuri speciale pentru a se evita prinderea zaiului de barele metalice (bune conducatoare de caldura)
Zaiul este gheata in cristale fine care pluteste in masa de apa Pentru a evita blocarea cu gheata au fost imaginate mai multe sisteme toate fiind insa perfectabile Astfel la centralele termice sau industriale unde exista abur rezidual sau apa calda se transforms gratarul in radiator prin interiorul tevilor circuland agentul de incalzire sau se toarna apa calda inaintea gratarului astfel incat apa care trece prin gratar sa aiba 01 - 05degC In alte cazuri s-a transformat gratarul in rezistenta electrica legandu-1 la o sursa de tensiune convenabila (putere instalata de cca 10 kWhm2) consumul de energie este relativ mare iar pericolul de accidentare este ridicat S-a recurs si la imbracarea barelor gratarului in cauciuc ebonita sau mase plastice in scopul impiedicarii zaiului sa se prinda de bare In foarte multe cazuri insa se sparge gheata la priza cu unelte manuale atunci cand se constats ca nu mai intra apa suficienta operatiune foarte grea si riscanta In cazul in care apa raului contine in anumite perioade o cantitate mare de suspensii se poate aseza priza nu pe malul raului ci intr-un bazin executat pe malul raului iar apa raului parcurgandu-1 se produce deznisiparea
Foarte importante sunt forma sub care se amenajeaza intrarea apei din rau in bazin (existand riscul aparitiei depunerilor) si modul in care se reuseste sa se faca evacuarea depunerilor din bazin In literature de specialitate se citeaza si alte posibilitati de folosire a acestor bazine Uneori aceste bazine au fost executate sub forma de canale lungi cu priza la caparul eel mai departat Curatirea canalului se poate face prin dragare
Sunt situatii insa in care din motive locale debit mare si curgere gravitationala captarea poate fi mai simpla Captarea poate avea un singur compartiment pentru debite mici sau poate fi organizata pe linii pentru usurinta exploatarii Intrarea apei se face pe sub un timpan care evita socul plutitorilor cu gratarul si dirijarea acestora in aval Pentru punerea la uscat fiecare compartiment se prevede cu batardou demontabil Priza poate avea doua gratare in serie un gratar rar si un gratar des
O mare importanta o are directia de asezare a gratarului fata de directia circuitului de apa asezarea corecta este data de conditiile locale si uneori sunt necesare studii detaliate pe model in laborator Gratarul se poate aseza paralel cu curentul de apa putin oblic astfel incat apa sa atace gratarul sub unghiul eel mai favorabil sau frontal
243 Captari cu regularizarea albiei
Sunt situatii in care pe rau exista debitul de apa necesar pentru captare dar albia este atat de dezvoltata incat inaltimea apei nu permite derivarea debitului necesar In aceasta situatie este nevoie de inaltarea (cresterea) nivelului apei Una din solutii este de a ingusta albia prin lucrari artificiale de regularizare Intrucat asemenea lucrari de regularizare pot fi necesare si in alte cazuri (stabilirea albiei minore de exemplu) vor fi date cateva elemente generale urmand ca in caz de necesitate sa se apeleze la lucrari de specialitate Lucrdrile de regularizare se prevad si se executa cu respectarea urmatoarelor reguli generale
bull la ape mici curgerea sa fie cea dorita (stabila catre priza) iar la ape mari sa nu se produca inundatii in zonele vecine (sa nu se reduca din capacitatea de transport a albiei)
bull lucrarile sa se execute in etape pentru a se putea cunoaste reactiile la noile conditii si pentru a se putea cunoaste reactiile la noile conditii si pentru a se putea face corectari in etapele urmatoare
bull tipurile de lucrari sa se incadreze in peisaj
bull lucrarile sa nu stanjeasca circulatia apei pentru alte folosinte sau sa produca baltirea apei cu efecte de insalubritate
bull sa se prevada lucrari cu materialele din zona
bull sa fie folosita tendinta naturala de curgere a apei puterea si capacitatea colmatata a curentului
In figura 38 sunt schitate tipurile de lucrari mai des utilizate lucrari in albie (diguri de dirijare traverse de colmatare epiuri) si lucrari de aparare si consolidare a malurilor Elementele constructive tip sunt in general executate printr-o combinatie rationala de
bull combinatie de lemn cu piatra (casoaie suluri si saltele de fascine)
bull combinatie de piatra cu metal (gabioane)
bull anrocamente (piatra mare sparta)
bull beton beton armat sub forma de constructii masive sau elemente prefabricate
bull constructii vii formate din inierbare vegetatie mica (se ia in considerare capacitatea de transport a
albiei la ape mari)Apardrile de mai sunt lucrari de consolidare a malului raului impotriva efectului de eroziune al apei
la viteze mari Acestea pot fi lucrari foarte simple cum sunt taluzele inierbate cu unele elemente simple de fixare sau lucrari mai complicate ca taluz pavat cu elemente de beton zidarie de piatra rostuita sau nu
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
Figura 213 Lucrari de regularizare a albiei Tn zona prizeiLegends a - plan cu tipurile de lucrari b - tipuri de aparari de mai 1 - cu
casoaie 2 - cu dale din beton armat 3 - cu elemente mixte (zidarie de piatra secti Tnierbare) c - diguri epiuri executate din 1 - gabioane 2 - anrocamente
22
zidarie de sprijin din zidarie beton sau beton armat La constructive de mai trebuie tinut seama ca in afara de efectul de erodare si de afuiere a patului de sprijin actioneaza si impingerea malului
Digurile longitudinale sunt lucrari executate in albie care au rol de a dirija pe o portiune un spatiu relativ fix apa raului Se realizeaza din anrocamente cu marime suficienta pentru a nu fi antrenate de apa prefabricate de beton gabioane (piatra de rau balast inchis in casete de sarma zincata pentru a obtine o stabilitate generala mare - elemente simple ieftine si stabile atata timp cat sarma de la cos nu cedeaza sub efectul eroziunii si coroziunii) casoaie din lemn blocuri de beton legate elastic etc Capetele acestor diguri trebuie sa fie bine aparate eventual legate cu cate un epiu astfel incat curentul de apa sa nu patrunda in spatele digului Daca digurile sunt deversate vor fi luate masuri constructive contra afuieri sau spalarii patului cu efect imediat asupra stabilitatii constructiei
Epiurile sunt ca si digurile constructii permeabile rezistente la actiunea apei submersibile sau nu care dirijeaza apa raului pe un anumit spatiu si favorizeaza colmatarea treptatS a spatiului dintre ele Ca pozitie pot fi dirijate spre aval normal pe albie sau orientate spre amonte Se executa din aceleasi materiale ca si digurile Daca albia are un pat usor afuiabil inainte de executia digului propriu-zis se amenajeaza un pat elastic din saltele de fascine sau numai rulouri de fascine O atentie deosebitS se da capului epiului (partea terminals dinspre apa) care este elementul eel mai solicitat Totdeauna coada epiului trebuie bine incastrata in mai pentru a nu permite apei sa-1 ocoleasca
Traversele de colmatare sunt diguri scurte executate din umplutura de material local protejata cu anrocamente mari pe albia minora ce trebuie pSrSaitS sau pe bratele auxiliare care trebuie sa fie colmatate L ape mari spatiul dintre traverse se umple cu aluviuni si in timp traseul vechi al albiei minore dispare
Toate constructiile enumerate anterior si altele asemSnStoare imaginate de specialisti trebuie sa fie verificate si la efecte (in perioada de primavara nu trebuie sa se permita formarea de zSpoare -blocuri de gheata spartS aglomerata care favorizeaza inundatiile) Pe zonele de rau regularizate tipurile de constructii pentru captarea apei sunt similare cu cele pentru albia neregularizatS dar cu adancime suficientS a apei De altfel totdeauna cand se executa constructii legate de apa vor fi luate si masuri de stabilizare a albiei in zona afectata
244 Captari cu baraj de derivatie
In cazul in care pe rau nu se poate asigura nivelul minim necesar pentru captarea apei iar regularizarea albie nu este posibila sau rationala se recurge la executarea unei constructii pentru ridicarea artificials a acestuia dacS debitul captat este important iar fenomenele de iarnS nu pun probleme deosebite
Pentru a nu crea prejudicii pentru alti beneficiari constructia numita stdvilar sau baraj de derivatie trebuie sa asigure concomitent urmStoarele conditii
bull sa fie stabilS la actiunea dinamicS a apei
bull sa permita evacuarea debitelor mari fSrS a provoca inundatii sau deteriorarea altor constructii
bull sa permits evacuarea gheturilor de primSvarS
bull sa asigure navigatia plutaritul circulatia pestilor sau alte folosinte etc Forma
captSrii depinde de
bull marimea debitului captat raportul debit captat debit rau
bull variatia debitului raului si aluviunilor transportate
bull posibilitStile de executie
bull amplasamentul efectiv al prizei (natura albiei adancimea stratului impermeabil inSltimea malurilor etc)
In continuare sunt date cateva exemple de constructii caracteristice pentru asemenea prize
Captarea pentru debit mare realizabilS pe un rau mare pentru localitSti industrii irigatii energie etc Are alcStuirea generals din figura 214
Intre douS culei (o culee este o constractie de legSturS intre constructia dintre albie si mai) se executS elementul de barare a albiei adicS de ridicare a nivelului apei la cota minimS necesarS Aceasta poate fi un prag - baraj deversor dacS lungimea disponibilS si cota malului permit
evacuarea debitelor mari de rau sau baraj cu stavile mobile (stavilar) care se pot ridica sau culca (intr-un locas special prevazut) in radier lasand libera sectiunea pentru evacuarea apelor mari Sunt si cazuri in care din cauza deschiderii mari a albiei s-a adoptat o solutie mixta partial cu stavile partial cu baraj deversor sau uneori si cu baraj nedeversant
Pe malul opus captarii se executa daca este cazul ecluza pentru navigatie sau plutarit cu dimensiunile cerate de beneficiar si aproape totdeauna o scara de pesti pentru a asigura circulatia libera a pestilor intre cele doua biefuri (un bief este zona de rau aflata amonte sau aval de constructia considerate) Pe acelasi mai cu priza se gasesc doua deschideri de spalare prevazute cu vane plane care stau totdeauna partial deschise astfel incat debitul de apa care nu se capteaza sa nu deverseze peste baraj ci sa treaca pe sub aceste stavile
Se reaminteste ca in nici un caz nu este permisa captarea integrals a debitului raului in sectiunea respectiva o parte a debitului raului trebuie sa treaca in aval pentru mentinerea intr-o stare salubra a zonei (altfel devine depozit de gunoaie pe timp de ape scazute) asigurarea apei pentru vietuitoare si vegetatie Debitul ramas in albie este numit debit de servitute (Qs) Spalarea este necesara intracat prin ridicarea locala a nivelului apei s-a realizat in amonte o reducere locala a pantei energetice a curentului de apa Aceasta reducere conduce la micsorarea capacitatii de transport deci micul lac ce se creeaza in spatele barajului se umple repede cu aluviuni Umplerea se face si in dreptul gratarului fiind periclitata adancimea de intrare minima altfel spus se realizeaza ridicarea locala a fundului albiei Lasand libera circulatia apei langa gratar se produce continuu o spalare a depunerilor din cauza vitezei mari realizate sub stavilele de spalare
in unele cazuri prima pila a barajului a fost prelungita cu un pinten formand un fel de canal in fata prizei Apa circuland cu o viteza comparabila cu cea existenta in rau inainte de barare evita producerea de depuneri in fata prizei
Atat in dreptul stavilelor de spalare cat si al barajului deversor in aval se executa un disipator de energie al carui rol este de a reduce viteza apei la o limita care sa nu produca eroziuni spalari in aval de constractie spalari care ar putea periclita stabilitatea acesteia
Priza este o deschidere in culee protejata cu un gratar contra plutitorilor Pentru a evita antrenarea aluviunilor mari in priza aceasta se prevede cu un rag (grataral se aseaza deasupra fundului albiei la 05 - 10 m) Pentru a nu favoriza blocarea gratarului cu plutitori viteza de trecere este redusa 01 - 05 ms din care cauza priza are o forma de palnie Intrarea poate fi inchisa cu stavile Daca deschiderea totala este mare ea se poate reduce cu ajutorul unor pile intermediare Lungimea unei stavile nu va depasi 250 m altfel dispozitivele de ridicare a stavilelor devin greoaie In pile inaintea nisei stavilei se lasa profile U inglobate in beton cu deschiderea spre apa pentru a se putea lansa batardoul (umplutura din elemente grinzi de lemn sau metal) in scopul punerii la uscat a incintei pentru eventuale reparatii Deoarece dupa gratar viteza apei scade mult se produc depuneri care pot afecta circulatia pe canalul de legatura Spalarea lor se poate face cu o golire secundara - de spalare (vezi figura 214) Daca se inchide plecarea spre beneficiar (stavila V2) si se deschide stavila V3 se poate asigura o circulatie fortata cu 0 viteza cu 0 viteza mare (diferenta de nivel amonte-aval este mare) Daca debitul pe rau este suficient iar gratarele au o suprafata mai mare decat cea strict necesara se poate merge cu vana V3 partial deschisa - spalarea facandu-se continuu Pentru evitarea antrenarii plutitorilor mari si a ghetii in sloiuri la gratar se amenajeaza un perete de lemn scufundat partial (05 m) sau o linie de busteni legati articulat (care plutesc) Fenomenele de iarna sunt cele mai dificile la aceste prize
Captarea tiroleza este 0 captare cu gratar pe creasta (figura 215a) care se adopta in cazul in care debitul raului la ape mici este redus si nu poate asigura spalarea zonei din fata prizei iar debitul captat fiind mic captarea in mai se face greu (la aceasta constractie de captare se executa si o priza de iarna in cazul in care grataral ingheata) Captarea se aplica in zone de munte la rauri cu caracter torential pentru debite nu prea mari (sub lm3s) In unele situatii masivul de beton nu se vede din albie fiind alcatuit dintr-un prag de fund - cu gratar la nivelul fundului apei (grataral este inclinat aval pentru a evita blocarea cu aluviuni mari)
Captarea sub albie se adopta in situatia unor localitati de munte pentru care singura sansa de apa o constituie raul sau paraul care izvoraste de la cote inalte al carui debit scade foarte mult in perioadele de iarna si vara si in cazul care fenomenele de inghet dureaza timp indelungat In aceasta situatie 0 captare in albia raului va fi serios stanjenita iar exploatarea va pune probleme deosebite Pentru evitarea unora din aceste probleme au fost imaginate si executate captari sub fundul albiei intr-o zona in care albia este bine dezvoltata si are un pat de 2-3 m de aluviuni Constructia transversals dreneaza apa la unui din capetele sale unde pe malul raului dintr-un put este prelevata si transportata Aceasta captare se deosebeste insa de captarea subterana a apei infiltrate prin mai sau sub fundul albiei (cu drenuri radicale) deoarece apa captata are tot caracteristicile unei ape de suprafata dramul parcurs prin patul aluvionar fiind foarte scurt o asemenea apa are o turbiditate mai mica decat apa captata direct din rau
Schema unei captari sub albie numita uneori si caucaziana este data in figura 215b iar schema unei captari proiectata pentru extinderea provizorie a alimentarii cu apa a unei localitati din tara - la un debit de 10 dm3s in figura 215C
Din figura se observa ca in patul aluvionar al raului se executa o constractie permeabila care dreneaza apa ce se scurge prin subteran sau care se infiltreaza direct asupra constractiei In fata acestei constructii si deasupra ei se executa un blocaj din anrocamente care sa permita accesul mai bun al apei si totodata sa stabilizeze constructia contra efectului dinamic la ape mari (captarea lucreaza ca un prag de fund stabilizator)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 25
Captarea este relativ simpla usor de executat si cu rezultate bune in exploatare Trebuie insa data o atentie deosebita posibilei colmatari a zonei de acces la elementul drenant din cauza apei ce confine fibre de dimensiuni mici (celuloza si hartie) material ce se colmateaza etc
26 Captari din lacuri
Tara noastra nu dispune de lacuri naturale de volume importante care sa poata folosi drept sursa de apa Din aceasta cauza captarile vor fi analizate din punct de vedere al prelevarii apei din lacurile artificiale
In etapa actuala in tara noastra executarea de captari cu debite importante din majoritatea raurilor interioare nu se pot face fara o regularizare a debitului deoarece desi regimul precipitatiilor este relativ uniform (200-2000 mman) distributia in timp este foarte neuniforma Aceasta face ca in perioadele de primavara si toamna debitele sa fie foarte mari iar in perioada de vara si mai ales iarna debitele sa scada la valori extrem de mici cu totul insuficiente pentru alimentarea folosintelor Regularizarea debitelor se face prin lacuri de acumulare special create (bazine uriase cu volume de zeci de milioane-miliarde de metri cubi) care acumuleaza apa din rau in perioadele de viitura si permit folosirea acesteia la debitele dorite
Este insa evident ca un asemenea lac nu se poate crea decat printr-o constructie specials de blocare a albiei numita baraj constructie care prin amploare si efort de investitie pune probleme deosebite Din aceasta cauza executarea unor asemenea lucrari se face prin cooperare cu alti beneficiari lacul urmand sa aiba o folosinta complexa dupa cum urmeaza
bull va reduce viiturile si va permite protej area localitatilor si scoaterea unor suprafete de sub efectul inundatilor redandu-le circuitului agricol
bull volumul de apa acumulat confine o cantitate mare de energie hidraulica energie care poate fi transformata in cadrul centralelor hidroelectrice in energie electrica si data in circuitul energetic al tarii
bull o parte din volumul de apa acumulat poate fi preluat pentru irigarea unor importante suprafete de teren
bull parte din lac poate fi amenajat ca zona de agrement dezvoltand zona din punct de vedere turistic
bull se poate imbunatati regimul de curgere in aval cu efect si asupra calitatii apei
Din punct de vedere al alimentarii cu apa lacul are eel putin in prima perioada un efect favorabil apa prelevata fiind in general mai limpede si mai constants sub raport calitativ Aceasta presupune insa preluarea apei direct din lac (varianta I din figura 216) lucru care poate dezavantaja pe alti beneficiari (cei care se ocupa de producerea energiei de exemplu)
Pe de alta parte apa stationand mult timp in lac isi modifica calitatea iar prin descompunerea depunerilor si dezvoltarea unor microorganisme specifice apa poate sa capete gust neplacut (gustul este diferit de eel al apei de rau care este apa curgatoare) De aceea uneori apa este acumulata dar nu este captata din lac ci uzinata si lasata sa curga pe vechea albie pentru a se aera (varianta Il-a din figura 216) Solutia este
Figura 215 Captari speciale a - captare tiroleza b - captare cu galerie transversala pe fundul albiei c -
dren sub fundul albiei
favorabila in cazul in care utilizatorul de apa se afla la distanta mare Daca centrala functioneaza continuu atunci captarea se poate face in curent liber daca insa centrala (UHE) functioneaza in regim de varf (cum de obicei functioneaza asemenea centrale cateva ore in cursul zilei) atunci avalul inainte de priza trebuie prevazut un lac de compensare zilnica a debitelor lac care sa retina apa uzinata in regim neuniform si sa permita captarea unui debit relativ constant Cele doua variante aratate schematic in figura 216 trebuie comparate ca avantaje si dezavantaje
Priza de apa poate fi realizata in corpul barajului in aval de baraj sau in lac Elementele care conduc la stabilirea solutiei sunt
bull pozitia utilizatorului de apa fata de lac captare din lac daca acesta este amplasat amonte si departe de baraj in baraj sau aval pentru un consumator aval sau din alt bazin hidrografic
bull marimea lacului variatia nivelului apei in lac
bull existenta unei salbe de lacuri pe raul respectiv
bull utilizarea rationala complexa a apei acumulate (de regula la stabilirea amplasamentului lacului se statueaza si modul de folosire al apei)
bull tipul de baraj si simultaneitatea executiei barajului cu priza pentru folosinte de apa in general dupa executarea barajului priza poate fi numai in aval sau in lac
bull conditiile reale de teren trebuie tinut seama ca baraj ele cu lacuri mari de acumulare sunt situate in zona de deal - munte
bull conditiile rationale de tratare a apei obtinute din lac
261 Priza tn aval de baraj
Se poate executa oricand inainte si dupa executia barajului in forme si la debite adecvate Sunt posibile urmatoarele tipuri de captari
bull captari in curent liber de forma celor descrise anterior pe raul pe care debitul regularizat prin lac are valori mult mai mari
bull captari in baraj sau in lac in cazul in care lacul are ca principals folosinta alimentarea cu apa sau cand barajul este realizat pentru un lac de compensare a debitelor rezultate de la functionarea unor centrale hidroelectrice din amonte
bull captari in lac in cazul in care lacul compenseaza folosinta energetica iar beneficiarul este departe de baraj in amonte
262 Prize Tn corpul barajului
Sunt gandite si executate odata cu barajul astfel incat sa nu pericliteze siguranta in functionare a acestuia dar sa poata preleva apa de calitatea cea mai buna existenta la un moment dat in lac
In cele ce urmeaza sunt date exemple de captari de apa executate in baraj Daca barajul este din beton priza este de regula comuna cu barajul (figura 217)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 27
apa curgatoare Barajul care realizeaza lacul de compensare este din materiale locale cu un sistem de stavile pentru spalarea depunerilor de viitura (figura 219)
In figura 220 este schitata captarea dintr-un lac al carui baraj este executat din materiale locale cu miez de etansare din argila Captarea se executa total izolat de baraj (in malul natural sau in lac figura 221 - pentru a nu-i produce dificultati barajului prin exfiltrarea apei pe langa sistemul de transport al apei) si pentru ca priza sa nu aiba dificultati la tasari neuniforme ale barajului Apa captata din priza turn de la cote diferite functie de calitatea acesteia este evacuata prin conducte sau galerii amplasate in malul natural
Acest tip de captare poate fi aplicata si in alta pozitie in cuprinsul lacului pentru beneficiari riverani - amonte de baraj
Cand principala folosinta a lacului este de combatere a undei de viitura captarea poate avea o forma speciala (figura 222) Captarea este amplasata la o cota deasupra rezervei destinata acumularii depunerilor din lac si trebuie sa evite blocarea cu corpuri mari ce pot cadea prin apa intrucat nu este accesibila decat la ape mici - lac gol sau lac golit
263 Captari in lac
Se utilizeaza atunci cand in amplasament nivelul apei este asigurat intotdeauna deasupra unor valori limita Se pot practica o captare de tip turn (figura 221) cand debitul captat este important iar nivelul lacului relativ constant o captare plutitoare cand alimentarea cu apa este sezoniera sau conditiile de iarna nu sunt severe o captare de fund cand lacul este de adancime mare si cu un volum de apa important (figura 223a)
Captarea de fund este formata dintr-un sorb (pot fi prevazute mai multe asemenea constructii separate) asezat pe o confectie metalica stabila de tip tetrapod Se amplaseaza deasupra nivelului (apreciat) de colmatare si sub nivelul minim al apei din lac (acoperire mai mare pentru a o feri de plutitori) Zona captarii va fi balizata pentru a fi ferita de accesul plutitorilor si a putea fi usor reperata pentru control se marcheaza si zona de protectie daca este cazul Conducta de legatura (suficient de elastica daca are lungime mare) se lanseaza prin plutire si poate permite ridicarea prizei in caz de nevoie Captarea va fi amplasata la o asemenea adancime incat sa nu fie deplasata de valuri si totodata nu intr-o zona in care valurile pot pune in miscare depunerile de pe fund si deteriora calitatea apei Captarea este tipica pentru prelevarea apei din lacurile naturale (figura 223b)
Existenta lacurilor de acumulare ridicS probleme importante sub trei aspecte generale aspecte care pot influenta calitatea apei captate siguranta in functionare a prizei sau si a zonelor vecine
bull pentru lacurile mici problema cea mai importanta este legata de colmatarea cu aluviuni lipsa masurilor de protejare amenajare si stabilizare a solului in bazinul hidrografic conduce la antrenarea unei mari cantitati de sol (mai ales fertil) care blocheaza in scurt timp volumul lacului
bull pentru lacurile cu volum mediu (milioane de m3) problema cea mai importanta este eutrofizarea apei lacului
bull pentru lacurile mari (sute de milioane m3) problema importanta este imbdtrdnirea lacului (o eutrofizare lenta avand ca punct final obtinerea unei ape de calitate total deosebitS de aceea a raului din care pro vine)
Eutrofizarea lacurilor este o problema acuta a multor lacuri din zone de ses si colinare Cauza principals este aportul de substante fertilizante (fosfor carbon azot) Fosforul (adus in apa in special din apele uzate orSaenesti - neepurate adecvat) in cantitSti mici favorizeaza randamentul de functionare a fitoplanctonului care la randul lui favorizeazS fixarea azotului cu ajutorul bacteriilor Dezvoltarea fitoplanctonului favorizeazS dezvoltarea zooplanctonului si deci a populatiei de pesti
DacS fluxul energetic si aportul de substante este moderat atunci ciclul se incheie devine stabil si lacul isi pSatreaza calitatea de lac oligotrof (figura 224a) In cazul in care cantitatea de fosfor creste creste volumul de fitoplancton deoarece nu exista suficient azot si lantul se rupe Zooplanctonul si pesti mor substantia organicS creste bacteriile consumS oxigenul si lacul devine eutrof acoperindu-se cu vegetatie (care are rSdacinile in malul situat pe fundul lacului si frunzele la suprafata realizand fotosinteza figura 224b) Consumarea oxigenului de cStre substantele in descompunere si capacitatea redusa de aerare fac ca apa lacului sa aibS de regulS un continut mai redus de oxigen
Daca se reduce cantitatea de nutrient (in special fosforul) dupa un timp calitatea apei se imbunatateste neajungand insa la calitatea initials (se considers ca un continut Tn fosfor de 10-20 mgl este acceptabil)
Imbdtrdnirea lacurilor este fenomenul de modificare continuS a calitatii apei lacului ca urmare a noului echilibru ce se realizeazS intre aportul de substante si circulatia apei Apa care ajunge in lac este o apa cu continut ridicat de substante minerale si organice Acestea se depun se descompun intra in reactie formand substante noi cu continut de Fe N S C (H2S CH4) substante care modifies chimismul apei Pe baza aportului de substante si sub influenta luminii creste productia de masa organica (schema lacului oligotrof) Apare un fenomen nou de circulatie a apei in lac vara apa de la suprafata este calda deci mai usoarS toamna insa apa se rSceste devine mai rece decat apa de la fundul lacului (are cca 4degC sub 15 - 20 m temperature ramane relativ constants) deci devine mai grea (densitatea creste la scaderea temperaturii) si coboarS inlocuind apa mai calda de adancime apa care se ridicS (depunerile mai pot fi agitate si de valurile de la suprafata)
Pozitia captarii in lacurile adanci trebuie sa fie totdeauna in zona medie cu temperature relativ constants (6 - 12degC) si unde nu se simte direct influenta descompunerilor ce se produc la fundul lacului (sau tulbureala datS de depunerile rSacolite)
28 Procese de pre-tratare aplicarea de algicide
Algele sau cianobacteriile (algele verzi-albastre) din lacurile si acumularile de stocare pot crea probleme de gust si miros precum si aparitia unor substante ce provoaca imbolnaviri (toxine) Pentru controlul dezvoltarii algelor sau cianobacteriilor se pot folosi compusi care distrug algele (algicidele) Daca are loc un eveniment legat de utilizarea algicidelor (calitatea apei este afectata de utilizarea unui algicid) pot avea loc urmatoarele
bull daca se utilizeaza algicide in exces substanta chimica poate provoca imbolnaviri
bull daca volumul de alge sau cianobacterii este prea mare si nu poate fi controlat de algicid toxinele din alge cianobacterii pot provoca imbolnaviri
bull daca se utilizeaza ca algicid paiele de orz substantele din paie pot reactiona cu dezinfectantele si forma subproduse ce provoaca imbolnaviri
Aplicarea de algicide in sursa de apa poate prezenta riscuri pentru sanatatea si siguranta muncii operatorilor Acestea sunt recunoscute dar nu vor fi discutate deoarece astfel de riscuri fac obiectul legislatiei muncii si protectiei muncii Algele sau cianobacteriile din sursa de apa pot interfera cu functionarea statiei de tratare Un bun control al cresterii lor face sa se diminueze necesitatea pre-oxidarii Se reduce de asemenea cantitatea de dezinfectant ce se pierde in reactia cu algele sau cu substantele pe care acestea le elimina in apa
31 Alcatuirea statiilor de tratare a apei
Rolul statiei de tratare este de a corecta calitatea apei brute pana la atingerea cerintelor utilizatorului Exista o multitudine de procese de tratare care se utilizeaza in practica insa schema generala a unei statii de tratare (figura 31) cuprinde
bull trepte multiple de oxidare (pre-oxidare post-oxidare) cu scopul de a oxida compusi chimici dar si de a realiza bariere succesive in calea micro-organismelor
bull procese de limpezire a apei care constau in
o coagulare-floculare cu reactivi chimici in camere de reactie special amenajate
o decantarea apei pentru retinerea suspensiilor coagulate
o filtrarea pe strat de nisip pentru finalizarea procesului de limpezire
bull afinarea apei constituita din oxidare cu ozon urmata de adsorbtie pe carbune activ granular cu scopul indepartarii anumitor compusi chimici toxici
bull dezinfectia apei pentru indepartarea totala a virusurilor bacteriilor si altor micro-organisme din apa treapta obligatorie in Romania conform Legii privind Calitatea Apei Potabile nr 4582002
3
Pentru eliminarea duritatii se pot adopta scheme cu schimbatori de ioni sau cu reactivi chimici (var si soda) in functie de tipul duritatii (temporara sau permanenta)
Orice statie de tratare este deservita de anumite facilitati pentru intretinerea proprie Printre acestea se mentioneaza
bull statia de reactivi chimici cu rolul de a stoca prepara si doza reactivii necesari procesului de tratare (coagulanti floculanti agenti dezinfectanti corectie pH etc)
bull sisteme de spalare filtre rapide constituite din statii de pompe si de suflante
bull laborator pentru a determina corectitudinea procesului de tratare dar si calitatea apei produse
bull alte facilitati printre care se mentioneaza sisteme de recuperare a apei de la spalare filtre si a namolului din decantoare
311 Exemple de statii de tratare
O schema de tratare cu filtrare directa este prezentata in figura 32 Uzina de apa a orasului Los Angeles - SUA (Los Angeles Aqueduct Filtration Plant) are o capacitate instalata de 185 m3s filiera tratare fiind prezentata in cele ce urmeaza
bull pre-oxidare cu ozon 4 generatoare care produc 3780 kg CVzi (doza medie ozon 15 mgdm3) 4 bazine de contact (timp de contact minim 49 min)
bull coagulare (amestec rapid) 8 camere de reactie echipate cu agitatoare dinamice timp minim de amestec 086 s pentru doua camere inseriate Reactivi utilizati clorura ferica sulfat de aluminiu polimeri anionici si neionici soda caustica clor
bull floculare 36 camere de reactie lenta timp minim de reactie lenta 8 min pentru 3 bazine inseriate
bull filtrare 24 unitati (aria unei unitati A=160 m2) strat de antracit cu inaltimea de 24 m viteza de filtrare 175 mh care asigura un timp de contact de 10 minute
bull dezinfectie finala cu clor (doza maxima clor 56 mgdm3)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 3
Un alt exemplu de schema de tratare care nu cuprinde treapta de decantare este uzina de apa Ivry (Franta) modernizata in 1987 (debit instalat Q = 300000 m3zi) Dupa modernizare uzina cuprinde urmatoarele procese (figura 33)
bull pre-oxidare cu ozon doza uzuala 10 mg CVdm3
bull coagulare (amestec rapid) cu clorura ferica (5 - 10 mgdm3) si polimer anionic (0025 -005 mgdm3)
bull pre-filtrare faza I - (coagulare pe masa de contact) 18 unitati de 815 m2 strat biolit 10 m viteza de filtrare maxima 10 mh
bull floculare cu clorura ferica (2-6 mg Fe3+dm3) si polimer (005 - 10 mgdm3)
bull pre-filtrare faza II - nisip 22 unitati de 81 m viteza de filtrare 9 mh
bull filtrare lenta 30 cuve (23000 m2) viteza maxima de filtrare 13 mzi inaltime strat 07 m
bull post-ozonare timp de contact 4 minute doza uzuala 04 - 06 mg CVdm3
bull filtrare pe CAG inaltime strat 10 m viteza de filtrare 10 mh
bull dezinfectare finala cu hipoclorit de sodiu
In figura 34 este prezentata o schema tehnologica a unei uzine de apa aplicata in cateva mari uzine de tratare (Qgt2000 m3h) ce preiau apa bruta direct din fluviul Ruhr Schema asigura o eliminare optima a microorganismelor Concentratia de Cryptosporidium in apa raului Ruhr variaza de la 0 la 5 unit(100 dm3) iar concentratia chisturilor Giardia de la 8 la 250 unitdm3 Nu au fost detectate aceste organisme in treptele premergatoare dezinfectarii Se remarca prezenta treptelor de filtrare incepand cu filtrarea mecanica pe microsite in capatul amonte al filierei de tratare si continuand cu un pachet de trei trepte de filtrare (dublu strat carbune activ granular si filtre lente) care asigura o eficienta foarte mare din punct de vedere microbiologic
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 3
Figura 34 Filiera tehnologica uzina de apa Mulheim an der Ruhr
(Germania)
Un exemplu de schema tehnologica combinata (Q=32 m3s) este prezentata in figura 35 Apa bruta (fluviul Elba) este puternic incarcata in poluanti Filtrarea primara (bazine de infiltratie) reduce de cateva ori incarcarea microbiologica iar in cazul folosirii treptelor de floculare sedimentare si filtrare reducerea incarcarii microbiologice este de circa 9999
Prin curgerea in stratul subteran se obtine o apa ce se incadreaza in normele privind calitatea apei potabile Dezinfectia finala este aplicata pentru a preveni cresterea masei bacteriene in sistemele de distributie Uzina este prevazuta a fi modernizata cu treapta de oxidare cu ozon si filtre multistrat
In Elvetia sunt intalnite in principal scheme complexe de tratare avand la baza procese biologice (figura 36) Treptele de tratare clasice (pre-oxidare cu ozon coagulare-floculare filtrare rapida) sunt urmate de corectia pH-ului si postozonare in fmalul filierei de tratare se prevad reactoare biologice inseriate (filtre CAG activate biologic urmate de filtre lente) Se urmareste in principal reducerea indicatorilor biologici si bacteriologici prin reducerea concentratiilor de carbon organic asimilabil (AOC lt 10 ug Cdm ) Se remarca absenta dezinfectarii finale Se obtine o apa biostabila introducerea acesteia intr-o retea de distributie nu necesita prezenta unui dezinfectant rezidual Se asigura in acest mod o siguranta ridicata la consumator in ceea ce priveste potentialul de formare al trihalometanilor
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 3
33 Procese de oxidare
Procesele de oxidare pot fi intalnite in toate statiile de tratare in doua sectiuni caracteristice ale schemei
bull pre-oxidare in capatul amonte al filierei pentru oxidarea substantei organice plancton inactivare microorganisme obiectul principal este asigurarea functionarii optime a proceselor de tratare si evitarea contaminarii acesteia
bull post-oxidarea amplasat dupa procesele de tratare conventionale (decantare si filtrare rapida pe strat de nisip) urmareste oxidarea totala a micro poluantilor reducerea materiilor organice naturale si inactivarea totala in ape limpezi a compusilor biologici si bacteriologici
331 Pre-oxidare
In mod obisnuit se utilizeaza urmatorii agenti oxidanti clor ozon dioxid de clor 3311 Clorul(Ch)
Clorul se utilizeaza in mod uzual cu doze cuprinse in domeniul 1 - 3 mgl cu timp de contact minim Tc=30 minute in anumite situatii (inflorire algala sau poluare accidentala) dozele pot fi mai mari dar se urmareste evitarea formarii sub-produsilor organo-clorurati (de exemplu trihalometani THM) prin efectuarea de incercari pe apa sursei pentru a se stabili potentialul de formare
Clorul este adoptat frecvent datorita costurilor reduse implicate Reactia clorului trebuie urmarita cu atentie luand in consideratie agentii reducatori (H2S Mn2+ Fe3+) si materiile organice naturale in diagrama din figura 37 se poate urmari procesul de reactie al clorului in apa (clorare la breakpoint) Punctul critic se atinge daca raportul masic intre clor si amoniac variaza intre 81 -101 (teoretic 761)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 40
3312 Ozonul(03)
Ozonul este un gaz violet instabil care degaja un miros iritant caracteristic
Se produce prin descarcari electrice la diferente de potential ridicate intre doi electrozi intre care curge aer sau oxigen pur Eficienta productiei depinde de diferenta de potential frecventa caracteristicile materialului dielectric si spatiul care separa dielectricele Progresele tehnologice din ultimii 20-30 ani au condus la reducerea consumului de energie la 10 - 12 kWh 1 kg O3
Dozele uzuale de ozon sunt in gama 1 - 3 mgCVdm3 iar timpul de contact uzual este Tc=10 minute Se tinde spre adoptarea solutiei cu doua reactoare in serie ca in figura 38 Adancimea apei in reactoare poate atinge 6-75 m
Conceptual reactoarele de ozon functioneaza pe baza interceptarii curentului de apa descendent de catre voalul de bule mici de ozon in miscare ascendents
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
0
4
3313 Dioxidul de clor (CIO2)
Se poate obtine din clorit de sodiu si clor conform reactiei
2NaC102 + Cl2rarr2C102 + 2NaCl (31)
Stoechiometric 1 g dioxid de clor se obtine din 134 g clorita de sodiu si 05 g de clor
Este instabil si exploziv la temperaturi T gt (-40degC) Se produce imediat inainte de injectia in apa La 20degC si presiune partiala de 53 kPa solubilitatea este 4 gdm3
Avantajele utilizarii CIO2 sunt
bull nu formeaza sub-produsi de tip trihalometani (THM)
bull are putere oxidanta mai buna oxideaza fenoli si este foarte eficace la pH peste 85
Dozele utilizate frecvent 01 - 05 mgl timpul de contact fiind Tc = 10 min Se mentioneaza ca pentru doze mai mare de 05 mgl exista riscul formarii de sub-produsi de tip clorati
Reactoarele de pre-oxidare utilizeaza agitatoare mecanice (rezistente la coroziune) care asigura amestecul mecanic cu randamente ridicate intre apa de tratat si solutia de CIO2
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 4
332 Post-oxidare
In filierele de tratare se dezvolta din ce in ce mai mult conceptul de post-oxidare cu ozon pe apa limpezita dupa filtrele rapide de nisip pentru ca eficienta transferului creste se reduc dozele de ozon si oxidarea micro-poluantilor devine mai eficienta
incadrarea procesului de post-oxidare in schema statiei de tratare se realizeaza totdeauna ca infigura 310 n
Dozele de 03 in post-oxidare nu depasesc 2 mgl Principiile reactoarelor de ozon sunt identice cu cele utilizate in pre-oxidare
Post-oxidarea cu ozon combinata cu adsorbtia pe CAG este procesul (denumit afinare) capabil sa asigure
- eliminare totala compusi biologici microbiologici si micropoluanti
- reducere materiilor organice naturale astfel incat TOC lt 25 g Cl
- eliminare pesticide
333 Alegerea oxidantului
Alegerea oxidantului se bazeaza pe analiza calitatii apei caracterizarea marimii poluarii care poate apare (continut materii organice naturale carbon organic total numar de microorganisme perioade duraf deg ce aparitie)
Alegerea agentului oxidant are la baza costuri si implicatii in filiera tehnologica
Tabelul 35 Caracteristici principale Tn alegerea oxidantilor Nr crt
Oxidant Avantaje Dezavantaje
1 Clor-Cl2 - costuri reduse- cunoastere operare- este remanent (rezidual) in reteaua de
distributie
formeaza THM - necesita timpi de contact mari
2 Dioxid de clor - C102 - capacitate de oxidare mai ridicata in raport cu Cl2
- nu formeaza THM- este remanent (rezidual) in reteaua de
distributie
- necesita preparare si dozare instantanee- la doze prea mari poate forma cloraticosturi mai mari in raport cu Cl2
3 Ozon - 03 - cea mai mare capacitate de oxidare- nu formeaza THM
- necesita preparare si dozare instantaneeconsumuri energetice mari- poate forma subprodusi de tip bromaji sau
aldehide- nu este remanent (rezidual) in reteaua de
distributie
4
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 4
Figura 311 Fortele
ce actioneaza asupra
particulelor aflate Tn
apa
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
3511 Deznisipatoare
Sunt destinate sa retina particulele de tip nisip pentru protectia utilajelor din schema statiei de tratare Schema unui deznisipator orizontal este data in figura 313
Figura 313 Deznisipator orizontal longitudinal
1 Gratar 2 Bare de linistire 3 Nisa pentru reparatii Tn caz de avarie 4 Stavilar de intrare 5 Vane de golire 6 Stavilarde iesire 7 Galerie de golire
In zona de intrare a apei in deznisipator se monteaza un gratar rar pentru impiedicarea accesului corpurilor mari in interiorul bazinului Pentru linistirea curentului se monteaza bare verticale de linistire Peretii laterali ai deznisipatorului se executa cu evazare catre exterior pentru a permite preluarea impingerilor survenite din podul de gheata care se formeaza pe timp de iarna la suprafata bazinului Panta radierului bazinului trebuie sa permita evacuarea depunerilor in zona din aval a bazinului Evacuarea depunerilor se poate realiza cu mai multe sisteme
bull prin hidro-mecanizare cu scoaterea din functiune a unui compartiment
bull prin golirea totala a compartimentului (numai pentru debite foarte reduse)
bull cu electro-pompe speciale purtate de o grinda rulanta
3512 Decantoare statice
Sunt destinate surselor cu variatii mari de turbiditate la care 50 - 60 din suspensii sunt de natura minerala (gravimetrice) in figura 314 se prezinta schema unui decantor orizontal longitudinal Elementele principale ale bazinului sunt
bull zona de intrare in care se gaseste un perete de linistire a curentului in partea superioara respectiv canalul de evacuare a depunerilor in partea inferioara
bull decantorul propriu-zis cu radier cu panta catre basa de evacuare a namolului amplasata in zona incipienta a bazinului
bull zona de evacuare a apei decantate care este bordata de un gratar cu rolul impiedicarii accesului plutitorilor
Curatirea decantoarelor orizontale se realizeaza
bull Intermitent prin golire si evacuare depuneri hidraulic sau mecanic
bull Continuu cu ajutorul podurilor racloare care strang depunerile in base special amenajate
Dificultatile in operarea decantoarelor statice se pot sintetiza
bull sunt influentate de factori atmosferici vant gheata insorire
bull miscarea este turbulenta ca structura si particule fine pot fi repuse in stare de suspensie
bull echilibrarea fluxului hidraulic se realizeaza cu dificultate
bull eficienta retinerii nu depaseste 10-15 NTU la apa decantata
37 Filtrarea apei - generalitati
Filtrarea este procesul de limpezire finala a apei (stadiul II) la curgerea printr-un mediu poros de obicei format din nisip cuartos Procesul simuleaza infiltratia apelor superficiale in mediile poroase din subsolul pamantului Procesul este cunoscut si aplicat de mult timp (primul brevet s-a emis in 1830)
Schema generala (figura 323) indica filtrul ca fiind format dintr-un bazin (cuva) in care apa curge in sens descendent traverseaza mediul poros sustinut de un drenaj si ajunge intr-un rezervor de apa filtrata amplasat sub drenaj Sistemul este dotat cu toate instalatiile de introducere -prelevare apa preaplin si golire
Parametrii fundamentali ai procesului de filtrare sunt
bull viteza de filtrare definita (ca viteza aparenta) cu relatia urmatoare
vF = Q A [ m h ] [mzi] (313)
In care
Q - debitul de apa filtrata
A - suprafata orizontala a stratului filtrant in
functie de viteza de filtrare se pot clasifica in
o filtre lente (biologice) - VF = 01 - 025 [mh]
o filtre rapide - vF = 4 - 10 [mh|
o filtre ultra-rapide
bull mediul filtrant - in general nisip cuartos care sa realizeze prin uniformitatea granulelor un volum de goluri in care sa se acumuleze suspensia retinuta din apa caracteristicile sunt diferite pe tipuri de filtre
bull pierderea de sarcina (hr) exprimata ca diferenta intre nivelul apei in cuva filtrului si nivelul apei in rezervorul de apa filtrata este data de colmatarea stratului si este variabila in timp
49
38 Filtre lente
Se bazeaza pe formarea unei membrane biologice constituita din colonii de bacterii aerobe -amplasata la suprafata stratului de nisip (pe primii 2-3 cm) Elementul fundamental este dezvoltarea membranei (in 1 - 3 zile) functie de caracteristicile apei Dupa o perioada (30 - 50 zile) membrana se colmateaza si incepe sa se rupa degradand calitatea apei Aceasta se razuieste (se curata) manual sau mecanic si procesul este reluat In figura 52 se indica schema unui filtru lent
Dispoizitiv de curatat_____________________________membrana biologtca
Figura 325 indica tipurile de organisme care pot fi intalnite pe o adancime de 30 cm in nisipul filtrului lent
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
Nisipul din filtrul lent trebuie sa aiba urmatorii parametri
bull granulozitatea in domeniul dg = 035 - 050 mm
bull coeficientul de neuniformitate ult 15
(314)
In care d6o - diametral ochiurilor sitei prin care trece 60 din materialul cernut
d1o - diametral ochiurilor sitei prin care trece 10 din materialul cernut
01
50
bull inaltimea stratului de nisip H=90-100 cm cand grosimea stratului de nisip ajunge dupa curatiri succesive la 70 - 80 cm este necesara completarea la inaltimea initiala
Solutia filtrelor lente se prevede la debite relativ mici (max 10000 m zi) si surse de apa in general curate (lipsite de alge culoare poluanti toxici) Se pot obtine rezultate performante la ape necoagulate Operarea sistemelor de filtre lente este simpla Procesul de filtrare lenta este asimilat cu procese fizice si biologice Acestea din urma necesita o atentie si urmarire continua in etapele de operare a filtrelor in special referitor la starea coloniilor de bacterii aerobe din membrana biologica
310Filtre rapide
In figura 326 se prezinta schema unui filtru rapid Acesta este constituit din urmatoarele elemente componente
bull sistem admisie apa in cuva - are rolul echirepartitiei debitului catre cuvele de filtre
bull stratul filtrant peste care exista un strat de apa
bull drenaj cu rolul de a sustine stratul filtrant si de a transforma bulele mari in bule fine in procesul de spalare inversa
bull sistem de mentinere a nivelului apei in filtru (pentru filtrele cu functionare in sistem nivel constant si debit variabil)
bull statie de pompare apa de la spalare filtre si statie de suflante
bull instalatii hidraulice grupate in galeria tehnologica cu rolul de a asigura toate utilitatile necesare functionarii corecte a procesului (conducte si vane apa filtrata apa spalare aer spalare preaplin golire etc)
bull rezervor de apa filtrata amplasat de obicei sub toata statia sau in anumite cazuri numai sub galeria tehnologica
Procesul consta in doua etape
bull filtrarea apei parcurgand in sens descendent stratul de nisip si drenajul
bull spalarea filtrului in sens ascendent in doua faze distincte
o faza 1 (durata Ti=5-10 min)
o faza 2 - limpezire (durata Ti=10-15 min)
51
in ultimii 30-40 de ani in lume a existat o preocupare constants pentru perfectionarea procesului in sensul obtinerii performantei in calitatea apei filtrate (turbiditatea sa se incadreze in domeniulOl - 10 NTU)
Mecanismele de retinere in filtrele rapide se pot sintetiza ca in schema urmatoare
3101 Mediul filtrant
Calitatile materialului filtrant sunt urmatoarele
bull domeniul de granulozitate dg = 085 - 2 mm
bull coeficientul de neuniformitate u=d6odio lt 15
bull fractiunile inferioare diametrului 085 mm si superioare dmax 2 mm inferioare procentual la 10 in greutate
bull diametrul efectiv def = dio = 09-1 mm
bull sa realizeze un numar de goluri (porozitate) mare (pgt40)
bull forma granulelor apropiata de sfera pentru obtinerea unui grad de acoperire ridicat
bull continut de roci cuartoase recomandabil peste 95
bull sa aiba duritate (gt 7 in scara Mohs) pentru a nu se sfarama la spalare
Calitatea materialului filtrant influenteaza viteza de filtrare O serie de studii au indicat domeniul optim de granulozitate al nisipului de filtru conform figurii 328
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 52
3102 Calitatea influentului fn corelatie cu materialul filtrant
Pentru realizarea unei retineri eficiente a suspensiilor se impune ca in influentul filtrelor acestea sa fie floculate Aceasta se caracterizeaza prin coeficientul de coeziune al suspensiilor floculate (namol retinut) aceasta caracterizeaza capacitatea de rezistenta la forfecare si depinde de doza de floculant si natura (minerala sau organica a suspensiilor)
Procesul de optimizare a filtrarii rapide a apei ia in considerate principiul un filtru va functiona optim cand va produce cea mai mare cantitate de apa intre doua spalari succesive aceasta se va realiza cand timpul in care se atinge pierderea de sarcina limita este egal cu timpul in care se calitatea apei filtrate se inrautateste la limita maxim acceptabila (Ti = T2) sau penetrarea impuritatilor in interiorul masei filtrante se va efectua cu aceeasi viteza cu care creste pierderea de sarcina Expresiile celor doua perioade au fost determinate de cercetatorii Richard si Croce-Spinelli
Tx = a bull σ - 0 9 5 bull k-075bull def-045bull h0
n95bull v -185 (316)
T l = b bull σ-075 k - 0 7 5 bull dlef
1 5 Δhr05 bull vF
-065 (317)
In care Ti - perioada in care turbiditatea apei filtrate atinge valoarea limita (1 NTU)
T2 - perioada in care se atinge pierderea de sarcina limita (15 - 18 m)
a b - coeficienti empirici (experimentali)
hn - grosime strat nisip
Δhr- viteza de crestere a pierderii de sarcina
INSPECTIA SANITARA SI MOMTORIZAREA CALITATII APEI
VF - viteza de filtrare
k - coeficient de coeziune al namolului
a - depozitul specific (volumul de suspensii raportat la volumul de material filtrant)
Se constata ca fiecare filtru poate conduce la un ciclu optim functie de calitatea nisipului grosimea stratului calitatea flocularii suspensiilor din apa influenta si viteza de filtrare
3103 Variatia pierderii de sarcina
Urmarirea pierderii de sarcina este importanta pentru ca poate pune in evidenta functionarea filtrului Operarea optima a unui filtru se realizeaza prin urmarirea in timp a variatiei pierderii de sarcina si turbiditatii Masurile pentru realizarea acestui optim sunt
53
bull reducerea vitezei - cele mai performante filtre lucreaza cu viteze de filtrare variabile astfel incat colmatarea stratului sa se realizeze fara socuri
bull adaugarea unui polimer (doze 01 - 02 mgl) in influent pentru a mari rezistenta particulelor floculate
bull imbunatatirea calitatii nisipului
Presiune (m col H20)
Figura 329 Estimarea pierderii de sarcina Tn
stratul filtrant
3104 Spalarea filtrelor
Se realizeaza in contra curent de apa si aer comprimat Elementele tehnice care intervin esential in obtinerea performantelor spalarii sunt
bull calitate drenaj - din punct de vedere al uniformitatii debitelor de apa si aer
bull colectarea uniforma a apei de la spalare
bull metoda de spalare care sa asigure eliminarea totala a suspensiilor retinute in strat cu resurse minime
bull drenaj de mare rezistenta hidraulica (cu placi cu crepine)
Se bazeaza pe principiul introducerii unei rezistente hidraulice de 15 - 20 cm coloana de apa (reducerea brusca de sectiune la intrarea apei in tija crepinei) care asigura uniformizarea intensitatilor de spalare pe suprafata cuvei (abateri de plusmn 3-5) In figura 330 se prezinta schema drenajului cu placi cu crepine
Se pun conditii severe din punct de vedere constructiv pentru realizarea drenajului
bull asigurarea etansarii perfecte
bull asigurarea cotei exacte si unice pentru pozitia orificiilor de aer
bull rezistenta cosurilor crepinelor
bull asigurarea formarii unui nivel de separatie apa - aer uniform si constant pe toata suprafata cuvei
Cele mai performante filtre din punct de vedere al spalarii sunt filtrele cu baleiaj la spalare (figura 331)
INSPECTIA SANITARA SI MOMTORIZAREA CALITATII APEI
55
55
in perioada de spalare a filtrului nivelul in cuva se afla la cota NS jgheaburile J nu mai deverseaza si prin orificiile de la baza jgheaburilor se creeaza un curent de baleiaj (1-2 dm3sm2) cu apa decantata care impinge suspensiile spre jgheabul de colectare Se reduc astfel timpii de spalare (cu 50) si intensitatile si volumele de apa de spalare
Prin curgerea ascendenta a aerului masa de nisip vibreaza si peliculele de namol se desprind de granule Curentul ascendent de apa le antreneaza Spalarea numai cu aer induce vibrarea masei de nisip si depunerea namolului in zona inferioara a stratului De aceea este contraindicata spalarea numai cu aer in faza 1
In general echipamentele pentru asigurarea debitelor apa de spalare se adopta un utilaj (pompa) in faza 1 si inca o pompa de acelasi tip pentru faza a Il-a
3105 Asigurarea repartitiei uniforme a influentului
Pentru asigurarea repartitiei uniforme a apei decantate se utilizeaza diverse sisteme Cel mai performant este sistemul cu deversori neinecati conform cu schema din figura 332
3106 Sistemele hidraulice
Sistemele hidraulice asigura deservirea statiei de filtre atat in procesul de filtrare cat si in procesul de spalare Acestea se vor dimensiona conform vitezelor economice prezentate in tabelul urmator
3107 Reglajului debitului si nivelului de apa in cuva
Pentru filtrele care functioneaza cu nivel constant si debit variabil este foarte important ca nivelul apei in filtru se fie mentinut pseudo-constant Aceasta se asigura cu diverse sisteme de plutitori (regulator de nivel amonte) care comanda vana de pe conducta de apa filtrata sau cu sisteme electronice si hidraulice conform figurii 333
Figura 333 Sistem de reglare electronic al nivelului apei Tn filtru
Legends 1 Strat filtrant 2 Vana apa filtrata 3 Parghie comanda vana 4 Electrovana de comanda 5 Regulator electronic 6 Senzor de presiune pentru nivel filtru 7 Senzor de presiune sub planseu 8 Potentiometru 9 Indicator de
colmatare 10 Alimentare cu fluid de comanda
313 Afin area apei
Procesul de afmare a apei este constituit din combinatia intre procesul de post-oxidare cu ozon a apei filtrate urmat de adsorbtie pe carbune activ granular
3131 Post-oxidarea cu ozon
Ozonul (O3) se obtine din aer sau oxigen supus la descarcari electrice printr-un dielectric In figura 334 se prezinta un element dintr-un ozonor
figura 334 Element tubular de ozonor
1 - Intrare gaz vector (aeroxigen) 2 3 - Electrozi 4 - Dielectric 5 - Spatiu de descarcare electrica 6 - Gaz vector +
ozon 7 - Apa racire
Diferentele de potential la care se lucreaza sunt cuprinse intre 6000 - 18000 V functie de natura si grosimea dielectricului marimea spatiului de descarcare si presiunea absoluta de functionare
Concentratiile de ozon in gazul vector obisnuite sunt
bull 10-40gm - in cazul utilizarii aerului
bull 10-140 gm3 - in cazul utilizarii oxigenului
Pentru a realiza concentratii optime si stabilitatea procesului se cere punct de roua -60degC -80degC
Energia specifics pentru productia de ozon
bull 13-18 kWhkg O3 - produs din aer
bull 8-10 kWhkg O3 - produs din oxigen
Actiunea O3 asupra apelor de consum se poate sintetiza
bull imbunatatirea calitatilor organoleptice (gust miros culoare)
bull activitate bactericide si virulicida
bull oxidarea materiilor organice
bull oxidare micro-poluanti
bull imbunatatirea biodegradabilitatii in amonte de CAG
3132 Adsorbtie pe carbune activ granular (CAG)
Carbunele activ se poate obtine din carbuni minieri sau din coaja de nuca de cocos Majoritatea carbunilor minieri pot fi convertiti in carbune activ insa proprietatile carbunelui activ depind esential de calitatea initiala a carbunilor in special in ceea ce priveste duritatea acestora in acest sens se utilizeaza adesea coaja nucilor de cocos pentru fabricarea carbunelui activ
Exista o multitudine de procese de fabricare a carbunelui activ insa eel mai dezvoltat este piroliza urmata de activarea cu gaze de oxidare Piroliza (carbonizarea) presupune incalzirea materialului la temperaturi intre 600 si 900 degC in absenta aerului Pentru obtinerea unei porozitati ridicate se pot utiliza adaosuri de cloruri metalice (de exemplu ZnCl) Piroliza poate reprezenta unicul pas de activare in cazul in care se doreste obtinerea unui material cu 0 porozitate ridicata
A doua etapa este cea de oxidare care se realizeaza de obicei cu abur sau uneori cu aer Temperaturile sunt uzuale in gama de 600 - 900 degC Pe parcursul acestei etape se realizeaza 0 erodare a suprafetei interne a carbunelui si dezvoltarea unei retele extensive de micropori care cresc capacitatea de adsorbtie
58
Printre proprietatile principale ale carbunelui activ se enumera continutul de cenusa umiditatea densitatea marimea particulelor duritatea volumul si distributia dupa marime a porilor suprafata interna
31321 Continutul in cenusa
Continutul in cenusa este reprezentat de reziduul obtinut prin calcinarea la temperatura de 954 degC timp de 3 ore in aer Uzual continutul de cenusa variaza intre 3 si 10 Pentru reducerea cantitatii de cenusa se poate utiliza spalarea cu acid
31322 Umiditatea
Umiditatea se determina prin uscarea in cuptor timp de 3 ore a unei cantitati de 5 sau 10 g de carbune activ la temperatura 150 degC Se determina greutatea inainte si dupa uscare si racire in exicator Umiditatea in vrac a carbunelui activ este recomandabil sa fie limitata la maxim 5
31323 Densitatea
Sunt mai multe tipuri de densitati printre care se mentioneaza densitatea in vrac densitatea aparenta densitatea particulei si densitatea reala Densitatea in vrac sau densitatea aparenta reprezinta greutatea carbunelui activ uscat raportata la volumul pe care acesta il ocupa Aceasta se determina prin umplerea unui cilindru cu volumul de 100 ml cu carbune prin cadere libera dintr-o masina vibratoare si cantarirea volumului respectiv Valorile uzuale sunt in gama 05 - 06 gml pentru carbune activ fabricat din carbune minier respectiv 024 - 030 mg1 pentru carbune activ fabricat din lemn
Densitatea particulei reprezinta densitatea unei particule singulare Volumul pe care se bazeaza include volumul porilor precum si volumul materialului Densitatea particulei se determina in mod uzual cu mercur la presiunea atmosferica (mercurul umple spatiile goale din particula de carbune activ dar nu umple porii) Valorile uzuale sunt in gama 074 - 080 gml
Densitatea reala sau densitatea scheletului este cea determinate numai pe materialul (carbunele) propriu-zis Pentru determinarea acesteia se utilizeaza uzual o metoda de inlocuire cu heliu (heliul intra practic in toti porii materialului) Valorile uzuale sunt in gama 21 - 22 gml
31324 Marimea particulelor
Aceasta se determina prin cernerea a 100 sau 200 g de carbune printr-un sistem de site mecanice timp de 10 minute dupa care se cantaresc retinerile pe fiecare sita in parte Carbunele activ pudra se incadreaza de obicei in domeniul 005 mm - 15 mm
31325 Friabilitatea
Capacitatea carbunelui activ de a rezista la abraziune este unul dintre parametrii cei mai importanti Procedura de determinare a friabilitatii carbunelui activ presupune determinarea granulozitatii acestora inainte si dupa testul propriu-zis care consta in concasarea succesiva a carbunelui intr-un recipient alaturi de bile de otel inoxidabil Valorile uzuale ale indicelui de friabilitate sunt 65 - 80 (practic 70 - 75) ceea ce atesta faptul ca materialul este foarte usor friabil si este necesar atentie la procedura de spalare
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATIIAPEI 59
31326 Volumul si distributia dupa marime a porilor
Volumul porilor reprezinta volumul total al porilor din particula de carbune activ granular raportat la greutate Valorile uzuale sunt de ordinul 08 - 12 mlg pentru carbune activ fabricat din carbuni minieri respectiv 22-25 mlg pentru carbune activ fabricat din lemn Volumul total al porilor poate fi determinat printr-un test de adsorbtie cu azot desfasurate astfel incat azotul condensat sa intre in totalitate in porii carbunelui
Carbunele activ confine o structura complexa de pori de forme si marimi diferite Porii au de obicei o geometrie neregulata si sunt interconectati Dimensiunile porilor sunt uzual intre 10 A si 100000 A (001 cm) Distributia dupa marime a porilor depinde de tipul de material utilizat si de metoda si de durata procesului de activare
31327 Suprafata internaSuprafata interna a materialelor poroase in general se determinS cu ecuatia BET stabilita de
Brunauer Emmett si Teller Ecuatia descrie formarea de strate multiple de gaz condensat care apar atunci cand un gaz adsorbabil (de exemplu azotul) este in contact cu materialul poros Intr-un astfel de test se utilizeaza azot la temperatura de fierbere si presiunea atmosferica (-196 degC sau 77 K)
Ecuatia BET (expresia 318) a fost derivata presupunand urmatoarelebull rata de condensare a moleculelor din primul strat este egala cu rata de evaporare a
moleculelor din zonele acoperite cu un singur strat de moleculebull caldura de adsorbtie peste primul strat este constants si egala cu caldura de lichefiere
qqm=b(PPS)(1-PPs)(1-PPS+bPPS) ( 3 1 8 )
In care Ps - presiunea de vaporizare la saturatie la temperatura utilizata in test uzual 1 atm
q - cantitatea de substanta adsorbita la presiunea P
qm - cantitatea de substanta adsorbita numai cand se constata acoperirea totala a suprafetei cu un strat monomolecular
b - constanta determinata experimental
In figura 336 se prezinta o relatie tipica intre marimea porilor si suprafata totala Suprafata cumulativa este data de insumarea suprafetelor tuturor porilor cu un diametru dat sau mai mare Se remarca faptul ca marea majoritate a suprafetei este atribuita porilor de mici dimensiuni
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI60
3133 Teste uzuale de adsorbtie
In practica se utilizeaza o serie intreaga de teste pentru a determina capacitatea de adsorbtie pentru diferite tipuri de carbune activ Printre acestea se mentioneaza
- Indicele Iod reprezinta cantitatea de iod in miligrame pe gram adsorbit de un carbune activ la echilibru cu o solutie I2-KI cu concentratia 002 N indicele iod indica suprafata totala a porilor cu diametru de 10 A sau mai mare valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 800 - 1000 mgg
Indicele Melasa reprezinta un indicator al puterii de decolorare a carbunelui activ granular in contact cu 0 solutie de melasa la fierbere indicele melasa este in stricta legatura cu suprafata totala a porilor cu diametrul mai mare de 28 A valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 200 - 300
- Indicele Albastru de Metilen reprezinta cantitatea de albastru de metilen adsorbita de 1 g de carbune activ la echilibru in contact cu o solutie cu concentratia 1 mg1 de albastru de metilen Albastrul de metilen are greutatea moleculara 320 si indica suprafata totala a porilor cu diametrul de 15 A
- Activitatea tetraclorurii de carbon tetraclorura de carbon CC14 este un compus molecular mic si poate intra in toti porii In acest test un curent de aer este saturat cu CCI4 la 0 degC si este trecut printr-un strat de carbune activ mentinut la 25 degC pana cand nu se mai detecteaza nici o schimbare in greutate Activitatea este greutatea CCI4 adsorbita pe unitatea de greutate de carbune activ exprimata procentual Valorile uzuale ale acestui indicator sunt in gama 60 -80
- Indicele butan este similar activitatii tetraclorurii de carbon valoarea acestuia este exprimata grame de butan adsorbite pe 100 ml carbune activ valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 7 - 8 g 100 ml carbune activ
- Indicele FINAD stabilit de cercetatorul C Gomella si reprezinta un produs al mai multor indici F - fenol I - iod N - indol A - antipirina D - detergent
316 Deferizarea si demanganizarea apei
Fierul (Fe) si manganul (Mn) sunt elemente care se gasesc frecvent in mediul subteran si in apa apar in concentratii pana la 10 mg1 (Fe) si 2 mg1 (Mn) Prezenta fierului si manganului in apele potabile pot genera urmatoarele probleme
bull produce gust metalic dezagreabil
bull coloreaza tesaturile si echipamentele sanitare
bull formeaza precipitate in conducte care favorizeaza dezvoltarea bacteriilor feruginoase (Chrenothrix) acestea modifica regimul hidraulic calitatea apei distribute si favorizeaza fenomenele de coroziune
3161 Echilibrul fierului si manganului in apa
Fierul si manganul sunt prezente dizolvate in solutiile apoase sub forma Fe2+si Mn2+ Concentratia in oxigen a apelor subterane care contin Fe si Mn este nula Din namolurile situate in
2+ ~
zona anaeroba din hipolimnion se elibereaza ioni de Fe2+ si Mnz+ in apele lacurilor In numeroase ape naturale se remarca prezenta Fe3+ asociata cu substantele humice Stabilitatea fierului si manganului in apa depinde de numeroase variabile
bull pH-ul apei
bull concentratia diferitelor elemente chimice
bull potentialul de oxido-reducere (Eh) al solutiei
In figura 341 se prezinta diagrama de stabilitate a formelor fierului in solutie in aceasta diagrama o curba (linie) reprezinta locul geometric pentru care concentratia celor doua substante este aceeasi De exemplu linia 1 reprezinta solutia pentru care O2 si H2O au aceeasi valoare Aria cuprinsa intre curbele 1 si 2 reprezinta aria de stabilitate a compusilor de Fe Chimia manganului este asemanatoare cu cea a Fe Astfel la pH si Eh reduse Fe si Mn sunt stabile in forme bivalente
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
Apa captata prin crib poate fi aspirata de o pompa sau poate fi sifonata intr-un put colector cu rol de deznisipator si camera de aspiratie pentru pompe Vacuumul maxim pe conducta nu trebuie sa depaseasca 4-6 metri
Pentru sporirea sigurantei constructiei pot fi realizate mai multe criburi asezate in sah la 10-20 m in albie legate separat la pu|ul colector in cazul unor utilizatori importanti pot fi prevazute si criburi de rezerva Este esential ca toate criburile sa fie in stare de functionare altfel din cauza nisipului conductele de legatura si captarea se blocheaza Periodic conducta si cribul pot fi spalate prin aspirarea apei prin (n-1) criburi si refularea acesteia (sau a unei parti) prin cribul n care se spala Pentru aceasta instalatia hidraulica in putul colector trebuie gandita adecvat
Daca malul este inundabil si putul colector nu se poate departa pentru a iesi din zona inundabila vor fi luate masuri de indiguire a zonei sau de ridicare a putului la o cota cu minimum 050 m peste nivelul inundabil si aparare contra efectului dinamic al apei (accesul la put se va asigura pentru orice conditii)
A
In cazul in care nu se poate asigura adancimea pentru navigatie cu acordul beneficiarului zonei de navigatie se poate amplasa cribul mai sus luandu-se masuri corespunzatoare pentru marcarea pozitiei criburilor prin balize
242 Captari Tn mai
Captarea in mai se adopta in cazul unor debite importante cu o mare siguranta in functionare si cand situatia locala nu permite executarea de criburi
Captarea de mai are mai multe variante de constructii in functie de debitul captat si de destinatia apei captate Astfel pentru centre populate sau industrii unde debitul este totusi redus iar apa urmeaza sa suporte o tratare pentru corectarea calitatii pot fi prevazute captari cu cheson de mai Pentru debite mari de apa (mari unitati industriale centre populate mari irigatii CET-uri etc) se prevad captari in mai de tip bazin deschis
1
Figura 211 Captare cu cribLegenda 1 Put colector (cheson) 2 Crib din elemente prefabricate 3
Gratar 4 Saltea de fascine 5 Conducta de sifonare 6 Sistem de amorsare 7 Vacuum 8 Sorb 9 Conducta catre statia de pompare 10 Radier din beton armat
11 Cutitul chesonului 12 Strat depuneri
Captarea cu cheson este o constractie monolita care de obicei cuprinde si statia de pompare - echipata eel mai bine cu pompe cu ax vertical Schematic constructia unei captari de mai este prezentata in figura 212
B - B
c
Figura 212 Captare de mai cu cheson a-sectiune verticala 6-8 fo-detaliu sita c-sectiune orizontala
A - A
Legenda1 - camera de admisie si deznisipare a apei 2 - camera sitelor rotative 3 - camera cu rol de bazin de aspiratiepentru pompe 4 - camera uscata pentru pompe
INSPECTIA SANITARA SIMONITORIZAREA CALITATII APEI
Constructia este formata dintr-un cheson de dimensiuni mari asezat in malul raului astfel incat in fata ferestrelor de priza sa fie asigurat in permanent un nivel suficient de apa
Din cauza dimensiunilor si adancimii mari de fundare de obicei lansarea chesonului se face cu aer comprimat in partea de jos asigurandu-se o camera de lucru betonata ulterior Constructia este compartimentata vertical pe linii tehnologice dintre care una este intotdeauna de rezerva In interior se deosebesc patru camere (compartimente) cu urmatoarele roluri
1 Camera de admisie si deznisipare a apei (cu posibilitati de evacuare a nisipului depus)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
2
20
2 Camera sitelor rotative sitele rotative sunt formate din panouri de sita cu ochiuri relativ mici (1-3 mm) articulate si trecute peste doua tambururi - unui sus (motor) si altul jos (pasiv) apa trece prin panourile de sita sunt retinute pe sita impuritatile mari plutitorii in general si apoi panoul descarcat se ridica permanent ajungand deasupra nivelului apei in fata unui jet de spalare
3 Camera cu rol de bazin de aspiratie pentru pompele din camera 4
4 Camera uscata care adaposteste pompele treapta I (care trimit apa de la sursa la statia de tratare) In cazul in care nu se dispune de pompe cu ax vertical (care au motoarele montate pe platforma superioara) pot fi prevazute fi prevazute si pompe cu ax orizontal cu luarea unor masuri importante de pastrare uscata a camerelor
Cand sunt disponibile pompe cu ax vertical camerele 3 si 4 pot fi unificate In partea superioara a constructiei se prevad camera de comanda camera de manevra a vanelor si pompelor de epuisment camera motoarelor pompelor verticale si sala transformatoarelor (daca este cazul) Nivelul planseului se executa de obicei cu circa 07 m peste nivelul maxim al apelor raului cu asigurarea 1 In fata prizei se executa o pasarela de acces a personalului pentru curatarea gratarelor de la priza si indepartarea plutitorilor si ghetii Gratarele sunt rare cu distante intre bare de 3 - 10 cm
Admisia apei in priza se face prin doua serii de ferestre - o fereastra sub nivelul minim si o fereastra sub nivelul maxim Viteza de trecere a apei este de 02 - 03 ms iar nivelul de apa peste marginea de sus a ferestrei de minimum 050 m
La nivelurile mari in rau se lucreaza cu fereastra de sus pentru a evita antrenarea in priza a aluviunilor mari care sunt tarate de apa la partea de jos a albiei Pentru inchidere fiecare fereastra are in spate o stavila plana manevrabila de la suprafata In fata ferestrelor gratarele sunt rare din bare rotunde (teava) sau profile si se pot curata cu greble mecanice (la prizele mari) sau manual Gratarele trebuie sa fie executate cu atentie si iarna se pot inlocui cu gratare din lemn sau se pot lua masuri speciale pentru a se evita prinderea zaiului de barele metalice (bune conducatoare de caldura)
Zaiul este gheata in cristale fine care pluteste in masa de apa Pentru a evita blocarea cu gheata au fost imaginate mai multe sisteme toate fiind insa perfectabile Astfel la centralele termice sau industriale unde exista abur rezidual sau apa calda se transforms gratarul in radiator prin interiorul tevilor circuland agentul de incalzire sau se toarna apa calda inaintea gratarului astfel incat apa care trece prin gratar sa aiba 01 - 05degC In alte cazuri s-a transformat gratarul in rezistenta electrica legandu-1 la o sursa de tensiune convenabila (putere instalata de cca 10 kWhm2) consumul de energie este relativ mare iar pericolul de accidentare este ridicat S-a recurs si la imbracarea barelor gratarului in cauciuc ebonita sau mase plastice in scopul impiedicarii zaiului sa se prinda de bare In foarte multe cazuri insa se sparge gheata la priza cu unelte manuale atunci cand se constats ca nu mai intra apa suficienta operatiune foarte grea si riscanta In cazul in care apa raului contine in anumite perioade o cantitate mare de suspensii se poate aseza priza nu pe malul raului ci intr-un bazin executat pe malul raului iar apa raului parcurgandu-1 se produce deznisiparea
Foarte importante sunt forma sub care se amenajeaza intrarea apei din rau in bazin (existand riscul aparitiei depunerilor) si modul in care se reuseste sa se faca evacuarea depunerilor din bazin In literature de specialitate se citeaza si alte posibilitati de folosire a acestor bazine Uneori aceste bazine au fost executate sub forma de canale lungi cu priza la caparul eel mai departat Curatirea canalului se poate face prin dragare
Sunt situatii insa in care din motive locale debit mare si curgere gravitationala captarea poate fi mai simpla Captarea poate avea un singur compartiment pentru debite mici sau poate fi organizata pe linii pentru usurinta exploatarii Intrarea apei se face pe sub un timpan care evita socul plutitorilor cu gratarul si dirijarea acestora in aval Pentru punerea la uscat fiecare compartiment se prevede cu batardou demontabil Priza poate avea doua gratare in serie un gratar rar si un gratar des
O mare importanta o are directia de asezare a gratarului fata de directia circuitului de apa asezarea corecta este data de conditiile locale si uneori sunt necesare studii detaliate pe model in laborator Gratarul se poate aseza paralel cu curentul de apa putin oblic astfel incat apa sa atace gratarul sub unghiul eel mai favorabil sau frontal
243 Captari cu regularizarea albiei
Sunt situatii in care pe rau exista debitul de apa necesar pentru captare dar albia este atat de dezvoltata incat inaltimea apei nu permite derivarea debitului necesar In aceasta situatie este nevoie de inaltarea (cresterea) nivelului apei Una din solutii este de a ingusta albia prin lucrari artificiale de regularizare Intrucat asemenea lucrari de regularizare pot fi necesare si in alte cazuri (stabilirea albiei minore de exemplu) vor fi date cateva elemente generale urmand ca in caz de necesitate sa se apeleze la lucrari de specialitate Lucrdrile de regularizare se prevad si se executa cu respectarea urmatoarelor reguli generale
bull la ape mici curgerea sa fie cea dorita (stabila catre priza) iar la ape mari sa nu se produca inundatii in zonele vecine (sa nu se reduca din capacitatea de transport a albiei)
bull lucrarile sa se execute in etape pentru a se putea cunoaste reactiile la noile conditii si pentru a se putea cunoaste reactiile la noile conditii si pentru a se putea face corectari in etapele urmatoare
bull tipurile de lucrari sa se incadreze in peisaj
bull lucrarile sa nu stanjeasca circulatia apei pentru alte folosinte sau sa produca baltirea apei cu efecte de insalubritate
bull sa se prevada lucrari cu materialele din zona
bull sa fie folosita tendinta naturala de curgere a apei puterea si capacitatea colmatata a curentului
In figura 38 sunt schitate tipurile de lucrari mai des utilizate lucrari in albie (diguri de dirijare traverse de colmatare epiuri) si lucrari de aparare si consolidare a malurilor Elementele constructive tip sunt in general executate printr-o combinatie rationala de
bull combinatie de lemn cu piatra (casoaie suluri si saltele de fascine)
bull combinatie de piatra cu metal (gabioane)
bull anrocamente (piatra mare sparta)
bull beton beton armat sub forma de constructii masive sau elemente prefabricate
bull constructii vii formate din inierbare vegetatie mica (se ia in considerare capacitatea de transport a
albiei la ape mari)Apardrile de mai sunt lucrari de consolidare a malului raului impotriva efectului de eroziune al apei
la viteze mari Acestea pot fi lucrari foarte simple cum sunt taluzele inierbate cu unele elemente simple de fixare sau lucrari mai complicate ca taluz pavat cu elemente de beton zidarie de piatra rostuita sau nu
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
Figura 213 Lucrari de regularizare a albiei Tn zona prizeiLegends a - plan cu tipurile de lucrari b - tipuri de aparari de mai 1 - cu
casoaie 2 - cu dale din beton armat 3 - cu elemente mixte (zidarie de piatra secti Tnierbare) c - diguri epiuri executate din 1 - gabioane 2 - anrocamente
22
zidarie de sprijin din zidarie beton sau beton armat La constructive de mai trebuie tinut seama ca in afara de efectul de erodare si de afuiere a patului de sprijin actioneaza si impingerea malului
Digurile longitudinale sunt lucrari executate in albie care au rol de a dirija pe o portiune un spatiu relativ fix apa raului Se realizeaza din anrocamente cu marime suficienta pentru a nu fi antrenate de apa prefabricate de beton gabioane (piatra de rau balast inchis in casete de sarma zincata pentru a obtine o stabilitate generala mare - elemente simple ieftine si stabile atata timp cat sarma de la cos nu cedeaza sub efectul eroziunii si coroziunii) casoaie din lemn blocuri de beton legate elastic etc Capetele acestor diguri trebuie sa fie bine aparate eventual legate cu cate un epiu astfel incat curentul de apa sa nu patrunda in spatele digului Daca digurile sunt deversate vor fi luate masuri constructive contra afuieri sau spalarii patului cu efect imediat asupra stabilitatii constructiei
Epiurile sunt ca si digurile constructii permeabile rezistente la actiunea apei submersibile sau nu care dirijeaza apa raului pe un anumit spatiu si favorizeaza colmatarea treptatS a spatiului dintre ele Ca pozitie pot fi dirijate spre aval normal pe albie sau orientate spre amonte Se executa din aceleasi materiale ca si digurile Daca albia are un pat usor afuiabil inainte de executia digului propriu-zis se amenajeaza un pat elastic din saltele de fascine sau numai rulouri de fascine O atentie deosebitS se da capului epiului (partea terminals dinspre apa) care este elementul eel mai solicitat Totdeauna coada epiului trebuie bine incastrata in mai pentru a nu permite apei sa-1 ocoleasca
Traversele de colmatare sunt diguri scurte executate din umplutura de material local protejata cu anrocamente mari pe albia minora ce trebuie pSrSaitS sau pe bratele auxiliare care trebuie sa fie colmatate L ape mari spatiul dintre traverse se umple cu aluviuni si in timp traseul vechi al albiei minore dispare
Toate constructiile enumerate anterior si altele asemSnStoare imaginate de specialisti trebuie sa fie verificate si la efecte (in perioada de primavara nu trebuie sa se permita formarea de zSpoare -blocuri de gheata spartS aglomerata care favorizeaza inundatiile) Pe zonele de rau regularizate tipurile de constructii pentru captarea apei sunt similare cu cele pentru albia neregularizatS dar cu adancime suficientS a apei De altfel totdeauna cand se executa constructii legate de apa vor fi luate si masuri de stabilizare a albiei in zona afectata
244 Captari cu baraj de derivatie
In cazul in care pe rau nu se poate asigura nivelul minim necesar pentru captarea apei iar regularizarea albie nu este posibila sau rationala se recurge la executarea unei constructii pentru ridicarea artificials a acestuia dacS debitul captat este important iar fenomenele de iarnS nu pun probleme deosebite
Pentru a nu crea prejudicii pentru alti beneficiari constructia numita stdvilar sau baraj de derivatie trebuie sa asigure concomitent urmStoarele conditii
bull sa fie stabilS la actiunea dinamicS a apei
bull sa permita evacuarea debitelor mari fSrS a provoca inundatii sau deteriorarea altor constructii
bull sa permits evacuarea gheturilor de primSvarS
bull sa asigure navigatia plutaritul circulatia pestilor sau alte folosinte etc Forma
captSrii depinde de
bull marimea debitului captat raportul debit captat debit rau
bull variatia debitului raului si aluviunilor transportate
bull posibilitStile de executie
bull amplasamentul efectiv al prizei (natura albiei adancimea stratului impermeabil inSltimea malurilor etc)
In continuare sunt date cateva exemple de constructii caracteristice pentru asemenea prize
Captarea pentru debit mare realizabilS pe un rau mare pentru localitSti industrii irigatii energie etc Are alcStuirea generals din figura 214
Intre douS culei (o culee este o constractie de legSturS intre constructia dintre albie si mai) se executS elementul de barare a albiei adicS de ridicare a nivelului apei la cota minimS necesarS Aceasta poate fi un prag - baraj deversor dacS lungimea disponibilS si cota malului permit
evacuarea debitelor mari de rau sau baraj cu stavile mobile (stavilar) care se pot ridica sau culca (intr-un locas special prevazut) in radier lasand libera sectiunea pentru evacuarea apelor mari Sunt si cazuri in care din cauza deschiderii mari a albiei s-a adoptat o solutie mixta partial cu stavile partial cu baraj deversor sau uneori si cu baraj nedeversant
Pe malul opus captarii se executa daca este cazul ecluza pentru navigatie sau plutarit cu dimensiunile cerate de beneficiar si aproape totdeauna o scara de pesti pentru a asigura circulatia libera a pestilor intre cele doua biefuri (un bief este zona de rau aflata amonte sau aval de constructia considerate) Pe acelasi mai cu priza se gasesc doua deschideri de spalare prevazute cu vane plane care stau totdeauna partial deschise astfel incat debitul de apa care nu se capteaza sa nu deverseze peste baraj ci sa treaca pe sub aceste stavile
Se reaminteste ca in nici un caz nu este permisa captarea integrals a debitului raului in sectiunea respectiva o parte a debitului raului trebuie sa treaca in aval pentru mentinerea intr-o stare salubra a zonei (altfel devine depozit de gunoaie pe timp de ape scazute) asigurarea apei pentru vietuitoare si vegetatie Debitul ramas in albie este numit debit de servitute (Qs) Spalarea este necesara intracat prin ridicarea locala a nivelului apei s-a realizat in amonte o reducere locala a pantei energetice a curentului de apa Aceasta reducere conduce la micsorarea capacitatii de transport deci micul lac ce se creeaza in spatele barajului se umple repede cu aluviuni Umplerea se face si in dreptul gratarului fiind periclitata adancimea de intrare minima altfel spus se realizeaza ridicarea locala a fundului albiei Lasand libera circulatia apei langa gratar se produce continuu o spalare a depunerilor din cauza vitezei mari realizate sub stavilele de spalare
in unele cazuri prima pila a barajului a fost prelungita cu un pinten formand un fel de canal in fata prizei Apa circuland cu o viteza comparabila cu cea existenta in rau inainte de barare evita producerea de depuneri in fata prizei
Atat in dreptul stavilelor de spalare cat si al barajului deversor in aval se executa un disipator de energie al carui rol este de a reduce viteza apei la o limita care sa nu produca eroziuni spalari in aval de constractie spalari care ar putea periclita stabilitatea acesteia
Priza este o deschidere in culee protejata cu un gratar contra plutitorilor Pentru a evita antrenarea aluviunilor mari in priza aceasta se prevede cu un rag (grataral se aseaza deasupra fundului albiei la 05 - 10 m) Pentru a nu favoriza blocarea gratarului cu plutitori viteza de trecere este redusa 01 - 05 ms din care cauza priza are o forma de palnie Intrarea poate fi inchisa cu stavile Daca deschiderea totala este mare ea se poate reduce cu ajutorul unor pile intermediare Lungimea unei stavile nu va depasi 250 m altfel dispozitivele de ridicare a stavilelor devin greoaie In pile inaintea nisei stavilei se lasa profile U inglobate in beton cu deschiderea spre apa pentru a se putea lansa batardoul (umplutura din elemente grinzi de lemn sau metal) in scopul punerii la uscat a incintei pentru eventuale reparatii Deoarece dupa gratar viteza apei scade mult se produc depuneri care pot afecta circulatia pe canalul de legatura Spalarea lor se poate face cu o golire secundara - de spalare (vezi figura 214) Daca se inchide plecarea spre beneficiar (stavila V2) si se deschide stavila V3 se poate asigura o circulatie fortata cu 0 viteza cu 0 viteza mare (diferenta de nivel amonte-aval este mare) Daca debitul pe rau este suficient iar gratarele au o suprafata mai mare decat cea strict necesara se poate merge cu vana V3 partial deschisa - spalarea facandu-se continuu Pentru evitarea antrenarii plutitorilor mari si a ghetii in sloiuri la gratar se amenajeaza un perete de lemn scufundat partial (05 m) sau o linie de busteni legati articulat (care plutesc) Fenomenele de iarna sunt cele mai dificile la aceste prize
Captarea tiroleza este 0 captare cu gratar pe creasta (figura 215a) care se adopta in cazul in care debitul raului la ape mici este redus si nu poate asigura spalarea zonei din fata prizei iar debitul captat fiind mic captarea in mai se face greu (la aceasta constractie de captare se executa si o priza de iarna in cazul in care grataral ingheata) Captarea se aplica in zone de munte la rauri cu caracter torential pentru debite nu prea mari (sub lm3s) In unele situatii masivul de beton nu se vede din albie fiind alcatuit dintr-un prag de fund - cu gratar la nivelul fundului apei (grataral este inclinat aval pentru a evita blocarea cu aluviuni mari)
Captarea sub albie se adopta in situatia unor localitati de munte pentru care singura sansa de apa o constituie raul sau paraul care izvoraste de la cote inalte al carui debit scade foarte mult in perioadele de iarna si vara si in cazul care fenomenele de inghet dureaza timp indelungat In aceasta situatie 0 captare in albia raului va fi serios stanjenita iar exploatarea va pune probleme deosebite Pentru evitarea unora din aceste probleme au fost imaginate si executate captari sub fundul albiei intr-o zona in care albia este bine dezvoltata si are un pat de 2-3 m de aluviuni Constructia transversals dreneaza apa la unui din capetele sale unde pe malul raului dintr-un put este prelevata si transportata Aceasta captare se deosebeste insa de captarea subterana a apei infiltrate prin mai sau sub fundul albiei (cu drenuri radicale) deoarece apa captata are tot caracteristicile unei ape de suprafata dramul parcurs prin patul aluvionar fiind foarte scurt o asemenea apa are o turbiditate mai mica decat apa captata direct din rau
Schema unei captari sub albie numita uneori si caucaziana este data in figura 215b iar schema unei captari proiectata pentru extinderea provizorie a alimentarii cu apa a unei localitati din tara - la un debit de 10 dm3s in figura 215C
Din figura se observa ca in patul aluvionar al raului se executa o constractie permeabila care dreneaza apa ce se scurge prin subteran sau care se infiltreaza direct asupra constractiei In fata acestei constructii si deasupra ei se executa un blocaj din anrocamente care sa permita accesul mai bun al apei si totodata sa stabilizeze constructia contra efectului dinamic la ape mari (captarea lucreaza ca un prag de fund stabilizator)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 25
Captarea este relativ simpla usor de executat si cu rezultate bune in exploatare Trebuie insa data o atentie deosebita posibilei colmatari a zonei de acces la elementul drenant din cauza apei ce confine fibre de dimensiuni mici (celuloza si hartie) material ce se colmateaza etc
26 Captari din lacuri
Tara noastra nu dispune de lacuri naturale de volume importante care sa poata folosi drept sursa de apa Din aceasta cauza captarile vor fi analizate din punct de vedere al prelevarii apei din lacurile artificiale
In etapa actuala in tara noastra executarea de captari cu debite importante din majoritatea raurilor interioare nu se pot face fara o regularizare a debitului deoarece desi regimul precipitatiilor este relativ uniform (200-2000 mman) distributia in timp este foarte neuniforma Aceasta face ca in perioadele de primavara si toamna debitele sa fie foarte mari iar in perioada de vara si mai ales iarna debitele sa scada la valori extrem de mici cu totul insuficiente pentru alimentarea folosintelor Regularizarea debitelor se face prin lacuri de acumulare special create (bazine uriase cu volume de zeci de milioane-miliarde de metri cubi) care acumuleaza apa din rau in perioadele de viitura si permit folosirea acesteia la debitele dorite
Este insa evident ca un asemenea lac nu se poate crea decat printr-o constructie specials de blocare a albiei numita baraj constructie care prin amploare si efort de investitie pune probleme deosebite Din aceasta cauza executarea unor asemenea lucrari se face prin cooperare cu alti beneficiari lacul urmand sa aiba o folosinta complexa dupa cum urmeaza
bull va reduce viiturile si va permite protej area localitatilor si scoaterea unor suprafete de sub efectul inundatilor redandu-le circuitului agricol
bull volumul de apa acumulat confine o cantitate mare de energie hidraulica energie care poate fi transformata in cadrul centralelor hidroelectrice in energie electrica si data in circuitul energetic al tarii
bull o parte din volumul de apa acumulat poate fi preluat pentru irigarea unor importante suprafete de teren
bull parte din lac poate fi amenajat ca zona de agrement dezvoltand zona din punct de vedere turistic
bull se poate imbunatati regimul de curgere in aval cu efect si asupra calitatii apei
Din punct de vedere al alimentarii cu apa lacul are eel putin in prima perioada un efect favorabil apa prelevata fiind in general mai limpede si mai constants sub raport calitativ Aceasta presupune insa preluarea apei direct din lac (varianta I din figura 216) lucru care poate dezavantaja pe alti beneficiari (cei care se ocupa de producerea energiei de exemplu)
Pe de alta parte apa stationand mult timp in lac isi modifica calitatea iar prin descompunerea depunerilor si dezvoltarea unor microorganisme specifice apa poate sa capete gust neplacut (gustul este diferit de eel al apei de rau care este apa curgatoare) De aceea uneori apa este acumulata dar nu este captata din lac ci uzinata si lasata sa curga pe vechea albie pentru a se aera (varianta Il-a din figura 216) Solutia este
Figura 215 Captari speciale a - captare tiroleza b - captare cu galerie transversala pe fundul albiei c -
dren sub fundul albiei
favorabila in cazul in care utilizatorul de apa se afla la distanta mare Daca centrala functioneaza continuu atunci captarea se poate face in curent liber daca insa centrala (UHE) functioneaza in regim de varf (cum de obicei functioneaza asemenea centrale cateva ore in cursul zilei) atunci avalul inainte de priza trebuie prevazut un lac de compensare zilnica a debitelor lac care sa retina apa uzinata in regim neuniform si sa permita captarea unui debit relativ constant Cele doua variante aratate schematic in figura 216 trebuie comparate ca avantaje si dezavantaje
Priza de apa poate fi realizata in corpul barajului in aval de baraj sau in lac Elementele care conduc la stabilirea solutiei sunt
bull pozitia utilizatorului de apa fata de lac captare din lac daca acesta este amplasat amonte si departe de baraj in baraj sau aval pentru un consumator aval sau din alt bazin hidrografic
bull marimea lacului variatia nivelului apei in lac
bull existenta unei salbe de lacuri pe raul respectiv
bull utilizarea rationala complexa a apei acumulate (de regula la stabilirea amplasamentului lacului se statueaza si modul de folosire al apei)
bull tipul de baraj si simultaneitatea executiei barajului cu priza pentru folosinte de apa in general dupa executarea barajului priza poate fi numai in aval sau in lac
bull conditiile reale de teren trebuie tinut seama ca baraj ele cu lacuri mari de acumulare sunt situate in zona de deal - munte
bull conditiile rationale de tratare a apei obtinute din lac
261 Priza tn aval de baraj
Se poate executa oricand inainte si dupa executia barajului in forme si la debite adecvate Sunt posibile urmatoarele tipuri de captari
bull captari in curent liber de forma celor descrise anterior pe raul pe care debitul regularizat prin lac are valori mult mai mari
bull captari in baraj sau in lac in cazul in care lacul are ca principals folosinta alimentarea cu apa sau cand barajul este realizat pentru un lac de compensare a debitelor rezultate de la functionarea unor centrale hidroelectrice din amonte
bull captari in lac in cazul in care lacul compenseaza folosinta energetica iar beneficiarul este departe de baraj in amonte
262 Prize Tn corpul barajului
Sunt gandite si executate odata cu barajul astfel incat sa nu pericliteze siguranta in functionare a acestuia dar sa poata preleva apa de calitatea cea mai buna existenta la un moment dat in lac
In cele ce urmeaza sunt date exemple de captari de apa executate in baraj Daca barajul este din beton priza este de regula comuna cu barajul (figura 217)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 27
apa curgatoare Barajul care realizeaza lacul de compensare este din materiale locale cu un sistem de stavile pentru spalarea depunerilor de viitura (figura 219)
In figura 220 este schitata captarea dintr-un lac al carui baraj este executat din materiale locale cu miez de etansare din argila Captarea se executa total izolat de baraj (in malul natural sau in lac figura 221 - pentru a nu-i produce dificultati barajului prin exfiltrarea apei pe langa sistemul de transport al apei) si pentru ca priza sa nu aiba dificultati la tasari neuniforme ale barajului Apa captata din priza turn de la cote diferite functie de calitatea acesteia este evacuata prin conducte sau galerii amplasate in malul natural
Acest tip de captare poate fi aplicata si in alta pozitie in cuprinsul lacului pentru beneficiari riverani - amonte de baraj
Cand principala folosinta a lacului este de combatere a undei de viitura captarea poate avea o forma speciala (figura 222) Captarea este amplasata la o cota deasupra rezervei destinata acumularii depunerilor din lac si trebuie sa evite blocarea cu corpuri mari ce pot cadea prin apa intrucat nu este accesibila decat la ape mici - lac gol sau lac golit
263 Captari in lac
Se utilizeaza atunci cand in amplasament nivelul apei este asigurat intotdeauna deasupra unor valori limita Se pot practica o captare de tip turn (figura 221) cand debitul captat este important iar nivelul lacului relativ constant o captare plutitoare cand alimentarea cu apa este sezoniera sau conditiile de iarna nu sunt severe o captare de fund cand lacul este de adancime mare si cu un volum de apa important (figura 223a)
Captarea de fund este formata dintr-un sorb (pot fi prevazute mai multe asemenea constructii separate) asezat pe o confectie metalica stabila de tip tetrapod Se amplaseaza deasupra nivelului (apreciat) de colmatare si sub nivelul minim al apei din lac (acoperire mai mare pentru a o feri de plutitori) Zona captarii va fi balizata pentru a fi ferita de accesul plutitorilor si a putea fi usor reperata pentru control se marcheaza si zona de protectie daca este cazul Conducta de legatura (suficient de elastica daca are lungime mare) se lanseaza prin plutire si poate permite ridicarea prizei in caz de nevoie Captarea va fi amplasata la o asemenea adancime incat sa nu fie deplasata de valuri si totodata nu intr-o zona in care valurile pot pune in miscare depunerile de pe fund si deteriora calitatea apei Captarea este tipica pentru prelevarea apei din lacurile naturale (figura 223b)
Existenta lacurilor de acumulare ridicS probleme importante sub trei aspecte generale aspecte care pot influenta calitatea apei captate siguranta in functionare a prizei sau si a zonelor vecine
bull pentru lacurile mici problema cea mai importanta este legata de colmatarea cu aluviuni lipsa masurilor de protejare amenajare si stabilizare a solului in bazinul hidrografic conduce la antrenarea unei mari cantitati de sol (mai ales fertil) care blocheaza in scurt timp volumul lacului
bull pentru lacurile cu volum mediu (milioane de m3) problema cea mai importanta este eutrofizarea apei lacului
bull pentru lacurile mari (sute de milioane m3) problema importanta este imbdtrdnirea lacului (o eutrofizare lenta avand ca punct final obtinerea unei ape de calitate total deosebitS de aceea a raului din care pro vine)
Eutrofizarea lacurilor este o problema acuta a multor lacuri din zone de ses si colinare Cauza principals este aportul de substante fertilizante (fosfor carbon azot) Fosforul (adus in apa in special din apele uzate orSaenesti - neepurate adecvat) in cantitSti mici favorizeaza randamentul de functionare a fitoplanctonului care la randul lui favorizeazS fixarea azotului cu ajutorul bacteriilor Dezvoltarea fitoplanctonului favorizeazS dezvoltarea zooplanctonului si deci a populatiei de pesti
DacS fluxul energetic si aportul de substante este moderat atunci ciclul se incheie devine stabil si lacul isi pSatreaza calitatea de lac oligotrof (figura 224a) In cazul in care cantitatea de fosfor creste creste volumul de fitoplancton deoarece nu exista suficient azot si lantul se rupe Zooplanctonul si pesti mor substantia organicS creste bacteriile consumS oxigenul si lacul devine eutrof acoperindu-se cu vegetatie (care are rSdacinile in malul situat pe fundul lacului si frunzele la suprafata realizand fotosinteza figura 224b) Consumarea oxigenului de cStre substantele in descompunere si capacitatea redusa de aerare fac ca apa lacului sa aibS de regulS un continut mai redus de oxigen
Daca se reduce cantitatea de nutrient (in special fosforul) dupa un timp calitatea apei se imbunatateste neajungand insa la calitatea initials (se considers ca un continut Tn fosfor de 10-20 mgl este acceptabil)
Imbdtrdnirea lacurilor este fenomenul de modificare continuS a calitatii apei lacului ca urmare a noului echilibru ce se realizeazS intre aportul de substante si circulatia apei Apa care ajunge in lac este o apa cu continut ridicat de substante minerale si organice Acestea se depun se descompun intra in reactie formand substante noi cu continut de Fe N S C (H2S CH4) substante care modifies chimismul apei Pe baza aportului de substante si sub influenta luminii creste productia de masa organica (schema lacului oligotrof) Apare un fenomen nou de circulatie a apei in lac vara apa de la suprafata este calda deci mai usoarS toamna insa apa se rSceste devine mai rece decat apa de la fundul lacului (are cca 4degC sub 15 - 20 m temperature ramane relativ constants) deci devine mai grea (densitatea creste la scaderea temperaturii) si coboarS inlocuind apa mai calda de adancime apa care se ridicS (depunerile mai pot fi agitate si de valurile de la suprafata)
Pozitia captarii in lacurile adanci trebuie sa fie totdeauna in zona medie cu temperature relativ constants (6 - 12degC) si unde nu se simte direct influenta descompunerilor ce se produc la fundul lacului (sau tulbureala datS de depunerile rSacolite)
28 Procese de pre-tratare aplicarea de algicide
Algele sau cianobacteriile (algele verzi-albastre) din lacurile si acumularile de stocare pot crea probleme de gust si miros precum si aparitia unor substante ce provoaca imbolnaviri (toxine) Pentru controlul dezvoltarii algelor sau cianobacteriilor se pot folosi compusi care distrug algele (algicidele) Daca are loc un eveniment legat de utilizarea algicidelor (calitatea apei este afectata de utilizarea unui algicid) pot avea loc urmatoarele
bull daca se utilizeaza algicide in exces substanta chimica poate provoca imbolnaviri
bull daca volumul de alge sau cianobacterii este prea mare si nu poate fi controlat de algicid toxinele din alge cianobacterii pot provoca imbolnaviri
bull daca se utilizeaza ca algicid paiele de orz substantele din paie pot reactiona cu dezinfectantele si forma subproduse ce provoaca imbolnaviri
Aplicarea de algicide in sursa de apa poate prezenta riscuri pentru sanatatea si siguranta muncii operatorilor Acestea sunt recunoscute dar nu vor fi discutate deoarece astfel de riscuri fac obiectul legislatiei muncii si protectiei muncii Algele sau cianobacteriile din sursa de apa pot interfera cu functionarea statiei de tratare Un bun control al cresterii lor face sa se diminueze necesitatea pre-oxidarii Se reduce de asemenea cantitatea de dezinfectant ce se pierde in reactia cu algele sau cu substantele pe care acestea le elimina in apa
31 Alcatuirea statiilor de tratare a apei
Rolul statiei de tratare este de a corecta calitatea apei brute pana la atingerea cerintelor utilizatorului Exista o multitudine de procese de tratare care se utilizeaza in practica insa schema generala a unei statii de tratare (figura 31) cuprinde
bull trepte multiple de oxidare (pre-oxidare post-oxidare) cu scopul de a oxida compusi chimici dar si de a realiza bariere succesive in calea micro-organismelor
bull procese de limpezire a apei care constau in
o coagulare-floculare cu reactivi chimici in camere de reactie special amenajate
o decantarea apei pentru retinerea suspensiilor coagulate
o filtrarea pe strat de nisip pentru finalizarea procesului de limpezire
bull afinarea apei constituita din oxidare cu ozon urmata de adsorbtie pe carbune activ granular cu scopul indepartarii anumitor compusi chimici toxici
bull dezinfectia apei pentru indepartarea totala a virusurilor bacteriilor si altor micro-organisme din apa treapta obligatorie in Romania conform Legii privind Calitatea Apei Potabile nr 4582002
3
Pentru eliminarea duritatii se pot adopta scheme cu schimbatori de ioni sau cu reactivi chimici (var si soda) in functie de tipul duritatii (temporara sau permanenta)
Orice statie de tratare este deservita de anumite facilitati pentru intretinerea proprie Printre acestea se mentioneaza
bull statia de reactivi chimici cu rolul de a stoca prepara si doza reactivii necesari procesului de tratare (coagulanti floculanti agenti dezinfectanti corectie pH etc)
bull sisteme de spalare filtre rapide constituite din statii de pompe si de suflante
bull laborator pentru a determina corectitudinea procesului de tratare dar si calitatea apei produse
bull alte facilitati printre care se mentioneaza sisteme de recuperare a apei de la spalare filtre si a namolului din decantoare
311 Exemple de statii de tratare
O schema de tratare cu filtrare directa este prezentata in figura 32 Uzina de apa a orasului Los Angeles - SUA (Los Angeles Aqueduct Filtration Plant) are o capacitate instalata de 185 m3s filiera tratare fiind prezentata in cele ce urmeaza
bull pre-oxidare cu ozon 4 generatoare care produc 3780 kg CVzi (doza medie ozon 15 mgdm3) 4 bazine de contact (timp de contact minim 49 min)
bull coagulare (amestec rapid) 8 camere de reactie echipate cu agitatoare dinamice timp minim de amestec 086 s pentru doua camere inseriate Reactivi utilizati clorura ferica sulfat de aluminiu polimeri anionici si neionici soda caustica clor
bull floculare 36 camere de reactie lenta timp minim de reactie lenta 8 min pentru 3 bazine inseriate
bull filtrare 24 unitati (aria unei unitati A=160 m2) strat de antracit cu inaltimea de 24 m viteza de filtrare 175 mh care asigura un timp de contact de 10 minute
bull dezinfectie finala cu clor (doza maxima clor 56 mgdm3)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 3
Un alt exemplu de schema de tratare care nu cuprinde treapta de decantare este uzina de apa Ivry (Franta) modernizata in 1987 (debit instalat Q = 300000 m3zi) Dupa modernizare uzina cuprinde urmatoarele procese (figura 33)
bull pre-oxidare cu ozon doza uzuala 10 mg CVdm3
bull coagulare (amestec rapid) cu clorura ferica (5 - 10 mgdm3) si polimer anionic (0025 -005 mgdm3)
bull pre-filtrare faza I - (coagulare pe masa de contact) 18 unitati de 815 m2 strat biolit 10 m viteza de filtrare maxima 10 mh
bull floculare cu clorura ferica (2-6 mg Fe3+dm3) si polimer (005 - 10 mgdm3)
bull pre-filtrare faza II - nisip 22 unitati de 81 m viteza de filtrare 9 mh
bull filtrare lenta 30 cuve (23000 m2) viteza maxima de filtrare 13 mzi inaltime strat 07 m
bull post-ozonare timp de contact 4 minute doza uzuala 04 - 06 mg CVdm3
bull filtrare pe CAG inaltime strat 10 m viteza de filtrare 10 mh
bull dezinfectare finala cu hipoclorit de sodiu
In figura 34 este prezentata o schema tehnologica a unei uzine de apa aplicata in cateva mari uzine de tratare (Qgt2000 m3h) ce preiau apa bruta direct din fluviul Ruhr Schema asigura o eliminare optima a microorganismelor Concentratia de Cryptosporidium in apa raului Ruhr variaza de la 0 la 5 unit(100 dm3) iar concentratia chisturilor Giardia de la 8 la 250 unitdm3 Nu au fost detectate aceste organisme in treptele premergatoare dezinfectarii Se remarca prezenta treptelor de filtrare incepand cu filtrarea mecanica pe microsite in capatul amonte al filierei de tratare si continuand cu un pachet de trei trepte de filtrare (dublu strat carbune activ granular si filtre lente) care asigura o eficienta foarte mare din punct de vedere microbiologic
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 3
Figura 34 Filiera tehnologica uzina de apa Mulheim an der Ruhr
(Germania)
Un exemplu de schema tehnologica combinata (Q=32 m3s) este prezentata in figura 35 Apa bruta (fluviul Elba) este puternic incarcata in poluanti Filtrarea primara (bazine de infiltratie) reduce de cateva ori incarcarea microbiologica iar in cazul folosirii treptelor de floculare sedimentare si filtrare reducerea incarcarii microbiologice este de circa 9999
Prin curgerea in stratul subteran se obtine o apa ce se incadreaza in normele privind calitatea apei potabile Dezinfectia finala este aplicata pentru a preveni cresterea masei bacteriene in sistemele de distributie Uzina este prevazuta a fi modernizata cu treapta de oxidare cu ozon si filtre multistrat
In Elvetia sunt intalnite in principal scheme complexe de tratare avand la baza procese biologice (figura 36) Treptele de tratare clasice (pre-oxidare cu ozon coagulare-floculare filtrare rapida) sunt urmate de corectia pH-ului si postozonare in fmalul filierei de tratare se prevad reactoare biologice inseriate (filtre CAG activate biologic urmate de filtre lente) Se urmareste in principal reducerea indicatorilor biologici si bacteriologici prin reducerea concentratiilor de carbon organic asimilabil (AOC lt 10 ug Cdm ) Se remarca absenta dezinfectarii finale Se obtine o apa biostabila introducerea acesteia intr-o retea de distributie nu necesita prezenta unui dezinfectant rezidual Se asigura in acest mod o siguranta ridicata la consumator in ceea ce priveste potentialul de formare al trihalometanilor
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 3
33 Procese de oxidare
Procesele de oxidare pot fi intalnite in toate statiile de tratare in doua sectiuni caracteristice ale schemei
bull pre-oxidare in capatul amonte al filierei pentru oxidarea substantei organice plancton inactivare microorganisme obiectul principal este asigurarea functionarii optime a proceselor de tratare si evitarea contaminarii acesteia
bull post-oxidarea amplasat dupa procesele de tratare conventionale (decantare si filtrare rapida pe strat de nisip) urmareste oxidarea totala a micro poluantilor reducerea materiilor organice naturale si inactivarea totala in ape limpezi a compusilor biologici si bacteriologici
331 Pre-oxidare
In mod obisnuit se utilizeaza urmatorii agenti oxidanti clor ozon dioxid de clor 3311 Clorul(Ch)
Clorul se utilizeaza in mod uzual cu doze cuprinse in domeniul 1 - 3 mgl cu timp de contact minim Tc=30 minute in anumite situatii (inflorire algala sau poluare accidentala) dozele pot fi mai mari dar se urmareste evitarea formarii sub-produsilor organo-clorurati (de exemplu trihalometani THM) prin efectuarea de incercari pe apa sursei pentru a se stabili potentialul de formare
Clorul este adoptat frecvent datorita costurilor reduse implicate Reactia clorului trebuie urmarita cu atentie luand in consideratie agentii reducatori (H2S Mn2+ Fe3+) si materiile organice naturale in diagrama din figura 37 se poate urmari procesul de reactie al clorului in apa (clorare la breakpoint) Punctul critic se atinge daca raportul masic intre clor si amoniac variaza intre 81 -101 (teoretic 761)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 40
3312 Ozonul(03)
Ozonul este un gaz violet instabil care degaja un miros iritant caracteristic
Se produce prin descarcari electrice la diferente de potential ridicate intre doi electrozi intre care curge aer sau oxigen pur Eficienta productiei depinde de diferenta de potential frecventa caracteristicile materialului dielectric si spatiul care separa dielectricele Progresele tehnologice din ultimii 20-30 ani au condus la reducerea consumului de energie la 10 - 12 kWh 1 kg O3
Dozele uzuale de ozon sunt in gama 1 - 3 mgCVdm3 iar timpul de contact uzual este Tc=10 minute Se tinde spre adoptarea solutiei cu doua reactoare in serie ca in figura 38 Adancimea apei in reactoare poate atinge 6-75 m
Conceptual reactoarele de ozon functioneaza pe baza interceptarii curentului de apa descendent de catre voalul de bule mici de ozon in miscare ascendents
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
0
4
3313 Dioxidul de clor (CIO2)
Se poate obtine din clorit de sodiu si clor conform reactiei
2NaC102 + Cl2rarr2C102 + 2NaCl (31)
Stoechiometric 1 g dioxid de clor se obtine din 134 g clorita de sodiu si 05 g de clor
Este instabil si exploziv la temperaturi T gt (-40degC) Se produce imediat inainte de injectia in apa La 20degC si presiune partiala de 53 kPa solubilitatea este 4 gdm3
Avantajele utilizarii CIO2 sunt
bull nu formeaza sub-produsi de tip trihalometani (THM)
bull are putere oxidanta mai buna oxideaza fenoli si este foarte eficace la pH peste 85
Dozele utilizate frecvent 01 - 05 mgl timpul de contact fiind Tc = 10 min Se mentioneaza ca pentru doze mai mare de 05 mgl exista riscul formarii de sub-produsi de tip clorati
Reactoarele de pre-oxidare utilizeaza agitatoare mecanice (rezistente la coroziune) care asigura amestecul mecanic cu randamente ridicate intre apa de tratat si solutia de CIO2
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 4
332 Post-oxidare
In filierele de tratare se dezvolta din ce in ce mai mult conceptul de post-oxidare cu ozon pe apa limpezita dupa filtrele rapide de nisip pentru ca eficienta transferului creste se reduc dozele de ozon si oxidarea micro-poluantilor devine mai eficienta
incadrarea procesului de post-oxidare in schema statiei de tratare se realizeaza totdeauna ca infigura 310 n
Dozele de 03 in post-oxidare nu depasesc 2 mgl Principiile reactoarelor de ozon sunt identice cu cele utilizate in pre-oxidare
Post-oxidarea cu ozon combinata cu adsorbtia pe CAG este procesul (denumit afinare) capabil sa asigure
- eliminare totala compusi biologici microbiologici si micropoluanti
- reducere materiilor organice naturale astfel incat TOC lt 25 g Cl
- eliminare pesticide
333 Alegerea oxidantului
Alegerea oxidantului se bazeaza pe analiza calitatii apei caracterizarea marimii poluarii care poate apare (continut materii organice naturale carbon organic total numar de microorganisme perioade duraf deg ce aparitie)
Alegerea agentului oxidant are la baza costuri si implicatii in filiera tehnologica
Tabelul 35 Caracteristici principale Tn alegerea oxidantilor Nr crt
Oxidant Avantaje Dezavantaje
1 Clor-Cl2 - costuri reduse- cunoastere operare- este remanent (rezidual) in reteaua de
distributie
formeaza THM - necesita timpi de contact mari
2 Dioxid de clor - C102 - capacitate de oxidare mai ridicata in raport cu Cl2
- nu formeaza THM- este remanent (rezidual) in reteaua de
distributie
- necesita preparare si dozare instantanee- la doze prea mari poate forma cloraticosturi mai mari in raport cu Cl2
3 Ozon - 03 - cea mai mare capacitate de oxidare- nu formeaza THM
- necesita preparare si dozare instantaneeconsumuri energetice mari- poate forma subprodusi de tip bromaji sau
aldehide- nu este remanent (rezidual) in reteaua de
distributie
4
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 4
Figura 311 Fortele
ce actioneaza asupra
particulelor aflate Tn
apa
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
3511 Deznisipatoare
Sunt destinate sa retina particulele de tip nisip pentru protectia utilajelor din schema statiei de tratare Schema unui deznisipator orizontal este data in figura 313
Figura 313 Deznisipator orizontal longitudinal
1 Gratar 2 Bare de linistire 3 Nisa pentru reparatii Tn caz de avarie 4 Stavilar de intrare 5 Vane de golire 6 Stavilarde iesire 7 Galerie de golire
In zona de intrare a apei in deznisipator se monteaza un gratar rar pentru impiedicarea accesului corpurilor mari in interiorul bazinului Pentru linistirea curentului se monteaza bare verticale de linistire Peretii laterali ai deznisipatorului se executa cu evazare catre exterior pentru a permite preluarea impingerilor survenite din podul de gheata care se formeaza pe timp de iarna la suprafata bazinului Panta radierului bazinului trebuie sa permita evacuarea depunerilor in zona din aval a bazinului Evacuarea depunerilor se poate realiza cu mai multe sisteme
bull prin hidro-mecanizare cu scoaterea din functiune a unui compartiment
bull prin golirea totala a compartimentului (numai pentru debite foarte reduse)
bull cu electro-pompe speciale purtate de o grinda rulanta
3512 Decantoare statice
Sunt destinate surselor cu variatii mari de turbiditate la care 50 - 60 din suspensii sunt de natura minerala (gravimetrice) in figura 314 se prezinta schema unui decantor orizontal longitudinal Elementele principale ale bazinului sunt
bull zona de intrare in care se gaseste un perete de linistire a curentului in partea superioara respectiv canalul de evacuare a depunerilor in partea inferioara
bull decantorul propriu-zis cu radier cu panta catre basa de evacuare a namolului amplasata in zona incipienta a bazinului
bull zona de evacuare a apei decantate care este bordata de un gratar cu rolul impiedicarii accesului plutitorilor
Curatirea decantoarelor orizontale se realizeaza
bull Intermitent prin golire si evacuare depuneri hidraulic sau mecanic
bull Continuu cu ajutorul podurilor racloare care strang depunerile in base special amenajate
Dificultatile in operarea decantoarelor statice se pot sintetiza
bull sunt influentate de factori atmosferici vant gheata insorire
bull miscarea este turbulenta ca structura si particule fine pot fi repuse in stare de suspensie
bull echilibrarea fluxului hidraulic se realizeaza cu dificultate
bull eficienta retinerii nu depaseste 10-15 NTU la apa decantata
37 Filtrarea apei - generalitati
Filtrarea este procesul de limpezire finala a apei (stadiul II) la curgerea printr-un mediu poros de obicei format din nisip cuartos Procesul simuleaza infiltratia apelor superficiale in mediile poroase din subsolul pamantului Procesul este cunoscut si aplicat de mult timp (primul brevet s-a emis in 1830)
Schema generala (figura 323) indica filtrul ca fiind format dintr-un bazin (cuva) in care apa curge in sens descendent traverseaza mediul poros sustinut de un drenaj si ajunge intr-un rezervor de apa filtrata amplasat sub drenaj Sistemul este dotat cu toate instalatiile de introducere -prelevare apa preaplin si golire
Parametrii fundamentali ai procesului de filtrare sunt
bull viteza de filtrare definita (ca viteza aparenta) cu relatia urmatoare
vF = Q A [ m h ] [mzi] (313)
In care
Q - debitul de apa filtrata
A - suprafata orizontala a stratului filtrant in
functie de viteza de filtrare se pot clasifica in
o filtre lente (biologice) - VF = 01 - 025 [mh]
o filtre rapide - vF = 4 - 10 [mh|
o filtre ultra-rapide
bull mediul filtrant - in general nisip cuartos care sa realizeze prin uniformitatea granulelor un volum de goluri in care sa se acumuleze suspensia retinuta din apa caracteristicile sunt diferite pe tipuri de filtre
bull pierderea de sarcina (hr) exprimata ca diferenta intre nivelul apei in cuva filtrului si nivelul apei in rezervorul de apa filtrata este data de colmatarea stratului si este variabila in timp
49
38 Filtre lente
Se bazeaza pe formarea unei membrane biologice constituita din colonii de bacterii aerobe -amplasata la suprafata stratului de nisip (pe primii 2-3 cm) Elementul fundamental este dezvoltarea membranei (in 1 - 3 zile) functie de caracteristicile apei Dupa o perioada (30 - 50 zile) membrana se colmateaza si incepe sa se rupa degradand calitatea apei Aceasta se razuieste (se curata) manual sau mecanic si procesul este reluat In figura 52 se indica schema unui filtru lent
Dispoizitiv de curatat_____________________________membrana biologtca
Figura 325 indica tipurile de organisme care pot fi intalnite pe o adancime de 30 cm in nisipul filtrului lent
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
Nisipul din filtrul lent trebuie sa aiba urmatorii parametri
bull granulozitatea in domeniul dg = 035 - 050 mm
bull coeficientul de neuniformitate ult 15
(314)
In care d6o - diametral ochiurilor sitei prin care trece 60 din materialul cernut
d1o - diametral ochiurilor sitei prin care trece 10 din materialul cernut
01
50
bull inaltimea stratului de nisip H=90-100 cm cand grosimea stratului de nisip ajunge dupa curatiri succesive la 70 - 80 cm este necesara completarea la inaltimea initiala
Solutia filtrelor lente se prevede la debite relativ mici (max 10000 m zi) si surse de apa in general curate (lipsite de alge culoare poluanti toxici) Se pot obtine rezultate performante la ape necoagulate Operarea sistemelor de filtre lente este simpla Procesul de filtrare lenta este asimilat cu procese fizice si biologice Acestea din urma necesita o atentie si urmarire continua in etapele de operare a filtrelor in special referitor la starea coloniilor de bacterii aerobe din membrana biologica
310Filtre rapide
In figura 326 se prezinta schema unui filtru rapid Acesta este constituit din urmatoarele elemente componente
bull sistem admisie apa in cuva - are rolul echirepartitiei debitului catre cuvele de filtre
bull stratul filtrant peste care exista un strat de apa
bull drenaj cu rolul de a sustine stratul filtrant si de a transforma bulele mari in bule fine in procesul de spalare inversa
bull sistem de mentinere a nivelului apei in filtru (pentru filtrele cu functionare in sistem nivel constant si debit variabil)
bull statie de pompare apa de la spalare filtre si statie de suflante
bull instalatii hidraulice grupate in galeria tehnologica cu rolul de a asigura toate utilitatile necesare functionarii corecte a procesului (conducte si vane apa filtrata apa spalare aer spalare preaplin golire etc)
bull rezervor de apa filtrata amplasat de obicei sub toata statia sau in anumite cazuri numai sub galeria tehnologica
Procesul consta in doua etape
bull filtrarea apei parcurgand in sens descendent stratul de nisip si drenajul
bull spalarea filtrului in sens ascendent in doua faze distincte
o faza 1 (durata Ti=5-10 min)
o faza 2 - limpezire (durata Ti=10-15 min)
51
in ultimii 30-40 de ani in lume a existat o preocupare constants pentru perfectionarea procesului in sensul obtinerii performantei in calitatea apei filtrate (turbiditatea sa se incadreze in domeniulOl - 10 NTU)
Mecanismele de retinere in filtrele rapide se pot sintetiza ca in schema urmatoare
3101 Mediul filtrant
Calitatile materialului filtrant sunt urmatoarele
bull domeniul de granulozitate dg = 085 - 2 mm
bull coeficientul de neuniformitate u=d6odio lt 15
bull fractiunile inferioare diametrului 085 mm si superioare dmax 2 mm inferioare procentual la 10 in greutate
bull diametrul efectiv def = dio = 09-1 mm
bull sa realizeze un numar de goluri (porozitate) mare (pgt40)
bull forma granulelor apropiata de sfera pentru obtinerea unui grad de acoperire ridicat
bull continut de roci cuartoase recomandabil peste 95
bull sa aiba duritate (gt 7 in scara Mohs) pentru a nu se sfarama la spalare
Calitatea materialului filtrant influenteaza viteza de filtrare O serie de studii au indicat domeniul optim de granulozitate al nisipului de filtru conform figurii 328
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 52
3102 Calitatea influentului fn corelatie cu materialul filtrant
Pentru realizarea unei retineri eficiente a suspensiilor se impune ca in influentul filtrelor acestea sa fie floculate Aceasta se caracterizeaza prin coeficientul de coeziune al suspensiilor floculate (namol retinut) aceasta caracterizeaza capacitatea de rezistenta la forfecare si depinde de doza de floculant si natura (minerala sau organica a suspensiilor)
Procesul de optimizare a filtrarii rapide a apei ia in considerate principiul un filtru va functiona optim cand va produce cea mai mare cantitate de apa intre doua spalari succesive aceasta se va realiza cand timpul in care se atinge pierderea de sarcina limita este egal cu timpul in care se calitatea apei filtrate se inrautateste la limita maxim acceptabila (Ti = T2) sau penetrarea impuritatilor in interiorul masei filtrante se va efectua cu aceeasi viteza cu care creste pierderea de sarcina Expresiile celor doua perioade au fost determinate de cercetatorii Richard si Croce-Spinelli
Tx = a bull σ - 0 9 5 bull k-075bull def-045bull h0
n95bull v -185 (316)
T l = b bull σ-075 k - 0 7 5 bull dlef
1 5 Δhr05 bull vF
-065 (317)
In care Ti - perioada in care turbiditatea apei filtrate atinge valoarea limita (1 NTU)
T2 - perioada in care se atinge pierderea de sarcina limita (15 - 18 m)
a b - coeficienti empirici (experimentali)
hn - grosime strat nisip
Δhr- viteza de crestere a pierderii de sarcina
INSPECTIA SANITARA SI MOMTORIZAREA CALITATII APEI
VF - viteza de filtrare
k - coeficient de coeziune al namolului
a - depozitul specific (volumul de suspensii raportat la volumul de material filtrant)
Se constata ca fiecare filtru poate conduce la un ciclu optim functie de calitatea nisipului grosimea stratului calitatea flocularii suspensiilor din apa influenta si viteza de filtrare
3103 Variatia pierderii de sarcina
Urmarirea pierderii de sarcina este importanta pentru ca poate pune in evidenta functionarea filtrului Operarea optima a unui filtru se realizeaza prin urmarirea in timp a variatiei pierderii de sarcina si turbiditatii Masurile pentru realizarea acestui optim sunt
53
bull reducerea vitezei - cele mai performante filtre lucreaza cu viteze de filtrare variabile astfel incat colmatarea stratului sa se realizeze fara socuri
bull adaugarea unui polimer (doze 01 - 02 mgl) in influent pentru a mari rezistenta particulelor floculate
bull imbunatatirea calitatii nisipului
Presiune (m col H20)
Figura 329 Estimarea pierderii de sarcina Tn
stratul filtrant
3104 Spalarea filtrelor
Se realizeaza in contra curent de apa si aer comprimat Elementele tehnice care intervin esential in obtinerea performantelor spalarii sunt
bull calitate drenaj - din punct de vedere al uniformitatii debitelor de apa si aer
bull colectarea uniforma a apei de la spalare
bull metoda de spalare care sa asigure eliminarea totala a suspensiilor retinute in strat cu resurse minime
bull drenaj de mare rezistenta hidraulica (cu placi cu crepine)
Se bazeaza pe principiul introducerii unei rezistente hidraulice de 15 - 20 cm coloana de apa (reducerea brusca de sectiune la intrarea apei in tija crepinei) care asigura uniformizarea intensitatilor de spalare pe suprafata cuvei (abateri de plusmn 3-5) In figura 330 se prezinta schema drenajului cu placi cu crepine
Se pun conditii severe din punct de vedere constructiv pentru realizarea drenajului
bull asigurarea etansarii perfecte
bull asigurarea cotei exacte si unice pentru pozitia orificiilor de aer
bull rezistenta cosurilor crepinelor
bull asigurarea formarii unui nivel de separatie apa - aer uniform si constant pe toata suprafata cuvei
Cele mai performante filtre din punct de vedere al spalarii sunt filtrele cu baleiaj la spalare (figura 331)
INSPECTIA SANITARA SI MOMTORIZAREA CALITATII APEI
55
55
in perioada de spalare a filtrului nivelul in cuva se afla la cota NS jgheaburile J nu mai deverseaza si prin orificiile de la baza jgheaburilor se creeaza un curent de baleiaj (1-2 dm3sm2) cu apa decantata care impinge suspensiile spre jgheabul de colectare Se reduc astfel timpii de spalare (cu 50) si intensitatile si volumele de apa de spalare
Prin curgerea ascendenta a aerului masa de nisip vibreaza si peliculele de namol se desprind de granule Curentul ascendent de apa le antreneaza Spalarea numai cu aer induce vibrarea masei de nisip si depunerea namolului in zona inferioara a stratului De aceea este contraindicata spalarea numai cu aer in faza 1
In general echipamentele pentru asigurarea debitelor apa de spalare se adopta un utilaj (pompa) in faza 1 si inca o pompa de acelasi tip pentru faza a Il-a
3105 Asigurarea repartitiei uniforme a influentului
Pentru asigurarea repartitiei uniforme a apei decantate se utilizeaza diverse sisteme Cel mai performant este sistemul cu deversori neinecati conform cu schema din figura 332
3106 Sistemele hidraulice
Sistemele hidraulice asigura deservirea statiei de filtre atat in procesul de filtrare cat si in procesul de spalare Acestea se vor dimensiona conform vitezelor economice prezentate in tabelul urmator
3107 Reglajului debitului si nivelului de apa in cuva
Pentru filtrele care functioneaza cu nivel constant si debit variabil este foarte important ca nivelul apei in filtru se fie mentinut pseudo-constant Aceasta se asigura cu diverse sisteme de plutitori (regulator de nivel amonte) care comanda vana de pe conducta de apa filtrata sau cu sisteme electronice si hidraulice conform figurii 333
Figura 333 Sistem de reglare electronic al nivelului apei Tn filtru
Legends 1 Strat filtrant 2 Vana apa filtrata 3 Parghie comanda vana 4 Electrovana de comanda 5 Regulator electronic 6 Senzor de presiune pentru nivel filtru 7 Senzor de presiune sub planseu 8 Potentiometru 9 Indicator de
colmatare 10 Alimentare cu fluid de comanda
313 Afin area apei
Procesul de afmare a apei este constituit din combinatia intre procesul de post-oxidare cu ozon a apei filtrate urmat de adsorbtie pe carbune activ granular
3131 Post-oxidarea cu ozon
Ozonul (O3) se obtine din aer sau oxigen supus la descarcari electrice printr-un dielectric In figura 334 se prezinta un element dintr-un ozonor
figura 334 Element tubular de ozonor
1 - Intrare gaz vector (aeroxigen) 2 3 - Electrozi 4 - Dielectric 5 - Spatiu de descarcare electrica 6 - Gaz vector +
ozon 7 - Apa racire
Diferentele de potential la care se lucreaza sunt cuprinse intre 6000 - 18000 V functie de natura si grosimea dielectricului marimea spatiului de descarcare si presiunea absoluta de functionare
Concentratiile de ozon in gazul vector obisnuite sunt
bull 10-40gm - in cazul utilizarii aerului
bull 10-140 gm3 - in cazul utilizarii oxigenului
Pentru a realiza concentratii optime si stabilitatea procesului se cere punct de roua -60degC -80degC
Energia specifics pentru productia de ozon
bull 13-18 kWhkg O3 - produs din aer
bull 8-10 kWhkg O3 - produs din oxigen
Actiunea O3 asupra apelor de consum se poate sintetiza
bull imbunatatirea calitatilor organoleptice (gust miros culoare)
bull activitate bactericide si virulicida
bull oxidarea materiilor organice
bull oxidare micro-poluanti
bull imbunatatirea biodegradabilitatii in amonte de CAG
3132 Adsorbtie pe carbune activ granular (CAG)
Carbunele activ se poate obtine din carbuni minieri sau din coaja de nuca de cocos Majoritatea carbunilor minieri pot fi convertiti in carbune activ insa proprietatile carbunelui activ depind esential de calitatea initiala a carbunilor in special in ceea ce priveste duritatea acestora in acest sens se utilizeaza adesea coaja nucilor de cocos pentru fabricarea carbunelui activ
Exista o multitudine de procese de fabricare a carbunelui activ insa eel mai dezvoltat este piroliza urmata de activarea cu gaze de oxidare Piroliza (carbonizarea) presupune incalzirea materialului la temperaturi intre 600 si 900 degC in absenta aerului Pentru obtinerea unei porozitati ridicate se pot utiliza adaosuri de cloruri metalice (de exemplu ZnCl) Piroliza poate reprezenta unicul pas de activare in cazul in care se doreste obtinerea unui material cu 0 porozitate ridicata
A doua etapa este cea de oxidare care se realizeaza de obicei cu abur sau uneori cu aer Temperaturile sunt uzuale in gama de 600 - 900 degC Pe parcursul acestei etape se realizeaza 0 erodare a suprafetei interne a carbunelui si dezvoltarea unei retele extensive de micropori care cresc capacitatea de adsorbtie
58
Printre proprietatile principale ale carbunelui activ se enumera continutul de cenusa umiditatea densitatea marimea particulelor duritatea volumul si distributia dupa marime a porilor suprafata interna
31321 Continutul in cenusa
Continutul in cenusa este reprezentat de reziduul obtinut prin calcinarea la temperatura de 954 degC timp de 3 ore in aer Uzual continutul de cenusa variaza intre 3 si 10 Pentru reducerea cantitatii de cenusa se poate utiliza spalarea cu acid
31322 Umiditatea
Umiditatea se determina prin uscarea in cuptor timp de 3 ore a unei cantitati de 5 sau 10 g de carbune activ la temperatura 150 degC Se determina greutatea inainte si dupa uscare si racire in exicator Umiditatea in vrac a carbunelui activ este recomandabil sa fie limitata la maxim 5
31323 Densitatea
Sunt mai multe tipuri de densitati printre care se mentioneaza densitatea in vrac densitatea aparenta densitatea particulei si densitatea reala Densitatea in vrac sau densitatea aparenta reprezinta greutatea carbunelui activ uscat raportata la volumul pe care acesta il ocupa Aceasta se determina prin umplerea unui cilindru cu volumul de 100 ml cu carbune prin cadere libera dintr-o masina vibratoare si cantarirea volumului respectiv Valorile uzuale sunt in gama 05 - 06 gml pentru carbune activ fabricat din carbune minier respectiv 024 - 030 mg1 pentru carbune activ fabricat din lemn
Densitatea particulei reprezinta densitatea unei particule singulare Volumul pe care se bazeaza include volumul porilor precum si volumul materialului Densitatea particulei se determina in mod uzual cu mercur la presiunea atmosferica (mercurul umple spatiile goale din particula de carbune activ dar nu umple porii) Valorile uzuale sunt in gama 074 - 080 gml
Densitatea reala sau densitatea scheletului este cea determinate numai pe materialul (carbunele) propriu-zis Pentru determinarea acesteia se utilizeaza uzual o metoda de inlocuire cu heliu (heliul intra practic in toti porii materialului) Valorile uzuale sunt in gama 21 - 22 gml
31324 Marimea particulelor
Aceasta se determina prin cernerea a 100 sau 200 g de carbune printr-un sistem de site mecanice timp de 10 minute dupa care se cantaresc retinerile pe fiecare sita in parte Carbunele activ pudra se incadreaza de obicei in domeniul 005 mm - 15 mm
31325 Friabilitatea
Capacitatea carbunelui activ de a rezista la abraziune este unul dintre parametrii cei mai importanti Procedura de determinare a friabilitatii carbunelui activ presupune determinarea granulozitatii acestora inainte si dupa testul propriu-zis care consta in concasarea succesiva a carbunelui intr-un recipient alaturi de bile de otel inoxidabil Valorile uzuale ale indicelui de friabilitate sunt 65 - 80 (practic 70 - 75) ceea ce atesta faptul ca materialul este foarte usor friabil si este necesar atentie la procedura de spalare
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATIIAPEI 59
31326 Volumul si distributia dupa marime a porilor
Volumul porilor reprezinta volumul total al porilor din particula de carbune activ granular raportat la greutate Valorile uzuale sunt de ordinul 08 - 12 mlg pentru carbune activ fabricat din carbuni minieri respectiv 22-25 mlg pentru carbune activ fabricat din lemn Volumul total al porilor poate fi determinat printr-un test de adsorbtie cu azot desfasurate astfel incat azotul condensat sa intre in totalitate in porii carbunelui
Carbunele activ confine o structura complexa de pori de forme si marimi diferite Porii au de obicei o geometrie neregulata si sunt interconectati Dimensiunile porilor sunt uzual intre 10 A si 100000 A (001 cm) Distributia dupa marime a porilor depinde de tipul de material utilizat si de metoda si de durata procesului de activare
31327 Suprafata internaSuprafata interna a materialelor poroase in general se determinS cu ecuatia BET stabilita de
Brunauer Emmett si Teller Ecuatia descrie formarea de strate multiple de gaz condensat care apar atunci cand un gaz adsorbabil (de exemplu azotul) este in contact cu materialul poros Intr-un astfel de test se utilizeaza azot la temperatura de fierbere si presiunea atmosferica (-196 degC sau 77 K)
Ecuatia BET (expresia 318) a fost derivata presupunand urmatoarelebull rata de condensare a moleculelor din primul strat este egala cu rata de evaporare a
moleculelor din zonele acoperite cu un singur strat de moleculebull caldura de adsorbtie peste primul strat este constants si egala cu caldura de lichefiere
qqm=b(PPS)(1-PPs)(1-PPS+bPPS) ( 3 1 8 )
In care Ps - presiunea de vaporizare la saturatie la temperatura utilizata in test uzual 1 atm
q - cantitatea de substanta adsorbita la presiunea P
qm - cantitatea de substanta adsorbita numai cand se constata acoperirea totala a suprafetei cu un strat monomolecular
b - constanta determinata experimental
In figura 336 se prezinta o relatie tipica intre marimea porilor si suprafata totala Suprafata cumulativa este data de insumarea suprafetelor tuturor porilor cu un diametru dat sau mai mare Se remarca faptul ca marea majoritate a suprafetei este atribuita porilor de mici dimensiuni
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI60
3133 Teste uzuale de adsorbtie
In practica se utilizeaza o serie intreaga de teste pentru a determina capacitatea de adsorbtie pentru diferite tipuri de carbune activ Printre acestea se mentioneaza
- Indicele Iod reprezinta cantitatea de iod in miligrame pe gram adsorbit de un carbune activ la echilibru cu o solutie I2-KI cu concentratia 002 N indicele iod indica suprafata totala a porilor cu diametru de 10 A sau mai mare valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 800 - 1000 mgg
Indicele Melasa reprezinta un indicator al puterii de decolorare a carbunelui activ granular in contact cu 0 solutie de melasa la fierbere indicele melasa este in stricta legatura cu suprafata totala a porilor cu diametrul mai mare de 28 A valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 200 - 300
- Indicele Albastru de Metilen reprezinta cantitatea de albastru de metilen adsorbita de 1 g de carbune activ la echilibru in contact cu o solutie cu concentratia 1 mg1 de albastru de metilen Albastrul de metilen are greutatea moleculara 320 si indica suprafata totala a porilor cu diametrul de 15 A
- Activitatea tetraclorurii de carbon tetraclorura de carbon CC14 este un compus molecular mic si poate intra in toti porii In acest test un curent de aer este saturat cu CCI4 la 0 degC si este trecut printr-un strat de carbune activ mentinut la 25 degC pana cand nu se mai detecteaza nici o schimbare in greutate Activitatea este greutatea CCI4 adsorbita pe unitatea de greutate de carbune activ exprimata procentual Valorile uzuale ale acestui indicator sunt in gama 60 -80
- Indicele butan este similar activitatii tetraclorurii de carbon valoarea acestuia este exprimata grame de butan adsorbite pe 100 ml carbune activ valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 7 - 8 g 100 ml carbune activ
- Indicele FINAD stabilit de cercetatorul C Gomella si reprezinta un produs al mai multor indici F - fenol I - iod N - indol A - antipirina D - detergent
316 Deferizarea si demanganizarea apei
Fierul (Fe) si manganul (Mn) sunt elemente care se gasesc frecvent in mediul subteran si in apa apar in concentratii pana la 10 mg1 (Fe) si 2 mg1 (Mn) Prezenta fierului si manganului in apele potabile pot genera urmatoarele probleme
bull produce gust metalic dezagreabil
bull coloreaza tesaturile si echipamentele sanitare
bull formeaza precipitate in conducte care favorizeaza dezvoltarea bacteriilor feruginoase (Chrenothrix) acestea modifica regimul hidraulic calitatea apei distribute si favorizeaza fenomenele de coroziune
3161 Echilibrul fierului si manganului in apa
Fierul si manganul sunt prezente dizolvate in solutiile apoase sub forma Fe2+si Mn2+ Concentratia in oxigen a apelor subterane care contin Fe si Mn este nula Din namolurile situate in
2+ ~
zona anaeroba din hipolimnion se elibereaza ioni de Fe2+ si Mnz+ in apele lacurilor In numeroase ape naturale se remarca prezenta Fe3+ asociata cu substantele humice Stabilitatea fierului si manganului in apa depinde de numeroase variabile
bull pH-ul apei
bull concentratia diferitelor elemente chimice
bull potentialul de oxido-reducere (Eh) al solutiei
In figura 341 se prezinta diagrama de stabilitate a formelor fierului in solutie in aceasta diagrama o curba (linie) reprezinta locul geometric pentru care concentratia celor doua substante este aceeasi De exemplu linia 1 reprezinta solutia pentru care O2 si H2O au aceeasi valoare Aria cuprinsa intre curbele 1 si 2 reprezinta aria de stabilitate a compusilor de Fe Chimia manganului este asemanatoare cu cea a Fe Astfel la pH si Eh reduse Fe si Mn sunt stabile in forme bivalente
Captarea cu cheson este o constractie monolita care de obicei cuprinde si statia de pompare - echipata eel mai bine cu pompe cu ax vertical Schematic constructia unei captari de mai este prezentata in figura 212
B - B
c
Figura 212 Captare de mai cu cheson a-sectiune verticala 6-8 fo-detaliu sita c-sectiune orizontala
A - A
Legenda1 - camera de admisie si deznisipare a apei 2 - camera sitelor rotative 3 - camera cu rol de bazin de aspiratiepentru pompe 4 - camera uscata pentru pompe
INSPECTIA SANITARA SIMONITORIZAREA CALITATII APEI
Constructia este formata dintr-un cheson de dimensiuni mari asezat in malul raului astfel incat in fata ferestrelor de priza sa fie asigurat in permanent un nivel suficient de apa
Din cauza dimensiunilor si adancimii mari de fundare de obicei lansarea chesonului se face cu aer comprimat in partea de jos asigurandu-se o camera de lucru betonata ulterior Constructia este compartimentata vertical pe linii tehnologice dintre care una este intotdeauna de rezerva In interior se deosebesc patru camere (compartimente) cu urmatoarele roluri
1 Camera de admisie si deznisipare a apei (cu posibilitati de evacuare a nisipului depus)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
2
20
2 Camera sitelor rotative sitele rotative sunt formate din panouri de sita cu ochiuri relativ mici (1-3 mm) articulate si trecute peste doua tambururi - unui sus (motor) si altul jos (pasiv) apa trece prin panourile de sita sunt retinute pe sita impuritatile mari plutitorii in general si apoi panoul descarcat se ridica permanent ajungand deasupra nivelului apei in fata unui jet de spalare
3 Camera cu rol de bazin de aspiratie pentru pompele din camera 4
4 Camera uscata care adaposteste pompele treapta I (care trimit apa de la sursa la statia de tratare) In cazul in care nu se dispune de pompe cu ax vertical (care au motoarele montate pe platforma superioara) pot fi prevazute fi prevazute si pompe cu ax orizontal cu luarea unor masuri importante de pastrare uscata a camerelor
Cand sunt disponibile pompe cu ax vertical camerele 3 si 4 pot fi unificate In partea superioara a constructiei se prevad camera de comanda camera de manevra a vanelor si pompelor de epuisment camera motoarelor pompelor verticale si sala transformatoarelor (daca este cazul) Nivelul planseului se executa de obicei cu circa 07 m peste nivelul maxim al apelor raului cu asigurarea 1 In fata prizei se executa o pasarela de acces a personalului pentru curatarea gratarelor de la priza si indepartarea plutitorilor si ghetii Gratarele sunt rare cu distante intre bare de 3 - 10 cm
Admisia apei in priza se face prin doua serii de ferestre - o fereastra sub nivelul minim si o fereastra sub nivelul maxim Viteza de trecere a apei este de 02 - 03 ms iar nivelul de apa peste marginea de sus a ferestrei de minimum 050 m
La nivelurile mari in rau se lucreaza cu fereastra de sus pentru a evita antrenarea in priza a aluviunilor mari care sunt tarate de apa la partea de jos a albiei Pentru inchidere fiecare fereastra are in spate o stavila plana manevrabila de la suprafata In fata ferestrelor gratarele sunt rare din bare rotunde (teava) sau profile si se pot curata cu greble mecanice (la prizele mari) sau manual Gratarele trebuie sa fie executate cu atentie si iarna se pot inlocui cu gratare din lemn sau se pot lua masuri speciale pentru a se evita prinderea zaiului de barele metalice (bune conducatoare de caldura)
Zaiul este gheata in cristale fine care pluteste in masa de apa Pentru a evita blocarea cu gheata au fost imaginate mai multe sisteme toate fiind insa perfectabile Astfel la centralele termice sau industriale unde exista abur rezidual sau apa calda se transforms gratarul in radiator prin interiorul tevilor circuland agentul de incalzire sau se toarna apa calda inaintea gratarului astfel incat apa care trece prin gratar sa aiba 01 - 05degC In alte cazuri s-a transformat gratarul in rezistenta electrica legandu-1 la o sursa de tensiune convenabila (putere instalata de cca 10 kWhm2) consumul de energie este relativ mare iar pericolul de accidentare este ridicat S-a recurs si la imbracarea barelor gratarului in cauciuc ebonita sau mase plastice in scopul impiedicarii zaiului sa se prinda de bare In foarte multe cazuri insa se sparge gheata la priza cu unelte manuale atunci cand se constats ca nu mai intra apa suficienta operatiune foarte grea si riscanta In cazul in care apa raului contine in anumite perioade o cantitate mare de suspensii se poate aseza priza nu pe malul raului ci intr-un bazin executat pe malul raului iar apa raului parcurgandu-1 se produce deznisiparea
Foarte importante sunt forma sub care se amenajeaza intrarea apei din rau in bazin (existand riscul aparitiei depunerilor) si modul in care se reuseste sa se faca evacuarea depunerilor din bazin In literature de specialitate se citeaza si alte posibilitati de folosire a acestor bazine Uneori aceste bazine au fost executate sub forma de canale lungi cu priza la caparul eel mai departat Curatirea canalului se poate face prin dragare
Sunt situatii insa in care din motive locale debit mare si curgere gravitationala captarea poate fi mai simpla Captarea poate avea un singur compartiment pentru debite mici sau poate fi organizata pe linii pentru usurinta exploatarii Intrarea apei se face pe sub un timpan care evita socul plutitorilor cu gratarul si dirijarea acestora in aval Pentru punerea la uscat fiecare compartiment se prevede cu batardou demontabil Priza poate avea doua gratare in serie un gratar rar si un gratar des
O mare importanta o are directia de asezare a gratarului fata de directia circuitului de apa asezarea corecta este data de conditiile locale si uneori sunt necesare studii detaliate pe model in laborator Gratarul se poate aseza paralel cu curentul de apa putin oblic astfel incat apa sa atace gratarul sub unghiul eel mai favorabil sau frontal
243 Captari cu regularizarea albiei
Sunt situatii in care pe rau exista debitul de apa necesar pentru captare dar albia este atat de dezvoltata incat inaltimea apei nu permite derivarea debitului necesar In aceasta situatie este nevoie de inaltarea (cresterea) nivelului apei Una din solutii este de a ingusta albia prin lucrari artificiale de regularizare Intrucat asemenea lucrari de regularizare pot fi necesare si in alte cazuri (stabilirea albiei minore de exemplu) vor fi date cateva elemente generale urmand ca in caz de necesitate sa se apeleze la lucrari de specialitate Lucrdrile de regularizare se prevad si se executa cu respectarea urmatoarelor reguli generale
bull la ape mici curgerea sa fie cea dorita (stabila catre priza) iar la ape mari sa nu se produca inundatii in zonele vecine (sa nu se reduca din capacitatea de transport a albiei)
bull lucrarile sa se execute in etape pentru a se putea cunoaste reactiile la noile conditii si pentru a se putea cunoaste reactiile la noile conditii si pentru a se putea face corectari in etapele urmatoare
bull tipurile de lucrari sa se incadreze in peisaj
bull lucrarile sa nu stanjeasca circulatia apei pentru alte folosinte sau sa produca baltirea apei cu efecte de insalubritate
bull sa se prevada lucrari cu materialele din zona
bull sa fie folosita tendinta naturala de curgere a apei puterea si capacitatea colmatata a curentului
In figura 38 sunt schitate tipurile de lucrari mai des utilizate lucrari in albie (diguri de dirijare traverse de colmatare epiuri) si lucrari de aparare si consolidare a malurilor Elementele constructive tip sunt in general executate printr-o combinatie rationala de
bull combinatie de lemn cu piatra (casoaie suluri si saltele de fascine)
bull combinatie de piatra cu metal (gabioane)
bull anrocamente (piatra mare sparta)
bull beton beton armat sub forma de constructii masive sau elemente prefabricate
bull constructii vii formate din inierbare vegetatie mica (se ia in considerare capacitatea de transport a
albiei la ape mari)Apardrile de mai sunt lucrari de consolidare a malului raului impotriva efectului de eroziune al apei
la viteze mari Acestea pot fi lucrari foarte simple cum sunt taluzele inierbate cu unele elemente simple de fixare sau lucrari mai complicate ca taluz pavat cu elemente de beton zidarie de piatra rostuita sau nu
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
Figura 213 Lucrari de regularizare a albiei Tn zona prizeiLegends a - plan cu tipurile de lucrari b - tipuri de aparari de mai 1 - cu
casoaie 2 - cu dale din beton armat 3 - cu elemente mixte (zidarie de piatra secti Tnierbare) c - diguri epiuri executate din 1 - gabioane 2 - anrocamente
22
zidarie de sprijin din zidarie beton sau beton armat La constructive de mai trebuie tinut seama ca in afara de efectul de erodare si de afuiere a patului de sprijin actioneaza si impingerea malului
Digurile longitudinale sunt lucrari executate in albie care au rol de a dirija pe o portiune un spatiu relativ fix apa raului Se realizeaza din anrocamente cu marime suficienta pentru a nu fi antrenate de apa prefabricate de beton gabioane (piatra de rau balast inchis in casete de sarma zincata pentru a obtine o stabilitate generala mare - elemente simple ieftine si stabile atata timp cat sarma de la cos nu cedeaza sub efectul eroziunii si coroziunii) casoaie din lemn blocuri de beton legate elastic etc Capetele acestor diguri trebuie sa fie bine aparate eventual legate cu cate un epiu astfel incat curentul de apa sa nu patrunda in spatele digului Daca digurile sunt deversate vor fi luate masuri constructive contra afuieri sau spalarii patului cu efect imediat asupra stabilitatii constructiei
Epiurile sunt ca si digurile constructii permeabile rezistente la actiunea apei submersibile sau nu care dirijeaza apa raului pe un anumit spatiu si favorizeaza colmatarea treptatS a spatiului dintre ele Ca pozitie pot fi dirijate spre aval normal pe albie sau orientate spre amonte Se executa din aceleasi materiale ca si digurile Daca albia are un pat usor afuiabil inainte de executia digului propriu-zis se amenajeaza un pat elastic din saltele de fascine sau numai rulouri de fascine O atentie deosebitS se da capului epiului (partea terminals dinspre apa) care este elementul eel mai solicitat Totdeauna coada epiului trebuie bine incastrata in mai pentru a nu permite apei sa-1 ocoleasca
Traversele de colmatare sunt diguri scurte executate din umplutura de material local protejata cu anrocamente mari pe albia minora ce trebuie pSrSaitS sau pe bratele auxiliare care trebuie sa fie colmatate L ape mari spatiul dintre traverse se umple cu aluviuni si in timp traseul vechi al albiei minore dispare
Toate constructiile enumerate anterior si altele asemSnStoare imaginate de specialisti trebuie sa fie verificate si la efecte (in perioada de primavara nu trebuie sa se permita formarea de zSpoare -blocuri de gheata spartS aglomerata care favorizeaza inundatiile) Pe zonele de rau regularizate tipurile de constructii pentru captarea apei sunt similare cu cele pentru albia neregularizatS dar cu adancime suficientS a apei De altfel totdeauna cand se executa constructii legate de apa vor fi luate si masuri de stabilizare a albiei in zona afectata
244 Captari cu baraj de derivatie
In cazul in care pe rau nu se poate asigura nivelul minim necesar pentru captarea apei iar regularizarea albie nu este posibila sau rationala se recurge la executarea unei constructii pentru ridicarea artificials a acestuia dacS debitul captat este important iar fenomenele de iarnS nu pun probleme deosebite
Pentru a nu crea prejudicii pentru alti beneficiari constructia numita stdvilar sau baraj de derivatie trebuie sa asigure concomitent urmStoarele conditii
bull sa fie stabilS la actiunea dinamicS a apei
bull sa permita evacuarea debitelor mari fSrS a provoca inundatii sau deteriorarea altor constructii
bull sa permits evacuarea gheturilor de primSvarS
bull sa asigure navigatia plutaritul circulatia pestilor sau alte folosinte etc Forma
captSrii depinde de
bull marimea debitului captat raportul debit captat debit rau
bull variatia debitului raului si aluviunilor transportate
bull posibilitStile de executie
bull amplasamentul efectiv al prizei (natura albiei adancimea stratului impermeabil inSltimea malurilor etc)
In continuare sunt date cateva exemple de constructii caracteristice pentru asemenea prize
Captarea pentru debit mare realizabilS pe un rau mare pentru localitSti industrii irigatii energie etc Are alcStuirea generals din figura 214
Intre douS culei (o culee este o constractie de legSturS intre constructia dintre albie si mai) se executS elementul de barare a albiei adicS de ridicare a nivelului apei la cota minimS necesarS Aceasta poate fi un prag - baraj deversor dacS lungimea disponibilS si cota malului permit
evacuarea debitelor mari de rau sau baraj cu stavile mobile (stavilar) care se pot ridica sau culca (intr-un locas special prevazut) in radier lasand libera sectiunea pentru evacuarea apelor mari Sunt si cazuri in care din cauza deschiderii mari a albiei s-a adoptat o solutie mixta partial cu stavile partial cu baraj deversor sau uneori si cu baraj nedeversant
Pe malul opus captarii se executa daca este cazul ecluza pentru navigatie sau plutarit cu dimensiunile cerate de beneficiar si aproape totdeauna o scara de pesti pentru a asigura circulatia libera a pestilor intre cele doua biefuri (un bief este zona de rau aflata amonte sau aval de constructia considerate) Pe acelasi mai cu priza se gasesc doua deschideri de spalare prevazute cu vane plane care stau totdeauna partial deschise astfel incat debitul de apa care nu se capteaza sa nu deverseze peste baraj ci sa treaca pe sub aceste stavile
Se reaminteste ca in nici un caz nu este permisa captarea integrals a debitului raului in sectiunea respectiva o parte a debitului raului trebuie sa treaca in aval pentru mentinerea intr-o stare salubra a zonei (altfel devine depozit de gunoaie pe timp de ape scazute) asigurarea apei pentru vietuitoare si vegetatie Debitul ramas in albie este numit debit de servitute (Qs) Spalarea este necesara intracat prin ridicarea locala a nivelului apei s-a realizat in amonte o reducere locala a pantei energetice a curentului de apa Aceasta reducere conduce la micsorarea capacitatii de transport deci micul lac ce se creeaza in spatele barajului se umple repede cu aluviuni Umplerea se face si in dreptul gratarului fiind periclitata adancimea de intrare minima altfel spus se realizeaza ridicarea locala a fundului albiei Lasand libera circulatia apei langa gratar se produce continuu o spalare a depunerilor din cauza vitezei mari realizate sub stavilele de spalare
in unele cazuri prima pila a barajului a fost prelungita cu un pinten formand un fel de canal in fata prizei Apa circuland cu o viteza comparabila cu cea existenta in rau inainte de barare evita producerea de depuneri in fata prizei
Atat in dreptul stavilelor de spalare cat si al barajului deversor in aval se executa un disipator de energie al carui rol este de a reduce viteza apei la o limita care sa nu produca eroziuni spalari in aval de constractie spalari care ar putea periclita stabilitatea acesteia
Priza este o deschidere in culee protejata cu un gratar contra plutitorilor Pentru a evita antrenarea aluviunilor mari in priza aceasta se prevede cu un rag (grataral se aseaza deasupra fundului albiei la 05 - 10 m) Pentru a nu favoriza blocarea gratarului cu plutitori viteza de trecere este redusa 01 - 05 ms din care cauza priza are o forma de palnie Intrarea poate fi inchisa cu stavile Daca deschiderea totala este mare ea se poate reduce cu ajutorul unor pile intermediare Lungimea unei stavile nu va depasi 250 m altfel dispozitivele de ridicare a stavilelor devin greoaie In pile inaintea nisei stavilei se lasa profile U inglobate in beton cu deschiderea spre apa pentru a se putea lansa batardoul (umplutura din elemente grinzi de lemn sau metal) in scopul punerii la uscat a incintei pentru eventuale reparatii Deoarece dupa gratar viteza apei scade mult se produc depuneri care pot afecta circulatia pe canalul de legatura Spalarea lor se poate face cu o golire secundara - de spalare (vezi figura 214) Daca se inchide plecarea spre beneficiar (stavila V2) si se deschide stavila V3 se poate asigura o circulatie fortata cu 0 viteza cu 0 viteza mare (diferenta de nivel amonte-aval este mare) Daca debitul pe rau este suficient iar gratarele au o suprafata mai mare decat cea strict necesara se poate merge cu vana V3 partial deschisa - spalarea facandu-se continuu Pentru evitarea antrenarii plutitorilor mari si a ghetii in sloiuri la gratar se amenajeaza un perete de lemn scufundat partial (05 m) sau o linie de busteni legati articulat (care plutesc) Fenomenele de iarna sunt cele mai dificile la aceste prize
Captarea tiroleza este 0 captare cu gratar pe creasta (figura 215a) care se adopta in cazul in care debitul raului la ape mici este redus si nu poate asigura spalarea zonei din fata prizei iar debitul captat fiind mic captarea in mai se face greu (la aceasta constractie de captare se executa si o priza de iarna in cazul in care grataral ingheata) Captarea se aplica in zone de munte la rauri cu caracter torential pentru debite nu prea mari (sub lm3s) In unele situatii masivul de beton nu se vede din albie fiind alcatuit dintr-un prag de fund - cu gratar la nivelul fundului apei (grataral este inclinat aval pentru a evita blocarea cu aluviuni mari)
Captarea sub albie se adopta in situatia unor localitati de munte pentru care singura sansa de apa o constituie raul sau paraul care izvoraste de la cote inalte al carui debit scade foarte mult in perioadele de iarna si vara si in cazul care fenomenele de inghet dureaza timp indelungat In aceasta situatie 0 captare in albia raului va fi serios stanjenita iar exploatarea va pune probleme deosebite Pentru evitarea unora din aceste probleme au fost imaginate si executate captari sub fundul albiei intr-o zona in care albia este bine dezvoltata si are un pat de 2-3 m de aluviuni Constructia transversals dreneaza apa la unui din capetele sale unde pe malul raului dintr-un put este prelevata si transportata Aceasta captare se deosebeste insa de captarea subterana a apei infiltrate prin mai sau sub fundul albiei (cu drenuri radicale) deoarece apa captata are tot caracteristicile unei ape de suprafata dramul parcurs prin patul aluvionar fiind foarte scurt o asemenea apa are o turbiditate mai mica decat apa captata direct din rau
Schema unei captari sub albie numita uneori si caucaziana este data in figura 215b iar schema unei captari proiectata pentru extinderea provizorie a alimentarii cu apa a unei localitati din tara - la un debit de 10 dm3s in figura 215C
Din figura se observa ca in patul aluvionar al raului se executa o constractie permeabila care dreneaza apa ce se scurge prin subteran sau care se infiltreaza direct asupra constractiei In fata acestei constructii si deasupra ei se executa un blocaj din anrocamente care sa permita accesul mai bun al apei si totodata sa stabilizeze constructia contra efectului dinamic la ape mari (captarea lucreaza ca un prag de fund stabilizator)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 25
Captarea este relativ simpla usor de executat si cu rezultate bune in exploatare Trebuie insa data o atentie deosebita posibilei colmatari a zonei de acces la elementul drenant din cauza apei ce confine fibre de dimensiuni mici (celuloza si hartie) material ce se colmateaza etc
26 Captari din lacuri
Tara noastra nu dispune de lacuri naturale de volume importante care sa poata folosi drept sursa de apa Din aceasta cauza captarile vor fi analizate din punct de vedere al prelevarii apei din lacurile artificiale
In etapa actuala in tara noastra executarea de captari cu debite importante din majoritatea raurilor interioare nu se pot face fara o regularizare a debitului deoarece desi regimul precipitatiilor este relativ uniform (200-2000 mman) distributia in timp este foarte neuniforma Aceasta face ca in perioadele de primavara si toamna debitele sa fie foarte mari iar in perioada de vara si mai ales iarna debitele sa scada la valori extrem de mici cu totul insuficiente pentru alimentarea folosintelor Regularizarea debitelor se face prin lacuri de acumulare special create (bazine uriase cu volume de zeci de milioane-miliarde de metri cubi) care acumuleaza apa din rau in perioadele de viitura si permit folosirea acesteia la debitele dorite
Este insa evident ca un asemenea lac nu se poate crea decat printr-o constructie specials de blocare a albiei numita baraj constructie care prin amploare si efort de investitie pune probleme deosebite Din aceasta cauza executarea unor asemenea lucrari se face prin cooperare cu alti beneficiari lacul urmand sa aiba o folosinta complexa dupa cum urmeaza
bull va reduce viiturile si va permite protej area localitatilor si scoaterea unor suprafete de sub efectul inundatilor redandu-le circuitului agricol
bull volumul de apa acumulat confine o cantitate mare de energie hidraulica energie care poate fi transformata in cadrul centralelor hidroelectrice in energie electrica si data in circuitul energetic al tarii
bull o parte din volumul de apa acumulat poate fi preluat pentru irigarea unor importante suprafete de teren
bull parte din lac poate fi amenajat ca zona de agrement dezvoltand zona din punct de vedere turistic
bull se poate imbunatati regimul de curgere in aval cu efect si asupra calitatii apei
Din punct de vedere al alimentarii cu apa lacul are eel putin in prima perioada un efect favorabil apa prelevata fiind in general mai limpede si mai constants sub raport calitativ Aceasta presupune insa preluarea apei direct din lac (varianta I din figura 216) lucru care poate dezavantaja pe alti beneficiari (cei care se ocupa de producerea energiei de exemplu)
Pe de alta parte apa stationand mult timp in lac isi modifica calitatea iar prin descompunerea depunerilor si dezvoltarea unor microorganisme specifice apa poate sa capete gust neplacut (gustul este diferit de eel al apei de rau care este apa curgatoare) De aceea uneori apa este acumulata dar nu este captata din lac ci uzinata si lasata sa curga pe vechea albie pentru a se aera (varianta Il-a din figura 216) Solutia este
Figura 215 Captari speciale a - captare tiroleza b - captare cu galerie transversala pe fundul albiei c -
dren sub fundul albiei
favorabila in cazul in care utilizatorul de apa se afla la distanta mare Daca centrala functioneaza continuu atunci captarea se poate face in curent liber daca insa centrala (UHE) functioneaza in regim de varf (cum de obicei functioneaza asemenea centrale cateva ore in cursul zilei) atunci avalul inainte de priza trebuie prevazut un lac de compensare zilnica a debitelor lac care sa retina apa uzinata in regim neuniform si sa permita captarea unui debit relativ constant Cele doua variante aratate schematic in figura 216 trebuie comparate ca avantaje si dezavantaje
Priza de apa poate fi realizata in corpul barajului in aval de baraj sau in lac Elementele care conduc la stabilirea solutiei sunt
bull pozitia utilizatorului de apa fata de lac captare din lac daca acesta este amplasat amonte si departe de baraj in baraj sau aval pentru un consumator aval sau din alt bazin hidrografic
bull marimea lacului variatia nivelului apei in lac
bull existenta unei salbe de lacuri pe raul respectiv
bull utilizarea rationala complexa a apei acumulate (de regula la stabilirea amplasamentului lacului se statueaza si modul de folosire al apei)
bull tipul de baraj si simultaneitatea executiei barajului cu priza pentru folosinte de apa in general dupa executarea barajului priza poate fi numai in aval sau in lac
bull conditiile reale de teren trebuie tinut seama ca baraj ele cu lacuri mari de acumulare sunt situate in zona de deal - munte
bull conditiile rationale de tratare a apei obtinute din lac
261 Priza tn aval de baraj
Se poate executa oricand inainte si dupa executia barajului in forme si la debite adecvate Sunt posibile urmatoarele tipuri de captari
bull captari in curent liber de forma celor descrise anterior pe raul pe care debitul regularizat prin lac are valori mult mai mari
bull captari in baraj sau in lac in cazul in care lacul are ca principals folosinta alimentarea cu apa sau cand barajul este realizat pentru un lac de compensare a debitelor rezultate de la functionarea unor centrale hidroelectrice din amonte
bull captari in lac in cazul in care lacul compenseaza folosinta energetica iar beneficiarul este departe de baraj in amonte
262 Prize Tn corpul barajului
Sunt gandite si executate odata cu barajul astfel incat sa nu pericliteze siguranta in functionare a acestuia dar sa poata preleva apa de calitatea cea mai buna existenta la un moment dat in lac
In cele ce urmeaza sunt date exemple de captari de apa executate in baraj Daca barajul este din beton priza este de regula comuna cu barajul (figura 217)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 27
apa curgatoare Barajul care realizeaza lacul de compensare este din materiale locale cu un sistem de stavile pentru spalarea depunerilor de viitura (figura 219)
In figura 220 este schitata captarea dintr-un lac al carui baraj este executat din materiale locale cu miez de etansare din argila Captarea se executa total izolat de baraj (in malul natural sau in lac figura 221 - pentru a nu-i produce dificultati barajului prin exfiltrarea apei pe langa sistemul de transport al apei) si pentru ca priza sa nu aiba dificultati la tasari neuniforme ale barajului Apa captata din priza turn de la cote diferite functie de calitatea acesteia este evacuata prin conducte sau galerii amplasate in malul natural
Acest tip de captare poate fi aplicata si in alta pozitie in cuprinsul lacului pentru beneficiari riverani - amonte de baraj
Cand principala folosinta a lacului este de combatere a undei de viitura captarea poate avea o forma speciala (figura 222) Captarea este amplasata la o cota deasupra rezervei destinata acumularii depunerilor din lac si trebuie sa evite blocarea cu corpuri mari ce pot cadea prin apa intrucat nu este accesibila decat la ape mici - lac gol sau lac golit
263 Captari in lac
Se utilizeaza atunci cand in amplasament nivelul apei este asigurat intotdeauna deasupra unor valori limita Se pot practica o captare de tip turn (figura 221) cand debitul captat este important iar nivelul lacului relativ constant o captare plutitoare cand alimentarea cu apa este sezoniera sau conditiile de iarna nu sunt severe o captare de fund cand lacul este de adancime mare si cu un volum de apa important (figura 223a)
Captarea de fund este formata dintr-un sorb (pot fi prevazute mai multe asemenea constructii separate) asezat pe o confectie metalica stabila de tip tetrapod Se amplaseaza deasupra nivelului (apreciat) de colmatare si sub nivelul minim al apei din lac (acoperire mai mare pentru a o feri de plutitori) Zona captarii va fi balizata pentru a fi ferita de accesul plutitorilor si a putea fi usor reperata pentru control se marcheaza si zona de protectie daca este cazul Conducta de legatura (suficient de elastica daca are lungime mare) se lanseaza prin plutire si poate permite ridicarea prizei in caz de nevoie Captarea va fi amplasata la o asemenea adancime incat sa nu fie deplasata de valuri si totodata nu intr-o zona in care valurile pot pune in miscare depunerile de pe fund si deteriora calitatea apei Captarea este tipica pentru prelevarea apei din lacurile naturale (figura 223b)
Existenta lacurilor de acumulare ridicS probleme importante sub trei aspecte generale aspecte care pot influenta calitatea apei captate siguranta in functionare a prizei sau si a zonelor vecine
bull pentru lacurile mici problema cea mai importanta este legata de colmatarea cu aluviuni lipsa masurilor de protejare amenajare si stabilizare a solului in bazinul hidrografic conduce la antrenarea unei mari cantitati de sol (mai ales fertil) care blocheaza in scurt timp volumul lacului
bull pentru lacurile cu volum mediu (milioane de m3) problema cea mai importanta este eutrofizarea apei lacului
bull pentru lacurile mari (sute de milioane m3) problema importanta este imbdtrdnirea lacului (o eutrofizare lenta avand ca punct final obtinerea unei ape de calitate total deosebitS de aceea a raului din care pro vine)
Eutrofizarea lacurilor este o problema acuta a multor lacuri din zone de ses si colinare Cauza principals este aportul de substante fertilizante (fosfor carbon azot) Fosforul (adus in apa in special din apele uzate orSaenesti - neepurate adecvat) in cantitSti mici favorizeaza randamentul de functionare a fitoplanctonului care la randul lui favorizeazS fixarea azotului cu ajutorul bacteriilor Dezvoltarea fitoplanctonului favorizeazS dezvoltarea zooplanctonului si deci a populatiei de pesti
DacS fluxul energetic si aportul de substante este moderat atunci ciclul se incheie devine stabil si lacul isi pSatreaza calitatea de lac oligotrof (figura 224a) In cazul in care cantitatea de fosfor creste creste volumul de fitoplancton deoarece nu exista suficient azot si lantul se rupe Zooplanctonul si pesti mor substantia organicS creste bacteriile consumS oxigenul si lacul devine eutrof acoperindu-se cu vegetatie (care are rSdacinile in malul situat pe fundul lacului si frunzele la suprafata realizand fotosinteza figura 224b) Consumarea oxigenului de cStre substantele in descompunere si capacitatea redusa de aerare fac ca apa lacului sa aibS de regulS un continut mai redus de oxigen
Daca se reduce cantitatea de nutrient (in special fosforul) dupa un timp calitatea apei se imbunatateste neajungand insa la calitatea initials (se considers ca un continut Tn fosfor de 10-20 mgl este acceptabil)
Imbdtrdnirea lacurilor este fenomenul de modificare continuS a calitatii apei lacului ca urmare a noului echilibru ce se realizeazS intre aportul de substante si circulatia apei Apa care ajunge in lac este o apa cu continut ridicat de substante minerale si organice Acestea se depun se descompun intra in reactie formand substante noi cu continut de Fe N S C (H2S CH4) substante care modifies chimismul apei Pe baza aportului de substante si sub influenta luminii creste productia de masa organica (schema lacului oligotrof) Apare un fenomen nou de circulatie a apei in lac vara apa de la suprafata este calda deci mai usoarS toamna insa apa se rSceste devine mai rece decat apa de la fundul lacului (are cca 4degC sub 15 - 20 m temperature ramane relativ constants) deci devine mai grea (densitatea creste la scaderea temperaturii) si coboarS inlocuind apa mai calda de adancime apa care se ridicS (depunerile mai pot fi agitate si de valurile de la suprafata)
Pozitia captarii in lacurile adanci trebuie sa fie totdeauna in zona medie cu temperature relativ constants (6 - 12degC) si unde nu se simte direct influenta descompunerilor ce se produc la fundul lacului (sau tulbureala datS de depunerile rSacolite)
28 Procese de pre-tratare aplicarea de algicide
Algele sau cianobacteriile (algele verzi-albastre) din lacurile si acumularile de stocare pot crea probleme de gust si miros precum si aparitia unor substante ce provoaca imbolnaviri (toxine) Pentru controlul dezvoltarii algelor sau cianobacteriilor se pot folosi compusi care distrug algele (algicidele) Daca are loc un eveniment legat de utilizarea algicidelor (calitatea apei este afectata de utilizarea unui algicid) pot avea loc urmatoarele
bull daca se utilizeaza algicide in exces substanta chimica poate provoca imbolnaviri
bull daca volumul de alge sau cianobacterii este prea mare si nu poate fi controlat de algicid toxinele din alge cianobacterii pot provoca imbolnaviri
bull daca se utilizeaza ca algicid paiele de orz substantele din paie pot reactiona cu dezinfectantele si forma subproduse ce provoaca imbolnaviri
Aplicarea de algicide in sursa de apa poate prezenta riscuri pentru sanatatea si siguranta muncii operatorilor Acestea sunt recunoscute dar nu vor fi discutate deoarece astfel de riscuri fac obiectul legislatiei muncii si protectiei muncii Algele sau cianobacteriile din sursa de apa pot interfera cu functionarea statiei de tratare Un bun control al cresterii lor face sa se diminueze necesitatea pre-oxidarii Se reduce de asemenea cantitatea de dezinfectant ce se pierde in reactia cu algele sau cu substantele pe care acestea le elimina in apa
31 Alcatuirea statiilor de tratare a apei
Rolul statiei de tratare este de a corecta calitatea apei brute pana la atingerea cerintelor utilizatorului Exista o multitudine de procese de tratare care se utilizeaza in practica insa schema generala a unei statii de tratare (figura 31) cuprinde
bull trepte multiple de oxidare (pre-oxidare post-oxidare) cu scopul de a oxida compusi chimici dar si de a realiza bariere succesive in calea micro-organismelor
bull procese de limpezire a apei care constau in
o coagulare-floculare cu reactivi chimici in camere de reactie special amenajate
o decantarea apei pentru retinerea suspensiilor coagulate
o filtrarea pe strat de nisip pentru finalizarea procesului de limpezire
bull afinarea apei constituita din oxidare cu ozon urmata de adsorbtie pe carbune activ granular cu scopul indepartarii anumitor compusi chimici toxici
bull dezinfectia apei pentru indepartarea totala a virusurilor bacteriilor si altor micro-organisme din apa treapta obligatorie in Romania conform Legii privind Calitatea Apei Potabile nr 4582002
3
Pentru eliminarea duritatii se pot adopta scheme cu schimbatori de ioni sau cu reactivi chimici (var si soda) in functie de tipul duritatii (temporara sau permanenta)
Orice statie de tratare este deservita de anumite facilitati pentru intretinerea proprie Printre acestea se mentioneaza
bull statia de reactivi chimici cu rolul de a stoca prepara si doza reactivii necesari procesului de tratare (coagulanti floculanti agenti dezinfectanti corectie pH etc)
bull sisteme de spalare filtre rapide constituite din statii de pompe si de suflante
bull laborator pentru a determina corectitudinea procesului de tratare dar si calitatea apei produse
bull alte facilitati printre care se mentioneaza sisteme de recuperare a apei de la spalare filtre si a namolului din decantoare
311 Exemple de statii de tratare
O schema de tratare cu filtrare directa este prezentata in figura 32 Uzina de apa a orasului Los Angeles - SUA (Los Angeles Aqueduct Filtration Plant) are o capacitate instalata de 185 m3s filiera tratare fiind prezentata in cele ce urmeaza
bull pre-oxidare cu ozon 4 generatoare care produc 3780 kg CVzi (doza medie ozon 15 mgdm3) 4 bazine de contact (timp de contact minim 49 min)
bull coagulare (amestec rapid) 8 camere de reactie echipate cu agitatoare dinamice timp minim de amestec 086 s pentru doua camere inseriate Reactivi utilizati clorura ferica sulfat de aluminiu polimeri anionici si neionici soda caustica clor
bull floculare 36 camere de reactie lenta timp minim de reactie lenta 8 min pentru 3 bazine inseriate
bull filtrare 24 unitati (aria unei unitati A=160 m2) strat de antracit cu inaltimea de 24 m viteza de filtrare 175 mh care asigura un timp de contact de 10 minute
bull dezinfectie finala cu clor (doza maxima clor 56 mgdm3)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 3
Un alt exemplu de schema de tratare care nu cuprinde treapta de decantare este uzina de apa Ivry (Franta) modernizata in 1987 (debit instalat Q = 300000 m3zi) Dupa modernizare uzina cuprinde urmatoarele procese (figura 33)
bull pre-oxidare cu ozon doza uzuala 10 mg CVdm3
bull coagulare (amestec rapid) cu clorura ferica (5 - 10 mgdm3) si polimer anionic (0025 -005 mgdm3)
bull pre-filtrare faza I - (coagulare pe masa de contact) 18 unitati de 815 m2 strat biolit 10 m viteza de filtrare maxima 10 mh
bull floculare cu clorura ferica (2-6 mg Fe3+dm3) si polimer (005 - 10 mgdm3)
bull pre-filtrare faza II - nisip 22 unitati de 81 m viteza de filtrare 9 mh
bull filtrare lenta 30 cuve (23000 m2) viteza maxima de filtrare 13 mzi inaltime strat 07 m
bull post-ozonare timp de contact 4 minute doza uzuala 04 - 06 mg CVdm3
bull filtrare pe CAG inaltime strat 10 m viteza de filtrare 10 mh
bull dezinfectare finala cu hipoclorit de sodiu
In figura 34 este prezentata o schema tehnologica a unei uzine de apa aplicata in cateva mari uzine de tratare (Qgt2000 m3h) ce preiau apa bruta direct din fluviul Ruhr Schema asigura o eliminare optima a microorganismelor Concentratia de Cryptosporidium in apa raului Ruhr variaza de la 0 la 5 unit(100 dm3) iar concentratia chisturilor Giardia de la 8 la 250 unitdm3 Nu au fost detectate aceste organisme in treptele premergatoare dezinfectarii Se remarca prezenta treptelor de filtrare incepand cu filtrarea mecanica pe microsite in capatul amonte al filierei de tratare si continuand cu un pachet de trei trepte de filtrare (dublu strat carbune activ granular si filtre lente) care asigura o eficienta foarte mare din punct de vedere microbiologic
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 3
Figura 34 Filiera tehnologica uzina de apa Mulheim an der Ruhr
(Germania)
Un exemplu de schema tehnologica combinata (Q=32 m3s) este prezentata in figura 35 Apa bruta (fluviul Elba) este puternic incarcata in poluanti Filtrarea primara (bazine de infiltratie) reduce de cateva ori incarcarea microbiologica iar in cazul folosirii treptelor de floculare sedimentare si filtrare reducerea incarcarii microbiologice este de circa 9999
Prin curgerea in stratul subteran se obtine o apa ce se incadreaza in normele privind calitatea apei potabile Dezinfectia finala este aplicata pentru a preveni cresterea masei bacteriene in sistemele de distributie Uzina este prevazuta a fi modernizata cu treapta de oxidare cu ozon si filtre multistrat
In Elvetia sunt intalnite in principal scheme complexe de tratare avand la baza procese biologice (figura 36) Treptele de tratare clasice (pre-oxidare cu ozon coagulare-floculare filtrare rapida) sunt urmate de corectia pH-ului si postozonare in fmalul filierei de tratare se prevad reactoare biologice inseriate (filtre CAG activate biologic urmate de filtre lente) Se urmareste in principal reducerea indicatorilor biologici si bacteriologici prin reducerea concentratiilor de carbon organic asimilabil (AOC lt 10 ug Cdm ) Se remarca absenta dezinfectarii finale Se obtine o apa biostabila introducerea acesteia intr-o retea de distributie nu necesita prezenta unui dezinfectant rezidual Se asigura in acest mod o siguranta ridicata la consumator in ceea ce priveste potentialul de formare al trihalometanilor
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 3
33 Procese de oxidare
Procesele de oxidare pot fi intalnite in toate statiile de tratare in doua sectiuni caracteristice ale schemei
bull pre-oxidare in capatul amonte al filierei pentru oxidarea substantei organice plancton inactivare microorganisme obiectul principal este asigurarea functionarii optime a proceselor de tratare si evitarea contaminarii acesteia
bull post-oxidarea amplasat dupa procesele de tratare conventionale (decantare si filtrare rapida pe strat de nisip) urmareste oxidarea totala a micro poluantilor reducerea materiilor organice naturale si inactivarea totala in ape limpezi a compusilor biologici si bacteriologici
331 Pre-oxidare
In mod obisnuit se utilizeaza urmatorii agenti oxidanti clor ozon dioxid de clor 3311 Clorul(Ch)
Clorul se utilizeaza in mod uzual cu doze cuprinse in domeniul 1 - 3 mgl cu timp de contact minim Tc=30 minute in anumite situatii (inflorire algala sau poluare accidentala) dozele pot fi mai mari dar se urmareste evitarea formarii sub-produsilor organo-clorurati (de exemplu trihalometani THM) prin efectuarea de incercari pe apa sursei pentru a se stabili potentialul de formare
Clorul este adoptat frecvent datorita costurilor reduse implicate Reactia clorului trebuie urmarita cu atentie luand in consideratie agentii reducatori (H2S Mn2+ Fe3+) si materiile organice naturale in diagrama din figura 37 se poate urmari procesul de reactie al clorului in apa (clorare la breakpoint) Punctul critic se atinge daca raportul masic intre clor si amoniac variaza intre 81 -101 (teoretic 761)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 40
3312 Ozonul(03)
Ozonul este un gaz violet instabil care degaja un miros iritant caracteristic
Se produce prin descarcari electrice la diferente de potential ridicate intre doi electrozi intre care curge aer sau oxigen pur Eficienta productiei depinde de diferenta de potential frecventa caracteristicile materialului dielectric si spatiul care separa dielectricele Progresele tehnologice din ultimii 20-30 ani au condus la reducerea consumului de energie la 10 - 12 kWh 1 kg O3
Dozele uzuale de ozon sunt in gama 1 - 3 mgCVdm3 iar timpul de contact uzual este Tc=10 minute Se tinde spre adoptarea solutiei cu doua reactoare in serie ca in figura 38 Adancimea apei in reactoare poate atinge 6-75 m
Conceptual reactoarele de ozon functioneaza pe baza interceptarii curentului de apa descendent de catre voalul de bule mici de ozon in miscare ascendents
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
0
4
3313 Dioxidul de clor (CIO2)
Se poate obtine din clorit de sodiu si clor conform reactiei
2NaC102 + Cl2rarr2C102 + 2NaCl (31)
Stoechiometric 1 g dioxid de clor se obtine din 134 g clorita de sodiu si 05 g de clor
Este instabil si exploziv la temperaturi T gt (-40degC) Se produce imediat inainte de injectia in apa La 20degC si presiune partiala de 53 kPa solubilitatea este 4 gdm3
Avantajele utilizarii CIO2 sunt
bull nu formeaza sub-produsi de tip trihalometani (THM)
bull are putere oxidanta mai buna oxideaza fenoli si este foarte eficace la pH peste 85
Dozele utilizate frecvent 01 - 05 mgl timpul de contact fiind Tc = 10 min Se mentioneaza ca pentru doze mai mare de 05 mgl exista riscul formarii de sub-produsi de tip clorati
Reactoarele de pre-oxidare utilizeaza agitatoare mecanice (rezistente la coroziune) care asigura amestecul mecanic cu randamente ridicate intre apa de tratat si solutia de CIO2
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 4
332 Post-oxidare
In filierele de tratare se dezvolta din ce in ce mai mult conceptul de post-oxidare cu ozon pe apa limpezita dupa filtrele rapide de nisip pentru ca eficienta transferului creste se reduc dozele de ozon si oxidarea micro-poluantilor devine mai eficienta
incadrarea procesului de post-oxidare in schema statiei de tratare se realizeaza totdeauna ca infigura 310 n
Dozele de 03 in post-oxidare nu depasesc 2 mgl Principiile reactoarelor de ozon sunt identice cu cele utilizate in pre-oxidare
Post-oxidarea cu ozon combinata cu adsorbtia pe CAG este procesul (denumit afinare) capabil sa asigure
- eliminare totala compusi biologici microbiologici si micropoluanti
- reducere materiilor organice naturale astfel incat TOC lt 25 g Cl
- eliminare pesticide
333 Alegerea oxidantului
Alegerea oxidantului se bazeaza pe analiza calitatii apei caracterizarea marimii poluarii care poate apare (continut materii organice naturale carbon organic total numar de microorganisme perioade duraf deg ce aparitie)
Alegerea agentului oxidant are la baza costuri si implicatii in filiera tehnologica
Tabelul 35 Caracteristici principale Tn alegerea oxidantilor Nr crt
Oxidant Avantaje Dezavantaje
1 Clor-Cl2 - costuri reduse- cunoastere operare- este remanent (rezidual) in reteaua de
distributie
formeaza THM - necesita timpi de contact mari
2 Dioxid de clor - C102 - capacitate de oxidare mai ridicata in raport cu Cl2
- nu formeaza THM- este remanent (rezidual) in reteaua de
distributie
- necesita preparare si dozare instantanee- la doze prea mari poate forma cloraticosturi mai mari in raport cu Cl2
3 Ozon - 03 - cea mai mare capacitate de oxidare- nu formeaza THM
- necesita preparare si dozare instantaneeconsumuri energetice mari- poate forma subprodusi de tip bromaji sau
aldehide- nu este remanent (rezidual) in reteaua de
distributie
4
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 4
Figura 311 Fortele
ce actioneaza asupra
particulelor aflate Tn
apa
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
3511 Deznisipatoare
Sunt destinate sa retina particulele de tip nisip pentru protectia utilajelor din schema statiei de tratare Schema unui deznisipator orizontal este data in figura 313
Figura 313 Deznisipator orizontal longitudinal
1 Gratar 2 Bare de linistire 3 Nisa pentru reparatii Tn caz de avarie 4 Stavilar de intrare 5 Vane de golire 6 Stavilarde iesire 7 Galerie de golire
In zona de intrare a apei in deznisipator se monteaza un gratar rar pentru impiedicarea accesului corpurilor mari in interiorul bazinului Pentru linistirea curentului se monteaza bare verticale de linistire Peretii laterali ai deznisipatorului se executa cu evazare catre exterior pentru a permite preluarea impingerilor survenite din podul de gheata care se formeaza pe timp de iarna la suprafata bazinului Panta radierului bazinului trebuie sa permita evacuarea depunerilor in zona din aval a bazinului Evacuarea depunerilor se poate realiza cu mai multe sisteme
bull prin hidro-mecanizare cu scoaterea din functiune a unui compartiment
bull prin golirea totala a compartimentului (numai pentru debite foarte reduse)
bull cu electro-pompe speciale purtate de o grinda rulanta
3512 Decantoare statice
Sunt destinate surselor cu variatii mari de turbiditate la care 50 - 60 din suspensii sunt de natura minerala (gravimetrice) in figura 314 se prezinta schema unui decantor orizontal longitudinal Elementele principale ale bazinului sunt
bull zona de intrare in care se gaseste un perete de linistire a curentului in partea superioara respectiv canalul de evacuare a depunerilor in partea inferioara
bull decantorul propriu-zis cu radier cu panta catre basa de evacuare a namolului amplasata in zona incipienta a bazinului
bull zona de evacuare a apei decantate care este bordata de un gratar cu rolul impiedicarii accesului plutitorilor
Curatirea decantoarelor orizontale se realizeaza
bull Intermitent prin golire si evacuare depuneri hidraulic sau mecanic
bull Continuu cu ajutorul podurilor racloare care strang depunerile in base special amenajate
Dificultatile in operarea decantoarelor statice se pot sintetiza
bull sunt influentate de factori atmosferici vant gheata insorire
bull miscarea este turbulenta ca structura si particule fine pot fi repuse in stare de suspensie
bull echilibrarea fluxului hidraulic se realizeaza cu dificultate
bull eficienta retinerii nu depaseste 10-15 NTU la apa decantata
37 Filtrarea apei - generalitati
Filtrarea este procesul de limpezire finala a apei (stadiul II) la curgerea printr-un mediu poros de obicei format din nisip cuartos Procesul simuleaza infiltratia apelor superficiale in mediile poroase din subsolul pamantului Procesul este cunoscut si aplicat de mult timp (primul brevet s-a emis in 1830)
Schema generala (figura 323) indica filtrul ca fiind format dintr-un bazin (cuva) in care apa curge in sens descendent traverseaza mediul poros sustinut de un drenaj si ajunge intr-un rezervor de apa filtrata amplasat sub drenaj Sistemul este dotat cu toate instalatiile de introducere -prelevare apa preaplin si golire
Parametrii fundamentali ai procesului de filtrare sunt
bull viteza de filtrare definita (ca viteza aparenta) cu relatia urmatoare
vF = Q A [ m h ] [mzi] (313)
In care
Q - debitul de apa filtrata
A - suprafata orizontala a stratului filtrant in
functie de viteza de filtrare se pot clasifica in
o filtre lente (biologice) - VF = 01 - 025 [mh]
o filtre rapide - vF = 4 - 10 [mh|
o filtre ultra-rapide
bull mediul filtrant - in general nisip cuartos care sa realizeze prin uniformitatea granulelor un volum de goluri in care sa se acumuleze suspensia retinuta din apa caracteristicile sunt diferite pe tipuri de filtre
bull pierderea de sarcina (hr) exprimata ca diferenta intre nivelul apei in cuva filtrului si nivelul apei in rezervorul de apa filtrata este data de colmatarea stratului si este variabila in timp
49
38 Filtre lente
Se bazeaza pe formarea unei membrane biologice constituita din colonii de bacterii aerobe -amplasata la suprafata stratului de nisip (pe primii 2-3 cm) Elementul fundamental este dezvoltarea membranei (in 1 - 3 zile) functie de caracteristicile apei Dupa o perioada (30 - 50 zile) membrana se colmateaza si incepe sa se rupa degradand calitatea apei Aceasta se razuieste (se curata) manual sau mecanic si procesul este reluat In figura 52 se indica schema unui filtru lent
Dispoizitiv de curatat_____________________________membrana biologtca
Figura 325 indica tipurile de organisme care pot fi intalnite pe o adancime de 30 cm in nisipul filtrului lent
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
Nisipul din filtrul lent trebuie sa aiba urmatorii parametri
bull granulozitatea in domeniul dg = 035 - 050 mm
bull coeficientul de neuniformitate ult 15
(314)
In care d6o - diametral ochiurilor sitei prin care trece 60 din materialul cernut
d1o - diametral ochiurilor sitei prin care trece 10 din materialul cernut
01
50
bull inaltimea stratului de nisip H=90-100 cm cand grosimea stratului de nisip ajunge dupa curatiri succesive la 70 - 80 cm este necesara completarea la inaltimea initiala
Solutia filtrelor lente se prevede la debite relativ mici (max 10000 m zi) si surse de apa in general curate (lipsite de alge culoare poluanti toxici) Se pot obtine rezultate performante la ape necoagulate Operarea sistemelor de filtre lente este simpla Procesul de filtrare lenta este asimilat cu procese fizice si biologice Acestea din urma necesita o atentie si urmarire continua in etapele de operare a filtrelor in special referitor la starea coloniilor de bacterii aerobe din membrana biologica
310Filtre rapide
In figura 326 se prezinta schema unui filtru rapid Acesta este constituit din urmatoarele elemente componente
bull sistem admisie apa in cuva - are rolul echirepartitiei debitului catre cuvele de filtre
bull stratul filtrant peste care exista un strat de apa
bull drenaj cu rolul de a sustine stratul filtrant si de a transforma bulele mari in bule fine in procesul de spalare inversa
bull sistem de mentinere a nivelului apei in filtru (pentru filtrele cu functionare in sistem nivel constant si debit variabil)
bull statie de pompare apa de la spalare filtre si statie de suflante
bull instalatii hidraulice grupate in galeria tehnologica cu rolul de a asigura toate utilitatile necesare functionarii corecte a procesului (conducte si vane apa filtrata apa spalare aer spalare preaplin golire etc)
bull rezervor de apa filtrata amplasat de obicei sub toata statia sau in anumite cazuri numai sub galeria tehnologica
Procesul consta in doua etape
bull filtrarea apei parcurgand in sens descendent stratul de nisip si drenajul
bull spalarea filtrului in sens ascendent in doua faze distincte
o faza 1 (durata Ti=5-10 min)
o faza 2 - limpezire (durata Ti=10-15 min)
51
in ultimii 30-40 de ani in lume a existat o preocupare constants pentru perfectionarea procesului in sensul obtinerii performantei in calitatea apei filtrate (turbiditatea sa se incadreze in domeniulOl - 10 NTU)
Mecanismele de retinere in filtrele rapide se pot sintetiza ca in schema urmatoare
3101 Mediul filtrant
Calitatile materialului filtrant sunt urmatoarele
bull domeniul de granulozitate dg = 085 - 2 mm
bull coeficientul de neuniformitate u=d6odio lt 15
bull fractiunile inferioare diametrului 085 mm si superioare dmax 2 mm inferioare procentual la 10 in greutate
bull diametrul efectiv def = dio = 09-1 mm
bull sa realizeze un numar de goluri (porozitate) mare (pgt40)
bull forma granulelor apropiata de sfera pentru obtinerea unui grad de acoperire ridicat
bull continut de roci cuartoase recomandabil peste 95
bull sa aiba duritate (gt 7 in scara Mohs) pentru a nu se sfarama la spalare
Calitatea materialului filtrant influenteaza viteza de filtrare O serie de studii au indicat domeniul optim de granulozitate al nisipului de filtru conform figurii 328
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 52
3102 Calitatea influentului fn corelatie cu materialul filtrant
Pentru realizarea unei retineri eficiente a suspensiilor se impune ca in influentul filtrelor acestea sa fie floculate Aceasta se caracterizeaza prin coeficientul de coeziune al suspensiilor floculate (namol retinut) aceasta caracterizeaza capacitatea de rezistenta la forfecare si depinde de doza de floculant si natura (minerala sau organica a suspensiilor)
Procesul de optimizare a filtrarii rapide a apei ia in considerate principiul un filtru va functiona optim cand va produce cea mai mare cantitate de apa intre doua spalari succesive aceasta se va realiza cand timpul in care se atinge pierderea de sarcina limita este egal cu timpul in care se calitatea apei filtrate se inrautateste la limita maxim acceptabila (Ti = T2) sau penetrarea impuritatilor in interiorul masei filtrante se va efectua cu aceeasi viteza cu care creste pierderea de sarcina Expresiile celor doua perioade au fost determinate de cercetatorii Richard si Croce-Spinelli
Tx = a bull σ - 0 9 5 bull k-075bull def-045bull h0
n95bull v -185 (316)
T l = b bull σ-075 k - 0 7 5 bull dlef
1 5 Δhr05 bull vF
-065 (317)
In care Ti - perioada in care turbiditatea apei filtrate atinge valoarea limita (1 NTU)
T2 - perioada in care se atinge pierderea de sarcina limita (15 - 18 m)
a b - coeficienti empirici (experimentali)
hn - grosime strat nisip
Δhr- viteza de crestere a pierderii de sarcina
INSPECTIA SANITARA SI MOMTORIZAREA CALITATII APEI
VF - viteza de filtrare
k - coeficient de coeziune al namolului
a - depozitul specific (volumul de suspensii raportat la volumul de material filtrant)
Se constata ca fiecare filtru poate conduce la un ciclu optim functie de calitatea nisipului grosimea stratului calitatea flocularii suspensiilor din apa influenta si viteza de filtrare
3103 Variatia pierderii de sarcina
Urmarirea pierderii de sarcina este importanta pentru ca poate pune in evidenta functionarea filtrului Operarea optima a unui filtru se realizeaza prin urmarirea in timp a variatiei pierderii de sarcina si turbiditatii Masurile pentru realizarea acestui optim sunt
53
bull reducerea vitezei - cele mai performante filtre lucreaza cu viteze de filtrare variabile astfel incat colmatarea stratului sa se realizeze fara socuri
bull adaugarea unui polimer (doze 01 - 02 mgl) in influent pentru a mari rezistenta particulelor floculate
bull imbunatatirea calitatii nisipului
Presiune (m col H20)
Figura 329 Estimarea pierderii de sarcina Tn
stratul filtrant
3104 Spalarea filtrelor
Se realizeaza in contra curent de apa si aer comprimat Elementele tehnice care intervin esential in obtinerea performantelor spalarii sunt
bull calitate drenaj - din punct de vedere al uniformitatii debitelor de apa si aer
bull colectarea uniforma a apei de la spalare
bull metoda de spalare care sa asigure eliminarea totala a suspensiilor retinute in strat cu resurse minime
bull drenaj de mare rezistenta hidraulica (cu placi cu crepine)
Se bazeaza pe principiul introducerii unei rezistente hidraulice de 15 - 20 cm coloana de apa (reducerea brusca de sectiune la intrarea apei in tija crepinei) care asigura uniformizarea intensitatilor de spalare pe suprafata cuvei (abateri de plusmn 3-5) In figura 330 se prezinta schema drenajului cu placi cu crepine
Se pun conditii severe din punct de vedere constructiv pentru realizarea drenajului
bull asigurarea etansarii perfecte
bull asigurarea cotei exacte si unice pentru pozitia orificiilor de aer
bull rezistenta cosurilor crepinelor
bull asigurarea formarii unui nivel de separatie apa - aer uniform si constant pe toata suprafata cuvei
Cele mai performante filtre din punct de vedere al spalarii sunt filtrele cu baleiaj la spalare (figura 331)
INSPECTIA SANITARA SI MOMTORIZAREA CALITATII APEI
55
55
in perioada de spalare a filtrului nivelul in cuva se afla la cota NS jgheaburile J nu mai deverseaza si prin orificiile de la baza jgheaburilor se creeaza un curent de baleiaj (1-2 dm3sm2) cu apa decantata care impinge suspensiile spre jgheabul de colectare Se reduc astfel timpii de spalare (cu 50) si intensitatile si volumele de apa de spalare
Prin curgerea ascendenta a aerului masa de nisip vibreaza si peliculele de namol se desprind de granule Curentul ascendent de apa le antreneaza Spalarea numai cu aer induce vibrarea masei de nisip si depunerea namolului in zona inferioara a stratului De aceea este contraindicata spalarea numai cu aer in faza 1
In general echipamentele pentru asigurarea debitelor apa de spalare se adopta un utilaj (pompa) in faza 1 si inca o pompa de acelasi tip pentru faza a Il-a
3105 Asigurarea repartitiei uniforme a influentului
Pentru asigurarea repartitiei uniforme a apei decantate se utilizeaza diverse sisteme Cel mai performant este sistemul cu deversori neinecati conform cu schema din figura 332
3106 Sistemele hidraulice
Sistemele hidraulice asigura deservirea statiei de filtre atat in procesul de filtrare cat si in procesul de spalare Acestea se vor dimensiona conform vitezelor economice prezentate in tabelul urmator
3107 Reglajului debitului si nivelului de apa in cuva
Pentru filtrele care functioneaza cu nivel constant si debit variabil este foarte important ca nivelul apei in filtru se fie mentinut pseudo-constant Aceasta se asigura cu diverse sisteme de plutitori (regulator de nivel amonte) care comanda vana de pe conducta de apa filtrata sau cu sisteme electronice si hidraulice conform figurii 333
Figura 333 Sistem de reglare electronic al nivelului apei Tn filtru
Legends 1 Strat filtrant 2 Vana apa filtrata 3 Parghie comanda vana 4 Electrovana de comanda 5 Regulator electronic 6 Senzor de presiune pentru nivel filtru 7 Senzor de presiune sub planseu 8 Potentiometru 9 Indicator de
colmatare 10 Alimentare cu fluid de comanda
313 Afin area apei
Procesul de afmare a apei este constituit din combinatia intre procesul de post-oxidare cu ozon a apei filtrate urmat de adsorbtie pe carbune activ granular
3131 Post-oxidarea cu ozon
Ozonul (O3) se obtine din aer sau oxigen supus la descarcari electrice printr-un dielectric In figura 334 se prezinta un element dintr-un ozonor
figura 334 Element tubular de ozonor
1 - Intrare gaz vector (aeroxigen) 2 3 - Electrozi 4 - Dielectric 5 - Spatiu de descarcare electrica 6 - Gaz vector +
ozon 7 - Apa racire
Diferentele de potential la care se lucreaza sunt cuprinse intre 6000 - 18000 V functie de natura si grosimea dielectricului marimea spatiului de descarcare si presiunea absoluta de functionare
Concentratiile de ozon in gazul vector obisnuite sunt
bull 10-40gm - in cazul utilizarii aerului
bull 10-140 gm3 - in cazul utilizarii oxigenului
Pentru a realiza concentratii optime si stabilitatea procesului se cere punct de roua -60degC -80degC
Energia specifics pentru productia de ozon
bull 13-18 kWhkg O3 - produs din aer
bull 8-10 kWhkg O3 - produs din oxigen
Actiunea O3 asupra apelor de consum se poate sintetiza
bull imbunatatirea calitatilor organoleptice (gust miros culoare)
bull activitate bactericide si virulicida
bull oxidarea materiilor organice
bull oxidare micro-poluanti
bull imbunatatirea biodegradabilitatii in amonte de CAG
3132 Adsorbtie pe carbune activ granular (CAG)
Carbunele activ se poate obtine din carbuni minieri sau din coaja de nuca de cocos Majoritatea carbunilor minieri pot fi convertiti in carbune activ insa proprietatile carbunelui activ depind esential de calitatea initiala a carbunilor in special in ceea ce priveste duritatea acestora in acest sens se utilizeaza adesea coaja nucilor de cocos pentru fabricarea carbunelui activ
Exista o multitudine de procese de fabricare a carbunelui activ insa eel mai dezvoltat este piroliza urmata de activarea cu gaze de oxidare Piroliza (carbonizarea) presupune incalzirea materialului la temperaturi intre 600 si 900 degC in absenta aerului Pentru obtinerea unei porozitati ridicate se pot utiliza adaosuri de cloruri metalice (de exemplu ZnCl) Piroliza poate reprezenta unicul pas de activare in cazul in care se doreste obtinerea unui material cu 0 porozitate ridicata
A doua etapa este cea de oxidare care se realizeaza de obicei cu abur sau uneori cu aer Temperaturile sunt uzuale in gama de 600 - 900 degC Pe parcursul acestei etape se realizeaza 0 erodare a suprafetei interne a carbunelui si dezvoltarea unei retele extensive de micropori care cresc capacitatea de adsorbtie
58
Printre proprietatile principale ale carbunelui activ se enumera continutul de cenusa umiditatea densitatea marimea particulelor duritatea volumul si distributia dupa marime a porilor suprafata interna
31321 Continutul in cenusa
Continutul in cenusa este reprezentat de reziduul obtinut prin calcinarea la temperatura de 954 degC timp de 3 ore in aer Uzual continutul de cenusa variaza intre 3 si 10 Pentru reducerea cantitatii de cenusa se poate utiliza spalarea cu acid
31322 Umiditatea
Umiditatea se determina prin uscarea in cuptor timp de 3 ore a unei cantitati de 5 sau 10 g de carbune activ la temperatura 150 degC Se determina greutatea inainte si dupa uscare si racire in exicator Umiditatea in vrac a carbunelui activ este recomandabil sa fie limitata la maxim 5
31323 Densitatea
Sunt mai multe tipuri de densitati printre care se mentioneaza densitatea in vrac densitatea aparenta densitatea particulei si densitatea reala Densitatea in vrac sau densitatea aparenta reprezinta greutatea carbunelui activ uscat raportata la volumul pe care acesta il ocupa Aceasta se determina prin umplerea unui cilindru cu volumul de 100 ml cu carbune prin cadere libera dintr-o masina vibratoare si cantarirea volumului respectiv Valorile uzuale sunt in gama 05 - 06 gml pentru carbune activ fabricat din carbune minier respectiv 024 - 030 mg1 pentru carbune activ fabricat din lemn
Densitatea particulei reprezinta densitatea unei particule singulare Volumul pe care se bazeaza include volumul porilor precum si volumul materialului Densitatea particulei se determina in mod uzual cu mercur la presiunea atmosferica (mercurul umple spatiile goale din particula de carbune activ dar nu umple porii) Valorile uzuale sunt in gama 074 - 080 gml
Densitatea reala sau densitatea scheletului este cea determinate numai pe materialul (carbunele) propriu-zis Pentru determinarea acesteia se utilizeaza uzual o metoda de inlocuire cu heliu (heliul intra practic in toti porii materialului) Valorile uzuale sunt in gama 21 - 22 gml
31324 Marimea particulelor
Aceasta se determina prin cernerea a 100 sau 200 g de carbune printr-un sistem de site mecanice timp de 10 minute dupa care se cantaresc retinerile pe fiecare sita in parte Carbunele activ pudra se incadreaza de obicei in domeniul 005 mm - 15 mm
31325 Friabilitatea
Capacitatea carbunelui activ de a rezista la abraziune este unul dintre parametrii cei mai importanti Procedura de determinare a friabilitatii carbunelui activ presupune determinarea granulozitatii acestora inainte si dupa testul propriu-zis care consta in concasarea succesiva a carbunelui intr-un recipient alaturi de bile de otel inoxidabil Valorile uzuale ale indicelui de friabilitate sunt 65 - 80 (practic 70 - 75) ceea ce atesta faptul ca materialul este foarte usor friabil si este necesar atentie la procedura de spalare
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATIIAPEI 59
31326 Volumul si distributia dupa marime a porilor
Volumul porilor reprezinta volumul total al porilor din particula de carbune activ granular raportat la greutate Valorile uzuale sunt de ordinul 08 - 12 mlg pentru carbune activ fabricat din carbuni minieri respectiv 22-25 mlg pentru carbune activ fabricat din lemn Volumul total al porilor poate fi determinat printr-un test de adsorbtie cu azot desfasurate astfel incat azotul condensat sa intre in totalitate in porii carbunelui
Carbunele activ confine o structura complexa de pori de forme si marimi diferite Porii au de obicei o geometrie neregulata si sunt interconectati Dimensiunile porilor sunt uzual intre 10 A si 100000 A (001 cm) Distributia dupa marime a porilor depinde de tipul de material utilizat si de metoda si de durata procesului de activare
31327 Suprafata internaSuprafata interna a materialelor poroase in general se determinS cu ecuatia BET stabilita de
Brunauer Emmett si Teller Ecuatia descrie formarea de strate multiple de gaz condensat care apar atunci cand un gaz adsorbabil (de exemplu azotul) este in contact cu materialul poros Intr-un astfel de test se utilizeaza azot la temperatura de fierbere si presiunea atmosferica (-196 degC sau 77 K)
Ecuatia BET (expresia 318) a fost derivata presupunand urmatoarelebull rata de condensare a moleculelor din primul strat este egala cu rata de evaporare a
moleculelor din zonele acoperite cu un singur strat de moleculebull caldura de adsorbtie peste primul strat este constants si egala cu caldura de lichefiere
qqm=b(PPS)(1-PPs)(1-PPS+bPPS) ( 3 1 8 )
In care Ps - presiunea de vaporizare la saturatie la temperatura utilizata in test uzual 1 atm
q - cantitatea de substanta adsorbita la presiunea P
qm - cantitatea de substanta adsorbita numai cand se constata acoperirea totala a suprafetei cu un strat monomolecular
b - constanta determinata experimental
In figura 336 se prezinta o relatie tipica intre marimea porilor si suprafata totala Suprafata cumulativa este data de insumarea suprafetelor tuturor porilor cu un diametru dat sau mai mare Se remarca faptul ca marea majoritate a suprafetei este atribuita porilor de mici dimensiuni
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI60
3133 Teste uzuale de adsorbtie
In practica se utilizeaza o serie intreaga de teste pentru a determina capacitatea de adsorbtie pentru diferite tipuri de carbune activ Printre acestea se mentioneaza
- Indicele Iod reprezinta cantitatea de iod in miligrame pe gram adsorbit de un carbune activ la echilibru cu o solutie I2-KI cu concentratia 002 N indicele iod indica suprafata totala a porilor cu diametru de 10 A sau mai mare valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 800 - 1000 mgg
Indicele Melasa reprezinta un indicator al puterii de decolorare a carbunelui activ granular in contact cu 0 solutie de melasa la fierbere indicele melasa este in stricta legatura cu suprafata totala a porilor cu diametrul mai mare de 28 A valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 200 - 300
- Indicele Albastru de Metilen reprezinta cantitatea de albastru de metilen adsorbita de 1 g de carbune activ la echilibru in contact cu o solutie cu concentratia 1 mg1 de albastru de metilen Albastrul de metilen are greutatea moleculara 320 si indica suprafata totala a porilor cu diametrul de 15 A
- Activitatea tetraclorurii de carbon tetraclorura de carbon CC14 este un compus molecular mic si poate intra in toti porii In acest test un curent de aer este saturat cu CCI4 la 0 degC si este trecut printr-un strat de carbune activ mentinut la 25 degC pana cand nu se mai detecteaza nici o schimbare in greutate Activitatea este greutatea CCI4 adsorbita pe unitatea de greutate de carbune activ exprimata procentual Valorile uzuale ale acestui indicator sunt in gama 60 -80
- Indicele butan este similar activitatii tetraclorurii de carbon valoarea acestuia este exprimata grame de butan adsorbite pe 100 ml carbune activ valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 7 - 8 g 100 ml carbune activ
- Indicele FINAD stabilit de cercetatorul C Gomella si reprezinta un produs al mai multor indici F - fenol I - iod N - indol A - antipirina D - detergent
316 Deferizarea si demanganizarea apei
Fierul (Fe) si manganul (Mn) sunt elemente care se gasesc frecvent in mediul subteran si in apa apar in concentratii pana la 10 mg1 (Fe) si 2 mg1 (Mn) Prezenta fierului si manganului in apele potabile pot genera urmatoarele probleme
bull produce gust metalic dezagreabil
bull coloreaza tesaturile si echipamentele sanitare
bull formeaza precipitate in conducte care favorizeaza dezvoltarea bacteriilor feruginoase (Chrenothrix) acestea modifica regimul hidraulic calitatea apei distribute si favorizeaza fenomenele de coroziune
3161 Echilibrul fierului si manganului in apa
Fierul si manganul sunt prezente dizolvate in solutiile apoase sub forma Fe2+si Mn2+ Concentratia in oxigen a apelor subterane care contin Fe si Mn este nula Din namolurile situate in
2+ ~
zona anaeroba din hipolimnion se elibereaza ioni de Fe2+ si Mnz+ in apele lacurilor In numeroase ape naturale se remarca prezenta Fe3+ asociata cu substantele humice Stabilitatea fierului si manganului in apa depinde de numeroase variabile
bull pH-ul apei
bull concentratia diferitelor elemente chimice
bull potentialul de oxido-reducere (Eh) al solutiei
In figura 341 se prezinta diagrama de stabilitate a formelor fierului in solutie in aceasta diagrama o curba (linie) reprezinta locul geometric pentru care concentratia celor doua substante este aceeasi De exemplu linia 1 reprezinta solutia pentru care O2 si H2O au aceeasi valoare Aria cuprinsa intre curbele 1 si 2 reprezinta aria de stabilitate a compusilor de Fe Chimia manganului este asemanatoare cu cea a Fe Astfel la pH si Eh reduse Fe si Mn sunt stabile in forme bivalente
2 Camera sitelor rotative sitele rotative sunt formate din panouri de sita cu ochiuri relativ mici (1-3 mm) articulate si trecute peste doua tambururi - unui sus (motor) si altul jos (pasiv) apa trece prin panourile de sita sunt retinute pe sita impuritatile mari plutitorii in general si apoi panoul descarcat se ridica permanent ajungand deasupra nivelului apei in fata unui jet de spalare
3 Camera cu rol de bazin de aspiratie pentru pompele din camera 4
4 Camera uscata care adaposteste pompele treapta I (care trimit apa de la sursa la statia de tratare) In cazul in care nu se dispune de pompe cu ax vertical (care au motoarele montate pe platforma superioara) pot fi prevazute fi prevazute si pompe cu ax orizontal cu luarea unor masuri importante de pastrare uscata a camerelor
Cand sunt disponibile pompe cu ax vertical camerele 3 si 4 pot fi unificate In partea superioara a constructiei se prevad camera de comanda camera de manevra a vanelor si pompelor de epuisment camera motoarelor pompelor verticale si sala transformatoarelor (daca este cazul) Nivelul planseului se executa de obicei cu circa 07 m peste nivelul maxim al apelor raului cu asigurarea 1 In fata prizei se executa o pasarela de acces a personalului pentru curatarea gratarelor de la priza si indepartarea plutitorilor si ghetii Gratarele sunt rare cu distante intre bare de 3 - 10 cm
Admisia apei in priza se face prin doua serii de ferestre - o fereastra sub nivelul minim si o fereastra sub nivelul maxim Viteza de trecere a apei este de 02 - 03 ms iar nivelul de apa peste marginea de sus a ferestrei de minimum 050 m
La nivelurile mari in rau se lucreaza cu fereastra de sus pentru a evita antrenarea in priza a aluviunilor mari care sunt tarate de apa la partea de jos a albiei Pentru inchidere fiecare fereastra are in spate o stavila plana manevrabila de la suprafata In fata ferestrelor gratarele sunt rare din bare rotunde (teava) sau profile si se pot curata cu greble mecanice (la prizele mari) sau manual Gratarele trebuie sa fie executate cu atentie si iarna se pot inlocui cu gratare din lemn sau se pot lua masuri speciale pentru a se evita prinderea zaiului de barele metalice (bune conducatoare de caldura)
Zaiul este gheata in cristale fine care pluteste in masa de apa Pentru a evita blocarea cu gheata au fost imaginate mai multe sisteme toate fiind insa perfectabile Astfel la centralele termice sau industriale unde exista abur rezidual sau apa calda se transforms gratarul in radiator prin interiorul tevilor circuland agentul de incalzire sau se toarna apa calda inaintea gratarului astfel incat apa care trece prin gratar sa aiba 01 - 05degC In alte cazuri s-a transformat gratarul in rezistenta electrica legandu-1 la o sursa de tensiune convenabila (putere instalata de cca 10 kWhm2) consumul de energie este relativ mare iar pericolul de accidentare este ridicat S-a recurs si la imbracarea barelor gratarului in cauciuc ebonita sau mase plastice in scopul impiedicarii zaiului sa se prinda de bare In foarte multe cazuri insa se sparge gheata la priza cu unelte manuale atunci cand se constats ca nu mai intra apa suficienta operatiune foarte grea si riscanta In cazul in care apa raului contine in anumite perioade o cantitate mare de suspensii se poate aseza priza nu pe malul raului ci intr-un bazin executat pe malul raului iar apa raului parcurgandu-1 se produce deznisiparea
Foarte importante sunt forma sub care se amenajeaza intrarea apei din rau in bazin (existand riscul aparitiei depunerilor) si modul in care se reuseste sa se faca evacuarea depunerilor din bazin In literature de specialitate se citeaza si alte posibilitati de folosire a acestor bazine Uneori aceste bazine au fost executate sub forma de canale lungi cu priza la caparul eel mai departat Curatirea canalului se poate face prin dragare
Sunt situatii insa in care din motive locale debit mare si curgere gravitationala captarea poate fi mai simpla Captarea poate avea un singur compartiment pentru debite mici sau poate fi organizata pe linii pentru usurinta exploatarii Intrarea apei se face pe sub un timpan care evita socul plutitorilor cu gratarul si dirijarea acestora in aval Pentru punerea la uscat fiecare compartiment se prevede cu batardou demontabil Priza poate avea doua gratare in serie un gratar rar si un gratar des
O mare importanta o are directia de asezare a gratarului fata de directia circuitului de apa asezarea corecta este data de conditiile locale si uneori sunt necesare studii detaliate pe model in laborator Gratarul se poate aseza paralel cu curentul de apa putin oblic astfel incat apa sa atace gratarul sub unghiul eel mai favorabil sau frontal
243 Captari cu regularizarea albiei
Sunt situatii in care pe rau exista debitul de apa necesar pentru captare dar albia este atat de dezvoltata incat inaltimea apei nu permite derivarea debitului necesar In aceasta situatie este nevoie de inaltarea (cresterea) nivelului apei Una din solutii este de a ingusta albia prin lucrari artificiale de regularizare Intrucat asemenea lucrari de regularizare pot fi necesare si in alte cazuri (stabilirea albiei minore de exemplu) vor fi date cateva elemente generale urmand ca in caz de necesitate sa se apeleze la lucrari de specialitate Lucrdrile de regularizare se prevad si se executa cu respectarea urmatoarelor reguli generale
bull la ape mici curgerea sa fie cea dorita (stabila catre priza) iar la ape mari sa nu se produca inundatii in zonele vecine (sa nu se reduca din capacitatea de transport a albiei)
bull lucrarile sa se execute in etape pentru a se putea cunoaste reactiile la noile conditii si pentru a se putea cunoaste reactiile la noile conditii si pentru a se putea face corectari in etapele urmatoare
bull tipurile de lucrari sa se incadreze in peisaj
bull lucrarile sa nu stanjeasca circulatia apei pentru alte folosinte sau sa produca baltirea apei cu efecte de insalubritate
bull sa se prevada lucrari cu materialele din zona
bull sa fie folosita tendinta naturala de curgere a apei puterea si capacitatea colmatata a curentului
In figura 38 sunt schitate tipurile de lucrari mai des utilizate lucrari in albie (diguri de dirijare traverse de colmatare epiuri) si lucrari de aparare si consolidare a malurilor Elementele constructive tip sunt in general executate printr-o combinatie rationala de
bull combinatie de lemn cu piatra (casoaie suluri si saltele de fascine)
bull combinatie de piatra cu metal (gabioane)
bull anrocamente (piatra mare sparta)
bull beton beton armat sub forma de constructii masive sau elemente prefabricate
bull constructii vii formate din inierbare vegetatie mica (se ia in considerare capacitatea de transport a
albiei la ape mari)Apardrile de mai sunt lucrari de consolidare a malului raului impotriva efectului de eroziune al apei
la viteze mari Acestea pot fi lucrari foarte simple cum sunt taluzele inierbate cu unele elemente simple de fixare sau lucrari mai complicate ca taluz pavat cu elemente de beton zidarie de piatra rostuita sau nu
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
Figura 213 Lucrari de regularizare a albiei Tn zona prizeiLegends a - plan cu tipurile de lucrari b - tipuri de aparari de mai 1 - cu
casoaie 2 - cu dale din beton armat 3 - cu elemente mixte (zidarie de piatra secti Tnierbare) c - diguri epiuri executate din 1 - gabioane 2 - anrocamente
22
zidarie de sprijin din zidarie beton sau beton armat La constructive de mai trebuie tinut seama ca in afara de efectul de erodare si de afuiere a patului de sprijin actioneaza si impingerea malului
Digurile longitudinale sunt lucrari executate in albie care au rol de a dirija pe o portiune un spatiu relativ fix apa raului Se realizeaza din anrocamente cu marime suficienta pentru a nu fi antrenate de apa prefabricate de beton gabioane (piatra de rau balast inchis in casete de sarma zincata pentru a obtine o stabilitate generala mare - elemente simple ieftine si stabile atata timp cat sarma de la cos nu cedeaza sub efectul eroziunii si coroziunii) casoaie din lemn blocuri de beton legate elastic etc Capetele acestor diguri trebuie sa fie bine aparate eventual legate cu cate un epiu astfel incat curentul de apa sa nu patrunda in spatele digului Daca digurile sunt deversate vor fi luate masuri constructive contra afuieri sau spalarii patului cu efect imediat asupra stabilitatii constructiei
Epiurile sunt ca si digurile constructii permeabile rezistente la actiunea apei submersibile sau nu care dirijeaza apa raului pe un anumit spatiu si favorizeaza colmatarea treptatS a spatiului dintre ele Ca pozitie pot fi dirijate spre aval normal pe albie sau orientate spre amonte Se executa din aceleasi materiale ca si digurile Daca albia are un pat usor afuiabil inainte de executia digului propriu-zis se amenajeaza un pat elastic din saltele de fascine sau numai rulouri de fascine O atentie deosebitS se da capului epiului (partea terminals dinspre apa) care este elementul eel mai solicitat Totdeauna coada epiului trebuie bine incastrata in mai pentru a nu permite apei sa-1 ocoleasca
Traversele de colmatare sunt diguri scurte executate din umplutura de material local protejata cu anrocamente mari pe albia minora ce trebuie pSrSaitS sau pe bratele auxiliare care trebuie sa fie colmatate L ape mari spatiul dintre traverse se umple cu aluviuni si in timp traseul vechi al albiei minore dispare
Toate constructiile enumerate anterior si altele asemSnStoare imaginate de specialisti trebuie sa fie verificate si la efecte (in perioada de primavara nu trebuie sa se permita formarea de zSpoare -blocuri de gheata spartS aglomerata care favorizeaza inundatiile) Pe zonele de rau regularizate tipurile de constructii pentru captarea apei sunt similare cu cele pentru albia neregularizatS dar cu adancime suficientS a apei De altfel totdeauna cand se executa constructii legate de apa vor fi luate si masuri de stabilizare a albiei in zona afectata
244 Captari cu baraj de derivatie
In cazul in care pe rau nu se poate asigura nivelul minim necesar pentru captarea apei iar regularizarea albie nu este posibila sau rationala se recurge la executarea unei constructii pentru ridicarea artificials a acestuia dacS debitul captat este important iar fenomenele de iarnS nu pun probleme deosebite
Pentru a nu crea prejudicii pentru alti beneficiari constructia numita stdvilar sau baraj de derivatie trebuie sa asigure concomitent urmStoarele conditii
bull sa fie stabilS la actiunea dinamicS a apei
bull sa permita evacuarea debitelor mari fSrS a provoca inundatii sau deteriorarea altor constructii
bull sa permits evacuarea gheturilor de primSvarS
bull sa asigure navigatia plutaritul circulatia pestilor sau alte folosinte etc Forma
captSrii depinde de
bull marimea debitului captat raportul debit captat debit rau
bull variatia debitului raului si aluviunilor transportate
bull posibilitStile de executie
bull amplasamentul efectiv al prizei (natura albiei adancimea stratului impermeabil inSltimea malurilor etc)
In continuare sunt date cateva exemple de constructii caracteristice pentru asemenea prize
Captarea pentru debit mare realizabilS pe un rau mare pentru localitSti industrii irigatii energie etc Are alcStuirea generals din figura 214
Intre douS culei (o culee este o constractie de legSturS intre constructia dintre albie si mai) se executS elementul de barare a albiei adicS de ridicare a nivelului apei la cota minimS necesarS Aceasta poate fi un prag - baraj deversor dacS lungimea disponibilS si cota malului permit
evacuarea debitelor mari de rau sau baraj cu stavile mobile (stavilar) care se pot ridica sau culca (intr-un locas special prevazut) in radier lasand libera sectiunea pentru evacuarea apelor mari Sunt si cazuri in care din cauza deschiderii mari a albiei s-a adoptat o solutie mixta partial cu stavile partial cu baraj deversor sau uneori si cu baraj nedeversant
Pe malul opus captarii se executa daca este cazul ecluza pentru navigatie sau plutarit cu dimensiunile cerate de beneficiar si aproape totdeauna o scara de pesti pentru a asigura circulatia libera a pestilor intre cele doua biefuri (un bief este zona de rau aflata amonte sau aval de constructia considerate) Pe acelasi mai cu priza se gasesc doua deschideri de spalare prevazute cu vane plane care stau totdeauna partial deschise astfel incat debitul de apa care nu se capteaza sa nu deverseze peste baraj ci sa treaca pe sub aceste stavile
Se reaminteste ca in nici un caz nu este permisa captarea integrals a debitului raului in sectiunea respectiva o parte a debitului raului trebuie sa treaca in aval pentru mentinerea intr-o stare salubra a zonei (altfel devine depozit de gunoaie pe timp de ape scazute) asigurarea apei pentru vietuitoare si vegetatie Debitul ramas in albie este numit debit de servitute (Qs) Spalarea este necesara intracat prin ridicarea locala a nivelului apei s-a realizat in amonte o reducere locala a pantei energetice a curentului de apa Aceasta reducere conduce la micsorarea capacitatii de transport deci micul lac ce se creeaza in spatele barajului se umple repede cu aluviuni Umplerea se face si in dreptul gratarului fiind periclitata adancimea de intrare minima altfel spus se realizeaza ridicarea locala a fundului albiei Lasand libera circulatia apei langa gratar se produce continuu o spalare a depunerilor din cauza vitezei mari realizate sub stavilele de spalare
in unele cazuri prima pila a barajului a fost prelungita cu un pinten formand un fel de canal in fata prizei Apa circuland cu o viteza comparabila cu cea existenta in rau inainte de barare evita producerea de depuneri in fata prizei
Atat in dreptul stavilelor de spalare cat si al barajului deversor in aval se executa un disipator de energie al carui rol este de a reduce viteza apei la o limita care sa nu produca eroziuni spalari in aval de constractie spalari care ar putea periclita stabilitatea acesteia
Priza este o deschidere in culee protejata cu un gratar contra plutitorilor Pentru a evita antrenarea aluviunilor mari in priza aceasta se prevede cu un rag (grataral se aseaza deasupra fundului albiei la 05 - 10 m) Pentru a nu favoriza blocarea gratarului cu plutitori viteza de trecere este redusa 01 - 05 ms din care cauza priza are o forma de palnie Intrarea poate fi inchisa cu stavile Daca deschiderea totala este mare ea se poate reduce cu ajutorul unor pile intermediare Lungimea unei stavile nu va depasi 250 m altfel dispozitivele de ridicare a stavilelor devin greoaie In pile inaintea nisei stavilei se lasa profile U inglobate in beton cu deschiderea spre apa pentru a se putea lansa batardoul (umplutura din elemente grinzi de lemn sau metal) in scopul punerii la uscat a incintei pentru eventuale reparatii Deoarece dupa gratar viteza apei scade mult se produc depuneri care pot afecta circulatia pe canalul de legatura Spalarea lor se poate face cu o golire secundara - de spalare (vezi figura 214) Daca se inchide plecarea spre beneficiar (stavila V2) si se deschide stavila V3 se poate asigura o circulatie fortata cu 0 viteza cu 0 viteza mare (diferenta de nivel amonte-aval este mare) Daca debitul pe rau este suficient iar gratarele au o suprafata mai mare decat cea strict necesara se poate merge cu vana V3 partial deschisa - spalarea facandu-se continuu Pentru evitarea antrenarii plutitorilor mari si a ghetii in sloiuri la gratar se amenajeaza un perete de lemn scufundat partial (05 m) sau o linie de busteni legati articulat (care plutesc) Fenomenele de iarna sunt cele mai dificile la aceste prize
Captarea tiroleza este 0 captare cu gratar pe creasta (figura 215a) care se adopta in cazul in care debitul raului la ape mici este redus si nu poate asigura spalarea zonei din fata prizei iar debitul captat fiind mic captarea in mai se face greu (la aceasta constractie de captare se executa si o priza de iarna in cazul in care grataral ingheata) Captarea se aplica in zone de munte la rauri cu caracter torential pentru debite nu prea mari (sub lm3s) In unele situatii masivul de beton nu se vede din albie fiind alcatuit dintr-un prag de fund - cu gratar la nivelul fundului apei (grataral este inclinat aval pentru a evita blocarea cu aluviuni mari)
Captarea sub albie se adopta in situatia unor localitati de munte pentru care singura sansa de apa o constituie raul sau paraul care izvoraste de la cote inalte al carui debit scade foarte mult in perioadele de iarna si vara si in cazul care fenomenele de inghet dureaza timp indelungat In aceasta situatie 0 captare in albia raului va fi serios stanjenita iar exploatarea va pune probleme deosebite Pentru evitarea unora din aceste probleme au fost imaginate si executate captari sub fundul albiei intr-o zona in care albia este bine dezvoltata si are un pat de 2-3 m de aluviuni Constructia transversals dreneaza apa la unui din capetele sale unde pe malul raului dintr-un put este prelevata si transportata Aceasta captare se deosebeste insa de captarea subterana a apei infiltrate prin mai sau sub fundul albiei (cu drenuri radicale) deoarece apa captata are tot caracteristicile unei ape de suprafata dramul parcurs prin patul aluvionar fiind foarte scurt o asemenea apa are o turbiditate mai mica decat apa captata direct din rau
Schema unei captari sub albie numita uneori si caucaziana este data in figura 215b iar schema unei captari proiectata pentru extinderea provizorie a alimentarii cu apa a unei localitati din tara - la un debit de 10 dm3s in figura 215C
Din figura se observa ca in patul aluvionar al raului se executa o constractie permeabila care dreneaza apa ce se scurge prin subteran sau care se infiltreaza direct asupra constractiei In fata acestei constructii si deasupra ei se executa un blocaj din anrocamente care sa permita accesul mai bun al apei si totodata sa stabilizeze constructia contra efectului dinamic la ape mari (captarea lucreaza ca un prag de fund stabilizator)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 25
Captarea este relativ simpla usor de executat si cu rezultate bune in exploatare Trebuie insa data o atentie deosebita posibilei colmatari a zonei de acces la elementul drenant din cauza apei ce confine fibre de dimensiuni mici (celuloza si hartie) material ce se colmateaza etc
26 Captari din lacuri
Tara noastra nu dispune de lacuri naturale de volume importante care sa poata folosi drept sursa de apa Din aceasta cauza captarile vor fi analizate din punct de vedere al prelevarii apei din lacurile artificiale
In etapa actuala in tara noastra executarea de captari cu debite importante din majoritatea raurilor interioare nu se pot face fara o regularizare a debitului deoarece desi regimul precipitatiilor este relativ uniform (200-2000 mman) distributia in timp este foarte neuniforma Aceasta face ca in perioadele de primavara si toamna debitele sa fie foarte mari iar in perioada de vara si mai ales iarna debitele sa scada la valori extrem de mici cu totul insuficiente pentru alimentarea folosintelor Regularizarea debitelor se face prin lacuri de acumulare special create (bazine uriase cu volume de zeci de milioane-miliarde de metri cubi) care acumuleaza apa din rau in perioadele de viitura si permit folosirea acesteia la debitele dorite
Este insa evident ca un asemenea lac nu se poate crea decat printr-o constructie specials de blocare a albiei numita baraj constructie care prin amploare si efort de investitie pune probleme deosebite Din aceasta cauza executarea unor asemenea lucrari se face prin cooperare cu alti beneficiari lacul urmand sa aiba o folosinta complexa dupa cum urmeaza
bull va reduce viiturile si va permite protej area localitatilor si scoaterea unor suprafete de sub efectul inundatilor redandu-le circuitului agricol
bull volumul de apa acumulat confine o cantitate mare de energie hidraulica energie care poate fi transformata in cadrul centralelor hidroelectrice in energie electrica si data in circuitul energetic al tarii
bull o parte din volumul de apa acumulat poate fi preluat pentru irigarea unor importante suprafete de teren
bull parte din lac poate fi amenajat ca zona de agrement dezvoltand zona din punct de vedere turistic
bull se poate imbunatati regimul de curgere in aval cu efect si asupra calitatii apei
Din punct de vedere al alimentarii cu apa lacul are eel putin in prima perioada un efect favorabil apa prelevata fiind in general mai limpede si mai constants sub raport calitativ Aceasta presupune insa preluarea apei direct din lac (varianta I din figura 216) lucru care poate dezavantaja pe alti beneficiari (cei care se ocupa de producerea energiei de exemplu)
Pe de alta parte apa stationand mult timp in lac isi modifica calitatea iar prin descompunerea depunerilor si dezvoltarea unor microorganisme specifice apa poate sa capete gust neplacut (gustul este diferit de eel al apei de rau care este apa curgatoare) De aceea uneori apa este acumulata dar nu este captata din lac ci uzinata si lasata sa curga pe vechea albie pentru a se aera (varianta Il-a din figura 216) Solutia este
Figura 215 Captari speciale a - captare tiroleza b - captare cu galerie transversala pe fundul albiei c -
dren sub fundul albiei
favorabila in cazul in care utilizatorul de apa se afla la distanta mare Daca centrala functioneaza continuu atunci captarea se poate face in curent liber daca insa centrala (UHE) functioneaza in regim de varf (cum de obicei functioneaza asemenea centrale cateva ore in cursul zilei) atunci avalul inainte de priza trebuie prevazut un lac de compensare zilnica a debitelor lac care sa retina apa uzinata in regim neuniform si sa permita captarea unui debit relativ constant Cele doua variante aratate schematic in figura 216 trebuie comparate ca avantaje si dezavantaje
Priza de apa poate fi realizata in corpul barajului in aval de baraj sau in lac Elementele care conduc la stabilirea solutiei sunt
bull pozitia utilizatorului de apa fata de lac captare din lac daca acesta este amplasat amonte si departe de baraj in baraj sau aval pentru un consumator aval sau din alt bazin hidrografic
bull marimea lacului variatia nivelului apei in lac
bull existenta unei salbe de lacuri pe raul respectiv
bull utilizarea rationala complexa a apei acumulate (de regula la stabilirea amplasamentului lacului se statueaza si modul de folosire al apei)
bull tipul de baraj si simultaneitatea executiei barajului cu priza pentru folosinte de apa in general dupa executarea barajului priza poate fi numai in aval sau in lac
bull conditiile reale de teren trebuie tinut seama ca baraj ele cu lacuri mari de acumulare sunt situate in zona de deal - munte
bull conditiile rationale de tratare a apei obtinute din lac
261 Priza tn aval de baraj
Se poate executa oricand inainte si dupa executia barajului in forme si la debite adecvate Sunt posibile urmatoarele tipuri de captari
bull captari in curent liber de forma celor descrise anterior pe raul pe care debitul regularizat prin lac are valori mult mai mari
bull captari in baraj sau in lac in cazul in care lacul are ca principals folosinta alimentarea cu apa sau cand barajul este realizat pentru un lac de compensare a debitelor rezultate de la functionarea unor centrale hidroelectrice din amonte
bull captari in lac in cazul in care lacul compenseaza folosinta energetica iar beneficiarul este departe de baraj in amonte
262 Prize Tn corpul barajului
Sunt gandite si executate odata cu barajul astfel incat sa nu pericliteze siguranta in functionare a acestuia dar sa poata preleva apa de calitatea cea mai buna existenta la un moment dat in lac
In cele ce urmeaza sunt date exemple de captari de apa executate in baraj Daca barajul este din beton priza este de regula comuna cu barajul (figura 217)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 27
apa curgatoare Barajul care realizeaza lacul de compensare este din materiale locale cu un sistem de stavile pentru spalarea depunerilor de viitura (figura 219)
In figura 220 este schitata captarea dintr-un lac al carui baraj este executat din materiale locale cu miez de etansare din argila Captarea se executa total izolat de baraj (in malul natural sau in lac figura 221 - pentru a nu-i produce dificultati barajului prin exfiltrarea apei pe langa sistemul de transport al apei) si pentru ca priza sa nu aiba dificultati la tasari neuniforme ale barajului Apa captata din priza turn de la cote diferite functie de calitatea acesteia este evacuata prin conducte sau galerii amplasate in malul natural
Acest tip de captare poate fi aplicata si in alta pozitie in cuprinsul lacului pentru beneficiari riverani - amonte de baraj
Cand principala folosinta a lacului este de combatere a undei de viitura captarea poate avea o forma speciala (figura 222) Captarea este amplasata la o cota deasupra rezervei destinata acumularii depunerilor din lac si trebuie sa evite blocarea cu corpuri mari ce pot cadea prin apa intrucat nu este accesibila decat la ape mici - lac gol sau lac golit
263 Captari in lac
Se utilizeaza atunci cand in amplasament nivelul apei este asigurat intotdeauna deasupra unor valori limita Se pot practica o captare de tip turn (figura 221) cand debitul captat este important iar nivelul lacului relativ constant o captare plutitoare cand alimentarea cu apa este sezoniera sau conditiile de iarna nu sunt severe o captare de fund cand lacul este de adancime mare si cu un volum de apa important (figura 223a)
Captarea de fund este formata dintr-un sorb (pot fi prevazute mai multe asemenea constructii separate) asezat pe o confectie metalica stabila de tip tetrapod Se amplaseaza deasupra nivelului (apreciat) de colmatare si sub nivelul minim al apei din lac (acoperire mai mare pentru a o feri de plutitori) Zona captarii va fi balizata pentru a fi ferita de accesul plutitorilor si a putea fi usor reperata pentru control se marcheaza si zona de protectie daca este cazul Conducta de legatura (suficient de elastica daca are lungime mare) se lanseaza prin plutire si poate permite ridicarea prizei in caz de nevoie Captarea va fi amplasata la o asemenea adancime incat sa nu fie deplasata de valuri si totodata nu intr-o zona in care valurile pot pune in miscare depunerile de pe fund si deteriora calitatea apei Captarea este tipica pentru prelevarea apei din lacurile naturale (figura 223b)
Existenta lacurilor de acumulare ridicS probleme importante sub trei aspecte generale aspecte care pot influenta calitatea apei captate siguranta in functionare a prizei sau si a zonelor vecine
bull pentru lacurile mici problema cea mai importanta este legata de colmatarea cu aluviuni lipsa masurilor de protejare amenajare si stabilizare a solului in bazinul hidrografic conduce la antrenarea unei mari cantitati de sol (mai ales fertil) care blocheaza in scurt timp volumul lacului
bull pentru lacurile cu volum mediu (milioane de m3) problema cea mai importanta este eutrofizarea apei lacului
bull pentru lacurile mari (sute de milioane m3) problema importanta este imbdtrdnirea lacului (o eutrofizare lenta avand ca punct final obtinerea unei ape de calitate total deosebitS de aceea a raului din care pro vine)
Eutrofizarea lacurilor este o problema acuta a multor lacuri din zone de ses si colinare Cauza principals este aportul de substante fertilizante (fosfor carbon azot) Fosforul (adus in apa in special din apele uzate orSaenesti - neepurate adecvat) in cantitSti mici favorizeaza randamentul de functionare a fitoplanctonului care la randul lui favorizeazS fixarea azotului cu ajutorul bacteriilor Dezvoltarea fitoplanctonului favorizeazS dezvoltarea zooplanctonului si deci a populatiei de pesti
DacS fluxul energetic si aportul de substante este moderat atunci ciclul se incheie devine stabil si lacul isi pSatreaza calitatea de lac oligotrof (figura 224a) In cazul in care cantitatea de fosfor creste creste volumul de fitoplancton deoarece nu exista suficient azot si lantul se rupe Zooplanctonul si pesti mor substantia organicS creste bacteriile consumS oxigenul si lacul devine eutrof acoperindu-se cu vegetatie (care are rSdacinile in malul situat pe fundul lacului si frunzele la suprafata realizand fotosinteza figura 224b) Consumarea oxigenului de cStre substantele in descompunere si capacitatea redusa de aerare fac ca apa lacului sa aibS de regulS un continut mai redus de oxigen
Daca se reduce cantitatea de nutrient (in special fosforul) dupa un timp calitatea apei se imbunatateste neajungand insa la calitatea initials (se considers ca un continut Tn fosfor de 10-20 mgl este acceptabil)
Imbdtrdnirea lacurilor este fenomenul de modificare continuS a calitatii apei lacului ca urmare a noului echilibru ce se realizeazS intre aportul de substante si circulatia apei Apa care ajunge in lac este o apa cu continut ridicat de substante minerale si organice Acestea se depun se descompun intra in reactie formand substante noi cu continut de Fe N S C (H2S CH4) substante care modifies chimismul apei Pe baza aportului de substante si sub influenta luminii creste productia de masa organica (schema lacului oligotrof) Apare un fenomen nou de circulatie a apei in lac vara apa de la suprafata este calda deci mai usoarS toamna insa apa se rSceste devine mai rece decat apa de la fundul lacului (are cca 4degC sub 15 - 20 m temperature ramane relativ constants) deci devine mai grea (densitatea creste la scaderea temperaturii) si coboarS inlocuind apa mai calda de adancime apa care se ridicS (depunerile mai pot fi agitate si de valurile de la suprafata)
Pozitia captarii in lacurile adanci trebuie sa fie totdeauna in zona medie cu temperature relativ constants (6 - 12degC) si unde nu se simte direct influenta descompunerilor ce se produc la fundul lacului (sau tulbureala datS de depunerile rSacolite)
28 Procese de pre-tratare aplicarea de algicide
Algele sau cianobacteriile (algele verzi-albastre) din lacurile si acumularile de stocare pot crea probleme de gust si miros precum si aparitia unor substante ce provoaca imbolnaviri (toxine) Pentru controlul dezvoltarii algelor sau cianobacteriilor se pot folosi compusi care distrug algele (algicidele) Daca are loc un eveniment legat de utilizarea algicidelor (calitatea apei este afectata de utilizarea unui algicid) pot avea loc urmatoarele
bull daca se utilizeaza algicide in exces substanta chimica poate provoca imbolnaviri
bull daca volumul de alge sau cianobacterii este prea mare si nu poate fi controlat de algicid toxinele din alge cianobacterii pot provoca imbolnaviri
bull daca se utilizeaza ca algicid paiele de orz substantele din paie pot reactiona cu dezinfectantele si forma subproduse ce provoaca imbolnaviri
Aplicarea de algicide in sursa de apa poate prezenta riscuri pentru sanatatea si siguranta muncii operatorilor Acestea sunt recunoscute dar nu vor fi discutate deoarece astfel de riscuri fac obiectul legislatiei muncii si protectiei muncii Algele sau cianobacteriile din sursa de apa pot interfera cu functionarea statiei de tratare Un bun control al cresterii lor face sa se diminueze necesitatea pre-oxidarii Se reduce de asemenea cantitatea de dezinfectant ce se pierde in reactia cu algele sau cu substantele pe care acestea le elimina in apa
31 Alcatuirea statiilor de tratare a apei
Rolul statiei de tratare este de a corecta calitatea apei brute pana la atingerea cerintelor utilizatorului Exista o multitudine de procese de tratare care se utilizeaza in practica insa schema generala a unei statii de tratare (figura 31) cuprinde
bull trepte multiple de oxidare (pre-oxidare post-oxidare) cu scopul de a oxida compusi chimici dar si de a realiza bariere succesive in calea micro-organismelor
bull procese de limpezire a apei care constau in
o coagulare-floculare cu reactivi chimici in camere de reactie special amenajate
o decantarea apei pentru retinerea suspensiilor coagulate
o filtrarea pe strat de nisip pentru finalizarea procesului de limpezire
bull afinarea apei constituita din oxidare cu ozon urmata de adsorbtie pe carbune activ granular cu scopul indepartarii anumitor compusi chimici toxici
bull dezinfectia apei pentru indepartarea totala a virusurilor bacteriilor si altor micro-organisme din apa treapta obligatorie in Romania conform Legii privind Calitatea Apei Potabile nr 4582002
3
Pentru eliminarea duritatii se pot adopta scheme cu schimbatori de ioni sau cu reactivi chimici (var si soda) in functie de tipul duritatii (temporara sau permanenta)
Orice statie de tratare este deservita de anumite facilitati pentru intretinerea proprie Printre acestea se mentioneaza
bull statia de reactivi chimici cu rolul de a stoca prepara si doza reactivii necesari procesului de tratare (coagulanti floculanti agenti dezinfectanti corectie pH etc)
bull sisteme de spalare filtre rapide constituite din statii de pompe si de suflante
bull laborator pentru a determina corectitudinea procesului de tratare dar si calitatea apei produse
bull alte facilitati printre care se mentioneaza sisteme de recuperare a apei de la spalare filtre si a namolului din decantoare
311 Exemple de statii de tratare
O schema de tratare cu filtrare directa este prezentata in figura 32 Uzina de apa a orasului Los Angeles - SUA (Los Angeles Aqueduct Filtration Plant) are o capacitate instalata de 185 m3s filiera tratare fiind prezentata in cele ce urmeaza
bull pre-oxidare cu ozon 4 generatoare care produc 3780 kg CVzi (doza medie ozon 15 mgdm3) 4 bazine de contact (timp de contact minim 49 min)
bull coagulare (amestec rapid) 8 camere de reactie echipate cu agitatoare dinamice timp minim de amestec 086 s pentru doua camere inseriate Reactivi utilizati clorura ferica sulfat de aluminiu polimeri anionici si neionici soda caustica clor
bull floculare 36 camere de reactie lenta timp minim de reactie lenta 8 min pentru 3 bazine inseriate
bull filtrare 24 unitati (aria unei unitati A=160 m2) strat de antracit cu inaltimea de 24 m viteza de filtrare 175 mh care asigura un timp de contact de 10 minute
bull dezinfectie finala cu clor (doza maxima clor 56 mgdm3)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 3
Un alt exemplu de schema de tratare care nu cuprinde treapta de decantare este uzina de apa Ivry (Franta) modernizata in 1987 (debit instalat Q = 300000 m3zi) Dupa modernizare uzina cuprinde urmatoarele procese (figura 33)
bull pre-oxidare cu ozon doza uzuala 10 mg CVdm3
bull coagulare (amestec rapid) cu clorura ferica (5 - 10 mgdm3) si polimer anionic (0025 -005 mgdm3)
bull pre-filtrare faza I - (coagulare pe masa de contact) 18 unitati de 815 m2 strat biolit 10 m viteza de filtrare maxima 10 mh
bull floculare cu clorura ferica (2-6 mg Fe3+dm3) si polimer (005 - 10 mgdm3)
bull pre-filtrare faza II - nisip 22 unitati de 81 m viteza de filtrare 9 mh
bull filtrare lenta 30 cuve (23000 m2) viteza maxima de filtrare 13 mzi inaltime strat 07 m
bull post-ozonare timp de contact 4 minute doza uzuala 04 - 06 mg CVdm3
bull filtrare pe CAG inaltime strat 10 m viteza de filtrare 10 mh
bull dezinfectare finala cu hipoclorit de sodiu
In figura 34 este prezentata o schema tehnologica a unei uzine de apa aplicata in cateva mari uzine de tratare (Qgt2000 m3h) ce preiau apa bruta direct din fluviul Ruhr Schema asigura o eliminare optima a microorganismelor Concentratia de Cryptosporidium in apa raului Ruhr variaza de la 0 la 5 unit(100 dm3) iar concentratia chisturilor Giardia de la 8 la 250 unitdm3 Nu au fost detectate aceste organisme in treptele premergatoare dezinfectarii Se remarca prezenta treptelor de filtrare incepand cu filtrarea mecanica pe microsite in capatul amonte al filierei de tratare si continuand cu un pachet de trei trepte de filtrare (dublu strat carbune activ granular si filtre lente) care asigura o eficienta foarte mare din punct de vedere microbiologic
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 3
Figura 34 Filiera tehnologica uzina de apa Mulheim an der Ruhr
(Germania)
Un exemplu de schema tehnologica combinata (Q=32 m3s) este prezentata in figura 35 Apa bruta (fluviul Elba) este puternic incarcata in poluanti Filtrarea primara (bazine de infiltratie) reduce de cateva ori incarcarea microbiologica iar in cazul folosirii treptelor de floculare sedimentare si filtrare reducerea incarcarii microbiologice este de circa 9999
Prin curgerea in stratul subteran se obtine o apa ce se incadreaza in normele privind calitatea apei potabile Dezinfectia finala este aplicata pentru a preveni cresterea masei bacteriene in sistemele de distributie Uzina este prevazuta a fi modernizata cu treapta de oxidare cu ozon si filtre multistrat
In Elvetia sunt intalnite in principal scheme complexe de tratare avand la baza procese biologice (figura 36) Treptele de tratare clasice (pre-oxidare cu ozon coagulare-floculare filtrare rapida) sunt urmate de corectia pH-ului si postozonare in fmalul filierei de tratare se prevad reactoare biologice inseriate (filtre CAG activate biologic urmate de filtre lente) Se urmareste in principal reducerea indicatorilor biologici si bacteriologici prin reducerea concentratiilor de carbon organic asimilabil (AOC lt 10 ug Cdm ) Se remarca absenta dezinfectarii finale Se obtine o apa biostabila introducerea acesteia intr-o retea de distributie nu necesita prezenta unui dezinfectant rezidual Se asigura in acest mod o siguranta ridicata la consumator in ceea ce priveste potentialul de formare al trihalometanilor
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 3
33 Procese de oxidare
Procesele de oxidare pot fi intalnite in toate statiile de tratare in doua sectiuni caracteristice ale schemei
bull pre-oxidare in capatul amonte al filierei pentru oxidarea substantei organice plancton inactivare microorganisme obiectul principal este asigurarea functionarii optime a proceselor de tratare si evitarea contaminarii acesteia
bull post-oxidarea amplasat dupa procesele de tratare conventionale (decantare si filtrare rapida pe strat de nisip) urmareste oxidarea totala a micro poluantilor reducerea materiilor organice naturale si inactivarea totala in ape limpezi a compusilor biologici si bacteriologici
331 Pre-oxidare
In mod obisnuit se utilizeaza urmatorii agenti oxidanti clor ozon dioxid de clor 3311 Clorul(Ch)
Clorul se utilizeaza in mod uzual cu doze cuprinse in domeniul 1 - 3 mgl cu timp de contact minim Tc=30 minute in anumite situatii (inflorire algala sau poluare accidentala) dozele pot fi mai mari dar se urmareste evitarea formarii sub-produsilor organo-clorurati (de exemplu trihalometani THM) prin efectuarea de incercari pe apa sursei pentru a se stabili potentialul de formare
Clorul este adoptat frecvent datorita costurilor reduse implicate Reactia clorului trebuie urmarita cu atentie luand in consideratie agentii reducatori (H2S Mn2+ Fe3+) si materiile organice naturale in diagrama din figura 37 se poate urmari procesul de reactie al clorului in apa (clorare la breakpoint) Punctul critic se atinge daca raportul masic intre clor si amoniac variaza intre 81 -101 (teoretic 761)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 40
3312 Ozonul(03)
Ozonul este un gaz violet instabil care degaja un miros iritant caracteristic
Se produce prin descarcari electrice la diferente de potential ridicate intre doi electrozi intre care curge aer sau oxigen pur Eficienta productiei depinde de diferenta de potential frecventa caracteristicile materialului dielectric si spatiul care separa dielectricele Progresele tehnologice din ultimii 20-30 ani au condus la reducerea consumului de energie la 10 - 12 kWh 1 kg O3
Dozele uzuale de ozon sunt in gama 1 - 3 mgCVdm3 iar timpul de contact uzual este Tc=10 minute Se tinde spre adoptarea solutiei cu doua reactoare in serie ca in figura 38 Adancimea apei in reactoare poate atinge 6-75 m
Conceptual reactoarele de ozon functioneaza pe baza interceptarii curentului de apa descendent de catre voalul de bule mici de ozon in miscare ascendents
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
0
4
3313 Dioxidul de clor (CIO2)
Se poate obtine din clorit de sodiu si clor conform reactiei
2NaC102 + Cl2rarr2C102 + 2NaCl (31)
Stoechiometric 1 g dioxid de clor se obtine din 134 g clorita de sodiu si 05 g de clor
Este instabil si exploziv la temperaturi T gt (-40degC) Se produce imediat inainte de injectia in apa La 20degC si presiune partiala de 53 kPa solubilitatea este 4 gdm3
Avantajele utilizarii CIO2 sunt
bull nu formeaza sub-produsi de tip trihalometani (THM)
bull are putere oxidanta mai buna oxideaza fenoli si este foarte eficace la pH peste 85
Dozele utilizate frecvent 01 - 05 mgl timpul de contact fiind Tc = 10 min Se mentioneaza ca pentru doze mai mare de 05 mgl exista riscul formarii de sub-produsi de tip clorati
Reactoarele de pre-oxidare utilizeaza agitatoare mecanice (rezistente la coroziune) care asigura amestecul mecanic cu randamente ridicate intre apa de tratat si solutia de CIO2
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 4
332 Post-oxidare
In filierele de tratare se dezvolta din ce in ce mai mult conceptul de post-oxidare cu ozon pe apa limpezita dupa filtrele rapide de nisip pentru ca eficienta transferului creste se reduc dozele de ozon si oxidarea micro-poluantilor devine mai eficienta
incadrarea procesului de post-oxidare in schema statiei de tratare se realizeaza totdeauna ca infigura 310 n
Dozele de 03 in post-oxidare nu depasesc 2 mgl Principiile reactoarelor de ozon sunt identice cu cele utilizate in pre-oxidare
Post-oxidarea cu ozon combinata cu adsorbtia pe CAG este procesul (denumit afinare) capabil sa asigure
- eliminare totala compusi biologici microbiologici si micropoluanti
- reducere materiilor organice naturale astfel incat TOC lt 25 g Cl
- eliminare pesticide
333 Alegerea oxidantului
Alegerea oxidantului se bazeaza pe analiza calitatii apei caracterizarea marimii poluarii care poate apare (continut materii organice naturale carbon organic total numar de microorganisme perioade duraf deg ce aparitie)
Alegerea agentului oxidant are la baza costuri si implicatii in filiera tehnologica
Tabelul 35 Caracteristici principale Tn alegerea oxidantilor Nr crt
Oxidant Avantaje Dezavantaje
1 Clor-Cl2 - costuri reduse- cunoastere operare- este remanent (rezidual) in reteaua de
distributie
formeaza THM - necesita timpi de contact mari
2 Dioxid de clor - C102 - capacitate de oxidare mai ridicata in raport cu Cl2
- nu formeaza THM- este remanent (rezidual) in reteaua de
distributie
- necesita preparare si dozare instantanee- la doze prea mari poate forma cloraticosturi mai mari in raport cu Cl2
3 Ozon - 03 - cea mai mare capacitate de oxidare- nu formeaza THM
- necesita preparare si dozare instantaneeconsumuri energetice mari- poate forma subprodusi de tip bromaji sau
aldehide- nu este remanent (rezidual) in reteaua de
distributie
4
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 4
Figura 311 Fortele
ce actioneaza asupra
particulelor aflate Tn
apa
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
3511 Deznisipatoare
Sunt destinate sa retina particulele de tip nisip pentru protectia utilajelor din schema statiei de tratare Schema unui deznisipator orizontal este data in figura 313
Figura 313 Deznisipator orizontal longitudinal
1 Gratar 2 Bare de linistire 3 Nisa pentru reparatii Tn caz de avarie 4 Stavilar de intrare 5 Vane de golire 6 Stavilarde iesire 7 Galerie de golire
In zona de intrare a apei in deznisipator se monteaza un gratar rar pentru impiedicarea accesului corpurilor mari in interiorul bazinului Pentru linistirea curentului se monteaza bare verticale de linistire Peretii laterali ai deznisipatorului se executa cu evazare catre exterior pentru a permite preluarea impingerilor survenite din podul de gheata care se formeaza pe timp de iarna la suprafata bazinului Panta radierului bazinului trebuie sa permita evacuarea depunerilor in zona din aval a bazinului Evacuarea depunerilor se poate realiza cu mai multe sisteme
bull prin hidro-mecanizare cu scoaterea din functiune a unui compartiment
bull prin golirea totala a compartimentului (numai pentru debite foarte reduse)
bull cu electro-pompe speciale purtate de o grinda rulanta
3512 Decantoare statice
Sunt destinate surselor cu variatii mari de turbiditate la care 50 - 60 din suspensii sunt de natura minerala (gravimetrice) in figura 314 se prezinta schema unui decantor orizontal longitudinal Elementele principale ale bazinului sunt
bull zona de intrare in care se gaseste un perete de linistire a curentului in partea superioara respectiv canalul de evacuare a depunerilor in partea inferioara
bull decantorul propriu-zis cu radier cu panta catre basa de evacuare a namolului amplasata in zona incipienta a bazinului
bull zona de evacuare a apei decantate care este bordata de un gratar cu rolul impiedicarii accesului plutitorilor
Curatirea decantoarelor orizontale se realizeaza
bull Intermitent prin golire si evacuare depuneri hidraulic sau mecanic
bull Continuu cu ajutorul podurilor racloare care strang depunerile in base special amenajate
Dificultatile in operarea decantoarelor statice se pot sintetiza
bull sunt influentate de factori atmosferici vant gheata insorire
bull miscarea este turbulenta ca structura si particule fine pot fi repuse in stare de suspensie
bull echilibrarea fluxului hidraulic se realizeaza cu dificultate
bull eficienta retinerii nu depaseste 10-15 NTU la apa decantata
37 Filtrarea apei - generalitati
Filtrarea este procesul de limpezire finala a apei (stadiul II) la curgerea printr-un mediu poros de obicei format din nisip cuartos Procesul simuleaza infiltratia apelor superficiale in mediile poroase din subsolul pamantului Procesul este cunoscut si aplicat de mult timp (primul brevet s-a emis in 1830)
Schema generala (figura 323) indica filtrul ca fiind format dintr-un bazin (cuva) in care apa curge in sens descendent traverseaza mediul poros sustinut de un drenaj si ajunge intr-un rezervor de apa filtrata amplasat sub drenaj Sistemul este dotat cu toate instalatiile de introducere -prelevare apa preaplin si golire
Parametrii fundamentali ai procesului de filtrare sunt
bull viteza de filtrare definita (ca viteza aparenta) cu relatia urmatoare
vF = Q A [ m h ] [mzi] (313)
In care
Q - debitul de apa filtrata
A - suprafata orizontala a stratului filtrant in
functie de viteza de filtrare se pot clasifica in
o filtre lente (biologice) - VF = 01 - 025 [mh]
o filtre rapide - vF = 4 - 10 [mh|
o filtre ultra-rapide
bull mediul filtrant - in general nisip cuartos care sa realizeze prin uniformitatea granulelor un volum de goluri in care sa se acumuleze suspensia retinuta din apa caracteristicile sunt diferite pe tipuri de filtre
bull pierderea de sarcina (hr) exprimata ca diferenta intre nivelul apei in cuva filtrului si nivelul apei in rezervorul de apa filtrata este data de colmatarea stratului si este variabila in timp
49
38 Filtre lente
Se bazeaza pe formarea unei membrane biologice constituita din colonii de bacterii aerobe -amplasata la suprafata stratului de nisip (pe primii 2-3 cm) Elementul fundamental este dezvoltarea membranei (in 1 - 3 zile) functie de caracteristicile apei Dupa o perioada (30 - 50 zile) membrana se colmateaza si incepe sa se rupa degradand calitatea apei Aceasta se razuieste (se curata) manual sau mecanic si procesul este reluat In figura 52 se indica schema unui filtru lent
Dispoizitiv de curatat_____________________________membrana biologtca
Figura 325 indica tipurile de organisme care pot fi intalnite pe o adancime de 30 cm in nisipul filtrului lent
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
Nisipul din filtrul lent trebuie sa aiba urmatorii parametri
bull granulozitatea in domeniul dg = 035 - 050 mm
bull coeficientul de neuniformitate ult 15
(314)
In care d6o - diametral ochiurilor sitei prin care trece 60 din materialul cernut
d1o - diametral ochiurilor sitei prin care trece 10 din materialul cernut
01
50
bull inaltimea stratului de nisip H=90-100 cm cand grosimea stratului de nisip ajunge dupa curatiri succesive la 70 - 80 cm este necesara completarea la inaltimea initiala
Solutia filtrelor lente se prevede la debite relativ mici (max 10000 m zi) si surse de apa in general curate (lipsite de alge culoare poluanti toxici) Se pot obtine rezultate performante la ape necoagulate Operarea sistemelor de filtre lente este simpla Procesul de filtrare lenta este asimilat cu procese fizice si biologice Acestea din urma necesita o atentie si urmarire continua in etapele de operare a filtrelor in special referitor la starea coloniilor de bacterii aerobe din membrana biologica
310Filtre rapide
In figura 326 se prezinta schema unui filtru rapid Acesta este constituit din urmatoarele elemente componente
bull sistem admisie apa in cuva - are rolul echirepartitiei debitului catre cuvele de filtre
bull stratul filtrant peste care exista un strat de apa
bull drenaj cu rolul de a sustine stratul filtrant si de a transforma bulele mari in bule fine in procesul de spalare inversa
bull sistem de mentinere a nivelului apei in filtru (pentru filtrele cu functionare in sistem nivel constant si debit variabil)
bull statie de pompare apa de la spalare filtre si statie de suflante
bull instalatii hidraulice grupate in galeria tehnologica cu rolul de a asigura toate utilitatile necesare functionarii corecte a procesului (conducte si vane apa filtrata apa spalare aer spalare preaplin golire etc)
bull rezervor de apa filtrata amplasat de obicei sub toata statia sau in anumite cazuri numai sub galeria tehnologica
Procesul consta in doua etape
bull filtrarea apei parcurgand in sens descendent stratul de nisip si drenajul
bull spalarea filtrului in sens ascendent in doua faze distincte
o faza 1 (durata Ti=5-10 min)
o faza 2 - limpezire (durata Ti=10-15 min)
51
in ultimii 30-40 de ani in lume a existat o preocupare constants pentru perfectionarea procesului in sensul obtinerii performantei in calitatea apei filtrate (turbiditatea sa se incadreze in domeniulOl - 10 NTU)
Mecanismele de retinere in filtrele rapide se pot sintetiza ca in schema urmatoare
3101 Mediul filtrant
Calitatile materialului filtrant sunt urmatoarele
bull domeniul de granulozitate dg = 085 - 2 mm
bull coeficientul de neuniformitate u=d6odio lt 15
bull fractiunile inferioare diametrului 085 mm si superioare dmax 2 mm inferioare procentual la 10 in greutate
bull diametrul efectiv def = dio = 09-1 mm
bull sa realizeze un numar de goluri (porozitate) mare (pgt40)
bull forma granulelor apropiata de sfera pentru obtinerea unui grad de acoperire ridicat
bull continut de roci cuartoase recomandabil peste 95
bull sa aiba duritate (gt 7 in scara Mohs) pentru a nu se sfarama la spalare
Calitatea materialului filtrant influenteaza viteza de filtrare O serie de studii au indicat domeniul optim de granulozitate al nisipului de filtru conform figurii 328
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 52
3102 Calitatea influentului fn corelatie cu materialul filtrant
Pentru realizarea unei retineri eficiente a suspensiilor se impune ca in influentul filtrelor acestea sa fie floculate Aceasta se caracterizeaza prin coeficientul de coeziune al suspensiilor floculate (namol retinut) aceasta caracterizeaza capacitatea de rezistenta la forfecare si depinde de doza de floculant si natura (minerala sau organica a suspensiilor)
Procesul de optimizare a filtrarii rapide a apei ia in considerate principiul un filtru va functiona optim cand va produce cea mai mare cantitate de apa intre doua spalari succesive aceasta se va realiza cand timpul in care se atinge pierderea de sarcina limita este egal cu timpul in care se calitatea apei filtrate se inrautateste la limita maxim acceptabila (Ti = T2) sau penetrarea impuritatilor in interiorul masei filtrante se va efectua cu aceeasi viteza cu care creste pierderea de sarcina Expresiile celor doua perioade au fost determinate de cercetatorii Richard si Croce-Spinelli
Tx = a bull σ - 0 9 5 bull k-075bull def-045bull h0
n95bull v -185 (316)
T l = b bull σ-075 k - 0 7 5 bull dlef
1 5 Δhr05 bull vF
-065 (317)
In care Ti - perioada in care turbiditatea apei filtrate atinge valoarea limita (1 NTU)
T2 - perioada in care se atinge pierderea de sarcina limita (15 - 18 m)
a b - coeficienti empirici (experimentali)
hn - grosime strat nisip
Δhr- viteza de crestere a pierderii de sarcina
INSPECTIA SANITARA SI MOMTORIZAREA CALITATII APEI
VF - viteza de filtrare
k - coeficient de coeziune al namolului
a - depozitul specific (volumul de suspensii raportat la volumul de material filtrant)
Se constata ca fiecare filtru poate conduce la un ciclu optim functie de calitatea nisipului grosimea stratului calitatea flocularii suspensiilor din apa influenta si viteza de filtrare
3103 Variatia pierderii de sarcina
Urmarirea pierderii de sarcina este importanta pentru ca poate pune in evidenta functionarea filtrului Operarea optima a unui filtru se realizeaza prin urmarirea in timp a variatiei pierderii de sarcina si turbiditatii Masurile pentru realizarea acestui optim sunt
53
bull reducerea vitezei - cele mai performante filtre lucreaza cu viteze de filtrare variabile astfel incat colmatarea stratului sa se realizeze fara socuri
bull adaugarea unui polimer (doze 01 - 02 mgl) in influent pentru a mari rezistenta particulelor floculate
bull imbunatatirea calitatii nisipului
Presiune (m col H20)
Figura 329 Estimarea pierderii de sarcina Tn
stratul filtrant
3104 Spalarea filtrelor
Se realizeaza in contra curent de apa si aer comprimat Elementele tehnice care intervin esential in obtinerea performantelor spalarii sunt
bull calitate drenaj - din punct de vedere al uniformitatii debitelor de apa si aer
bull colectarea uniforma a apei de la spalare
bull metoda de spalare care sa asigure eliminarea totala a suspensiilor retinute in strat cu resurse minime
bull drenaj de mare rezistenta hidraulica (cu placi cu crepine)
Se bazeaza pe principiul introducerii unei rezistente hidraulice de 15 - 20 cm coloana de apa (reducerea brusca de sectiune la intrarea apei in tija crepinei) care asigura uniformizarea intensitatilor de spalare pe suprafata cuvei (abateri de plusmn 3-5) In figura 330 se prezinta schema drenajului cu placi cu crepine
Se pun conditii severe din punct de vedere constructiv pentru realizarea drenajului
bull asigurarea etansarii perfecte
bull asigurarea cotei exacte si unice pentru pozitia orificiilor de aer
bull rezistenta cosurilor crepinelor
bull asigurarea formarii unui nivel de separatie apa - aer uniform si constant pe toata suprafata cuvei
Cele mai performante filtre din punct de vedere al spalarii sunt filtrele cu baleiaj la spalare (figura 331)
INSPECTIA SANITARA SI MOMTORIZAREA CALITATII APEI
55
55
in perioada de spalare a filtrului nivelul in cuva se afla la cota NS jgheaburile J nu mai deverseaza si prin orificiile de la baza jgheaburilor se creeaza un curent de baleiaj (1-2 dm3sm2) cu apa decantata care impinge suspensiile spre jgheabul de colectare Se reduc astfel timpii de spalare (cu 50) si intensitatile si volumele de apa de spalare
Prin curgerea ascendenta a aerului masa de nisip vibreaza si peliculele de namol se desprind de granule Curentul ascendent de apa le antreneaza Spalarea numai cu aer induce vibrarea masei de nisip si depunerea namolului in zona inferioara a stratului De aceea este contraindicata spalarea numai cu aer in faza 1
In general echipamentele pentru asigurarea debitelor apa de spalare se adopta un utilaj (pompa) in faza 1 si inca o pompa de acelasi tip pentru faza a Il-a
3105 Asigurarea repartitiei uniforme a influentului
Pentru asigurarea repartitiei uniforme a apei decantate se utilizeaza diverse sisteme Cel mai performant este sistemul cu deversori neinecati conform cu schema din figura 332
3106 Sistemele hidraulice
Sistemele hidraulice asigura deservirea statiei de filtre atat in procesul de filtrare cat si in procesul de spalare Acestea se vor dimensiona conform vitezelor economice prezentate in tabelul urmator
3107 Reglajului debitului si nivelului de apa in cuva
Pentru filtrele care functioneaza cu nivel constant si debit variabil este foarte important ca nivelul apei in filtru se fie mentinut pseudo-constant Aceasta se asigura cu diverse sisteme de plutitori (regulator de nivel amonte) care comanda vana de pe conducta de apa filtrata sau cu sisteme electronice si hidraulice conform figurii 333
Figura 333 Sistem de reglare electronic al nivelului apei Tn filtru
Legends 1 Strat filtrant 2 Vana apa filtrata 3 Parghie comanda vana 4 Electrovana de comanda 5 Regulator electronic 6 Senzor de presiune pentru nivel filtru 7 Senzor de presiune sub planseu 8 Potentiometru 9 Indicator de
colmatare 10 Alimentare cu fluid de comanda
313 Afin area apei
Procesul de afmare a apei este constituit din combinatia intre procesul de post-oxidare cu ozon a apei filtrate urmat de adsorbtie pe carbune activ granular
3131 Post-oxidarea cu ozon
Ozonul (O3) se obtine din aer sau oxigen supus la descarcari electrice printr-un dielectric In figura 334 se prezinta un element dintr-un ozonor
figura 334 Element tubular de ozonor
1 - Intrare gaz vector (aeroxigen) 2 3 - Electrozi 4 - Dielectric 5 - Spatiu de descarcare electrica 6 - Gaz vector +
ozon 7 - Apa racire
Diferentele de potential la care se lucreaza sunt cuprinse intre 6000 - 18000 V functie de natura si grosimea dielectricului marimea spatiului de descarcare si presiunea absoluta de functionare
Concentratiile de ozon in gazul vector obisnuite sunt
bull 10-40gm - in cazul utilizarii aerului
bull 10-140 gm3 - in cazul utilizarii oxigenului
Pentru a realiza concentratii optime si stabilitatea procesului se cere punct de roua -60degC -80degC
Energia specifics pentru productia de ozon
bull 13-18 kWhkg O3 - produs din aer
bull 8-10 kWhkg O3 - produs din oxigen
Actiunea O3 asupra apelor de consum se poate sintetiza
bull imbunatatirea calitatilor organoleptice (gust miros culoare)
bull activitate bactericide si virulicida
bull oxidarea materiilor organice
bull oxidare micro-poluanti
bull imbunatatirea biodegradabilitatii in amonte de CAG
3132 Adsorbtie pe carbune activ granular (CAG)
Carbunele activ se poate obtine din carbuni minieri sau din coaja de nuca de cocos Majoritatea carbunilor minieri pot fi convertiti in carbune activ insa proprietatile carbunelui activ depind esential de calitatea initiala a carbunilor in special in ceea ce priveste duritatea acestora in acest sens se utilizeaza adesea coaja nucilor de cocos pentru fabricarea carbunelui activ
Exista o multitudine de procese de fabricare a carbunelui activ insa eel mai dezvoltat este piroliza urmata de activarea cu gaze de oxidare Piroliza (carbonizarea) presupune incalzirea materialului la temperaturi intre 600 si 900 degC in absenta aerului Pentru obtinerea unei porozitati ridicate se pot utiliza adaosuri de cloruri metalice (de exemplu ZnCl) Piroliza poate reprezenta unicul pas de activare in cazul in care se doreste obtinerea unui material cu 0 porozitate ridicata
A doua etapa este cea de oxidare care se realizeaza de obicei cu abur sau uneori cu aer Temperaturile sunt uzuale in gama de 600 - 900 degC Pe parcursul acestei etape se realizeaza 0 erodare a suprafetei interne a carbunelui si dezvoltarea unei retele extensive de micropori care cresc capacitatea de adsorbtie
58
Printre proprietatile principale ale carbunelui activ se enumera continutul de cenusa umiditatea densitatea marimea particulelor duritatea volumul si distributia dupa marime a porilor suprafata interna
31321 Continutul in cenusa
Continutul in cenusa este reprezentat de reziduul obtinut prin calcinarea la temperatura de 954 degC timp de 3 ore in aer Uzual continutul de cenusa variaza intre 3 si 10 Pentru reducerea cantitatii de cenusa se poate utiliza spalarea cu acid
31322 Umiditatea
Umiditatea se determina prin uscarea in cuptor timp de 3 ore a unei cantitati de 5 sau 10 g de carbune activ la temperatura 150 degC Se determina greutatea inainte si dupa uscare si racire in exicator Umiditatea in vrac a carbunelui activ este recomandabil sa fie limitata la maxim 5
31323 Densitatea
Sunt mai multe tipuri de densitati printre care se mentioneaza densitatea in vrac densitatea aparenta densitatea particulei si densitatea reala Densitatea in vrac sau densitatea aparenta reprezinta greutatea carbunelui activ uscat raportata la volumul pe care acesta il ocupa Aceasta se determina prin umplerea unui cilindru cu volumul de 100 ml cu carbune prin cadere libera dintr-o masina vibratoare si cantarirea volumului respectiv Valorile uzuale sunt in gama 05 - 06 gml pentru carbune activ fabricat din carbune minier respectiv 024 - 030 mg1 pentru carbune activ fabricat din lemn
Densitatea particulei reprezinta densitatea unei particule singulare Volumul pe care se bazeaza include volumul porilor precum si volumul materialului Densitatea particulei se determina in mod uzual cu mercur la presiunea atmosferica (mercurul umple spatiile goale din particula de carbune activ dar nu umple porii) Valorile uzuale sunt in gama 074 - 080 gml
Densitatea reala sau densitatea scheletului este cea determinate numai pe materialul (carbunele) propriu-zis Pentru determinarea acesteia se utilizeaza uzual o metoda de inlocuire cu heliu (heliul intra practic in toti porii materialului) Valorile uzuale sunt in gama 21 - 22 gml
31324 Marimea particulelor
Aceasta se determina prin cernerea a 100 sau 200 g de carbune printr-un sistem de site mecanice timp de 10 minute dupa care se cantaresc retinerile pe fiecare sita in parte Carbunele activ pudra se incadreaza de obicei in domeniul 005 mm - 15 mm
31325 Friabilitatea
Capacitatea carbunelui activ de a rezista la abraziune este unul dintre parametrii cei mai importanti Procedura de determinare a friabilitatii carbunelui activ presupune determinarea granulozitatii acestora inainte si dupa testul propriu-zis care consta in concasarea succesiva a carbunelui intr-un recipient alaturi de bile de otel inoxidabil Valorile uzuale ale indicelui de friabilitate sunt 65 - 80 (practic 70 - 75) ceea ce atesta faptul ca materialul este foarte usor friabil si este necesar atentie la procedura de spalare
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATIIAPEI 59
31326 Volumul si distributia dupa marime a porilor
Volumul porilor reprezinta volumul total al porilor din particula de carbune activ granular raportat la greutate Valorile uzuale sunt de ordinul 08 - 12 mlg pentru carbune activ fabricat din carbuni minieri respectiv 22-25 mlg pentru carbune activ fabricat din lemn Volumul total al porilor poate fi determinat printr-un test de adsorbtie cu azot desfasurate astfel incat azotul condensat sa intre in totalitate in porii carbunelui
Carbunele activ confine o structura complexa de pori de forme si marimi diferite Porii au de obicei o geometrie neregulata si sunt interconectati Dimensiunile porilor sunt uzual intre 10 A si 100000 A (001 cm) Distributia dupa marime a porilor depinde de tipul de material utilizat si de metoda si de durata procesului de activare
31327 Suprafata internaSuprafata interna a materialelor poroase in general se determinS cu ecuatia BET stabilita de
Brunauer Emmett si Teller Ecuatia descrie formarea de strate multiple de gaz condensat care apar atunci cand un gaz adsorbabil (de exemplu azotul) este in contact cu materialul poros Intr-un astfel de test se utilizeaza azot la temperatura de fierbere si presiunea atmosferica (-196 degC sau 77 K)
Ecuatia BET (expresia 318) a fost derivata presupunand urmatoarelebull rata de condensare a moleculelor din primul strat este egala cu rata de evaporare a
moleculelor din zonele acoperite cu un singur strat de moleculebull caldura de adsorbtie peste primul strat este constants si egala cu caldura de lichefiere
qqm=b(PPS)(1-PPs)(1-PPS+bPPS) ( 3 1 8 )
In care Ps - presiunea de vaporizare la saturatie la temperatura utilizata in test uzual 1 atm
q - cantitatea de substanta adsorbita la presiunea P
qm - cantitatea de substanta adsorbita numai cand se constata acoperirea totala a suprafetei cu un strat monomolecular
b - constanta determinata experimental
In figura 336 se prezinta o relatie tipica intre marimea porilor si suprafata totala Suprafata cumulativa este data de insumarea suprafetelor tuturor porilor cu un diametru dat sau mai mare Se remarca faptul ca marea majoritate a suprafetei este atribuita porilor de mici dimensiuni
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI60
3133 Teste uzuale de adsorbtie
In practica se utilizeaza o serie intreaga de teste pentru a determina capacitatea de adsorbtie pentru diferite tipuri de carbune activ Printre acestea se mentioneaza
- Indicele Iod reprezinta cantitatea de iod in miligrame pe gram adsorbit de un carbune activ la echilibru cu o solutie I2-KI cu concentratia 002 N indicele iod indica suprafata totala a porilor cu diametru de 10 A sau mai mare valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 800 - 1000 mgg
Indicele Melasa reprezinta un indicator al puterii de decolorare a carbunelui activ granular in contact cu 0 solutie de melasa la fierbere indicele melasa este in stricta legatura cu suprafata totala a porilor cu diametrul mai mare de 28 A valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 200 - 300
- Indicele Albastru de Metilen reprezinta cantitatea de albastru de metilen adsorbita de 1 g de carbune activ la echilibru in contact cu o solutie cu concentratia 1 mg1 de albastru de metilen Albastrul de metilen are greutatea moleculara 320 si indica suprafata totala a porilor cu diametrul de 15 A
- Activitatea tetraclorurii de carbon tetraclorura de carbon CC14 este un compus molecular mic si poate intra in toti porii In acest test un curent de aer este saturat cu CCI4 la 0 degC si este trecut printr-un strat de carbune activ mentinut la 25 degC pana cand nu se mai detecteaza nici o schimbare in greutate Activitatea este greutatea CCI4 adsorbita pe unitatea de greutate de carbune activ exprimata procentual Valorile uzuale ale acestui indicator sunt in gama 60 -80
- Indicele butan este similar activitatii tetraclorurii de carbon valoarea acestuia este exprimata grame de butan adsorbite pe 100 ml carbune activ valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 7 - 8 g 100 ml carbune activ
- Indicele FINAD stabilit de cercetatorul C Gomella si reprezinta un produs al mai multor indici F - fenol I - iod N - indol A - antipirina D - detergent
316 Deferizarea si demanganizarea apei
Fierul (Fe) si manganul (Mn) sunt elemente care se gasesc frecvent in mediul subteran si in apa apar in concentratii pana la 10 mg1 (Fe) si 2 mg1 (Mn) Prezenta fierului si manganului in apele potabile pot genera urmatoarele probleme
bull produce gust metalic dezagreabil
bull coloreaza tesaturile si echipamentele sanitare
bull formeaza precipitate in conducte care favorizeaza dezvoltarea bacteriilor feruginoase (Chrenothrix) acestea modifica regimul hidraulic calitatea apei distribute si favorizeaza fenomenele de coroziune
3161 Echilibrul fierului si manganului in apa
Fierul si manganul sunt prezente dizolvate in solutiile apoase sub forma Fe2+si Mn2+ Concentratia in oxigen a apelor subterane care contin Fe si Mn este nula Din namolurile situate in
2+ ~
zona anaeroba din hipolimnion se elibereaza ioni de Fe2+ si Mnz+ in apele lacurilor In numeroase ape naturale se remarca prezenta Fe3+ asociata cu substantele humice Stabilitatea fierului si manganului in apa depinde de numeroase variabile
bull pH-ul apei
bull concentratia diferitelor elemente chimice
bull potentialul de oxido-reducere (Eh) al solutiei
In figura 341 se prezinta diagrama de stabilitate a formelor fierului in solutie in aceasta diagrama o curba (linie) reprezinta locul geometric pentru care concentratia celor doua substante este aceeasi De exemplu linia 1 reprezinta solutia pentru care O2 si H2O au aceeasi valoare Aria cuprinsa intre curbele 1 si 2 reprezinta aria de stabilitate a compusilor de Fe Chimia manganului este asemanatoare cu cea a Fe Astfel la pH si Eh reduse Fe si Mn sunt stabile in forme bivalente
bull la ape mici curgerea sa fie cea dorita (stabila catre priza) iar la ape mari sa nu se produca inundatii in zonele vecine (sa nu se reduca din capacitatea de transport a albiei)
bull lucrarile sa se execute in etape pentru a se putea cunoaste reactiile la noile conditii si pentru a se putea cunoaste reactiile la noile conditii si pentru a se putea face corectari in etapele urmatoare
bull tipurile de lucrari sa se incadreze in peisaj
bull lucrarile sa nu stanjeasca circulatia apei pentru alte folosinte sau sa produca baltirea apei cu efecte de insalubritate
bull sa se prevada lucrari cu materialele din zona
bull sa fie folosita tendinta naturala de curgere a apei puterea si capacitatea colmatata a curentului
In figura 38 sunt schitate tipurile de lucrari mai des utilizate lucrari in albie (diguri de dirijare traverse de colmatare epiuri) si lucrari de aparare si consolidare a malurilor Elementele constructive tip sunt in general executate printr-o combinatie rationala de
bull combinatie de lemn cu piatra (casoaie suluri si saltele de fascine)
bull combinatie de piatra cu metal (gabioane)
bull anrocamente (piatra mare sparta)
bull beton beton armat sub forma de constructii masive sau elemente prefabricate
bull constructii vii formate din inierbare vegetatie mica (se ia in considerare capacitatea de transport a
albiei la ape mari)Apardrile de mai sunt lucrari de consolidare a malului raului impotriva efectului de eroziune al apei
la viteze mari Acestea pot fi lucrari foarte simple cum sunt taluzele inierbate cu unele elemente simple de fixare sau lucrari mai complicate ca taluz pavat cu elemente de beton zidarie de piatra rostuita sau nu
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
Figura 213 Lucrari de regularizare a albiei Tn zona prizeiLegends a - plan cu tipurile de lucrari b - tipuri de aparari de mai 1 - cu
casoaie 2 - cu dale din beton armat 3 - cu elemente mixte (zidarie de piatra secti Tnierbare) c - diguri epiuri executate din 1 - gabioane 2 - anrocamente
22
zidarie de sprijin din zidarie beton sau beton armat La constructive de mai trebuie tinut seama ca in afara de efectul de erodare si de afuiere a patului de sprijin actioneaza si impingerea malului
Digurile longitudinale sunt lucrari executate in albie care au rol de a dirija pe o portiune un spatiu relativ fix apa raului Se realizeaza din anrocamente cu marime suficienta pentru a nu fi antrenate de apa prefabricate de beton gabioane (piatra de rau balast inchis in casete de sarma zincata pentru a obtine o stabilitate generala mare - elemente simple ieftine si stabile atata timp cat sarma de la cos nu cedeaza sub efectul eroziunii si coroziunii) casoaie din lemn blocuri de beton legate elastic etc Capetele acestor diguri trebuie sa fie bine aparate eventual legate cu cate un epiu astfel incat curentul de apa sa nu patrunda in spatele digului Daca digurile sunt deversate vor fi luate masuri constructive contra afuieri sau spalarii patului cu efect imediat asupra stabilitatii constructiei
Epiurile sunt ca si digurile constructii permeabile rezistente la actiunea apei submersibile sau nu care dirijeaza apa raului pe un anumit spatiu si favorizeaza colmatarea treptatS a spatiului dintre ele Ca pozitie pot fi dirijate spre aval normal pe albie sau orientate spre amonte Se executa din aceleasi materiale ca si digurile Daca albia are un pat usor afuiabil inainte de executia digului propriu-zis se amenajeaza un pat elastic din saltele de fascine sau numai rulouri de fascine O atentie deosebitS se da capului epiului (partea terminals dinspre apa) care este elementul eel mai solicitat Totdeauna coada epiului trebuie bine incastrata in mai pentru a nu permite apei sa-1 ocoleasca
Traversele de colmatare sunt diguri scurte executate din umplutura de material local protejata cu anrocamente mari pe albia minora ce trebuie pSrSaitS sau pe bratele auxiliare care trebuie sa fie colmatate L ape mari spatiul dintre traverse se umple cu aluviuni si in timp traseul vechi al albiei minore dispare
Toate constructiile enumerate anterior si altele asemSnStoare imaginate de specialisti trebuie sa fie verificate si la efecte (in perioada de primavara nu trebuie sa se permita formarea de zSpoare -blocuri de gheata spartS aglomerata care favorizeaza inundatiile) Pe zonele de rau regularizate tipurile de constructii pentru captarea apei sunt similare cu cele pentru albia neregularizatS dar cu adancime suficientS a apei De altfel totdeauna cand se executa constructii legate de apa vor fi luate si masuri de stabilizare a albiei in zona afectata
244 Captari cu baraj de derivatie
In cazul in care pe rau nu se poate asigura nivelul minim necesar pentru captarea apei iar regularizarea albie nu este posibila sau rationala se recurge la executarea unei constructii pentru ridicarea artificials a acestuia dacS debitul captat este important iar fenomenele de iarnS nu pun probleme deosebite
Pentru a nu crea prejudicii pentru alti beneficiari constructia numita stdvilar sau baraj de derivatie trebuie sa asigure concomitent urmStoarele conditii
bull sa fie stabilS la actiunea dinamicS a apei
bull sa permita evacuarea debitelor mari fSrS a provoca inundatii sau deteriorarea altor constructii
bull sa permits evacuarea gheturilor de primSvarS
bull sa asigure navigatia plutaritul circulatia pestilor sau alte folosinte etc Forma
captSrii depinde de
bull marimea debitului captat raportul debit captat debit rau
bull variatia debitului raului si aluviunilor transportate
bull posibilitStile de executie
bull amplasamentul efectiv al prizei (natura albiei adancimea stratului impermeabil inSltimea malurilor etc)
In continuare sunt date cateva exemple de constructii caracteristice pentru asemenea prize
Captarea pentru debit mare realizabilS pe un rau mare pentru localitSti industrii irigatii energie etc Are alcStuirea generals din figura 214
Intre douS culei (o culee este o constractie de legSturS intre constructia dintre albie si mai) se executS elementul de barare a albiei adicS de ridicare a nivelului apei la cota minimS necesarS Aceasta poate fi un prag - baraj deversor dacS lungimea disponibilS si cota malului permit
evacuarea debitelor mari de rau sau baraj cu stavile mobile (stavilar) care se pot ridica sau culca (intr-un locas special prevazut) in radier lasand libera sectiunea pentru evacuarea apelor mari Sunt si cazuri in care din cauza deschiderii mari a albiei s-a adoptat o solutie mixta partial cu stavile partial cu baraj deversor sau uneori si cu baraj nedeversant
Pe malul opus captarii se executa daca este cazul ecluza pentru navigatie sau plutarit cu dimensiunile cerate de beneficiar si aproape totdeauna o scara de pesti pentru a asigura circulatia libera a pestilor intre cele doua biefuri (un bief este zona de rau aflata amonte sau aval de constructia considerate) Pe acelasi mai cu priza se gasesc doua deschideri de spalare prevazute cu vane plane care stau totdeauna partial deschise astfel incat debitul de apa care nu se capteaza sa nu deverseze peste baraj ci sa treaca pe sub aceste stavile
Se reaminteste ca in nici un caz nu este permisa captarea integrals a debitului raului in sectiunea respectiva o parte a debitului raului trebuie sa treaca in aval pentru mentinerea intr-o stare salubra a zonei (altfel devine depozit de gunoaie pe timp de ape scazute) asigurarea apei pentru vietuitoare si vegetatie Debitul ramas in albie este numit debit de servitute (Qs) Spalarea este necesara intracat prin ridicarea locala a nivelului apei s-a realizat in amonte o reducere locala a pantei energetice a curentului de apa Aceasta reducere conduce la micsorarea capacitatii de transport deci micul lac ce se creeaza in spatele barajului se umple repede cu aluviuni Umplerea se face si in dreptul gratarului fiind periclitata adancimea de intrare minima altfel spus se realizeaza ridicarea locala a fundului albiei Lasand libera circulatia apei langa gratar se produce continuu o spalare a depunerilor din cauza vitezei mari realizate sub stavilele de spalare
in unele cazuri prima pila a barajului a fost prelungita cu un pinten formand un fel de canal in fata prizei Apa circuland cu o viteza comparabila cu cea existenta in rau inainte de barare evita producerea de depuneri in fata prizei
Atat in dreptul stavilelor de spalare cat si al barajului deversor in aval se executa un disipator de energie al carui rol este de a reduce viteza apei la o limita care sa nu produca eroziuni spalari in aval de constractie spalari care ar putea periclita stabilitatea acesteia
Priza este o deschidere in culee protejata cu un gratar contra plutitorilor Pentru a evita antrenarea aluviunilor mari in priza aceasta se prevede cu un rag (grataral se aseaza deasupra fundului albiei la 05 - 10 m) Pentru a nu favoriza blocarea gratarului cu plutitori viteza de trecere este redusa 01 - 05 ms din care cauza priza are o forma de palnie Intrarea poate fi inchisa cu stavile Daca deschiderea totala este mare ea se poate reduce cu ajutorul unor pile intermediare Lungimea unei stavile nu va depasi 250 m altfel dispozitivele de ridicare a stavilelor devin greoaie In pile inaintea nisei stavilei se lasa profile U inglobate in beton cu deschiderea spre apa pentru a se putea lansa batardoul (umplutura din elemente grinzi de lemn sau metal) in scopul punerii la uscat a incintei pentru eventuale reparatii Deoarece dupa gratar viteza apei scade mult se produc depuneri care pot afecta circulatia pe canalul de legatura Spalarea lor se poate face cu o golire secundara - de spalare (vezi figura 214) Daca se inchide plecarea spre beneficiar (stavila V2) si se deschide stavila V3 se poate asigura o circulatie fortata cu 0 viteza cu 0 viteza mare (diferenta de nivel amonte-aval este mare) Daca debitul pe rau este suficient iar gratarele au o suprafata mai mare decat cea strict necesara se poate merge cu vana V3 partial deschisa - spalarea facandu-se continuu Pentru evitarea antrenarii plutitorilor mari si a ghetii in sloiuri la gratar se amenajeaza un perete de lemn scufundat partial (05 m) sau o linie de busteni legati articulat (care plutesc) Fenomenele de iarna sunt cele mai dificile la aceste prize
Captarea tiroleza este 0 captare cu gratar pe creasta (figura 215a) care se adopta in cazul in care debitul raului la ape mici este redus si nu poate asigura spalarea zonei din fata prizei iar debitul captat fiind mic captarea in mai se face greu (la aceasta constractie de captare se executa si o priza de iarna in cazul in care grataral ingheata) Captarea se aplica in zone de munte la rauri cu caracter torential pentru debite nu prea mari (sub lm3s) In unele situatii masivul de beton nu se vede din albie fiind alcatuit dintr-un prag de fund - cu gratar la nivelul fundului apei (grataral este inclinat aval pentru a evita blocarea cu aluviuni mari)
Captarea sub albie se adopta in situatia unor localitati de munte pentru care singura sansa de apa o constituie raul sau paraul care izvoraste de la cote inalte al carui debit scade foarte mult in perioadele de iarna si vara si in cazul care fenomenele de inghet dureaza timp indelungat In aceasta situatie 0 captare in albia raului va fi serios stanjenita iar exploatarea va pune probleme deosebite Pentru evitarea unora din aceste probleme au fost imaginate si executate captari sub fundul albiei intr-o zona in care albia este bine dezvoltata si are un pat de 2-3 m de aluviuni Constructia transversals dreneaza apa la unui din capetele sale unde pe malul raului dintr-un put este prelevata si transportata Aceasta captare se deosebeste insa de captarea subterana a apei infiltrate prin mai sau sub fundul albiei (cu drenuri radicale) deoarece apa captata are tot caracteristicile unei ape de suprafata dramul parcurs prin patul aluvionar fiind foarte scurt o asemenea apa are o turbiditate mai mica decat apa captata direct din rau
Schema unei captari sub albie numita uneori si caucaziana este data in figura 215b iar schema unei captari proiectata pentru extinderea provizorie a alimentarii cu apa a unei localitati din tara - la un debit de 10 dm3s in figura 215C
Din figura se observa ca in patul aluvionar al raului se executa o constractie permeabila care dreneaza apa ce se scurge prin subteran sau care se infiltreaza direct asupra constractiei In fata acestei constructii si deasupra ei se executa un blocaj din anrocamente care sa permita accesul mai bun al apei si totodata sa stabilizeze constructia contra efectului dinamic la ape mari (captarea lucreaza ca un prag de fund stabilizator)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 25
Captarea este relativ simpla usor de executat si cu rezultate bune in exploatare Trebuie insa data o atentie deosebita posibilei colmatari a zonei de acces la elementul drenant din cauza apei ce confine fibre de dimensiuni mici (celuloza si hartie) material ce se colmateaza etc
26 Captari din lacuri
Tara noastra nu dispune de lacuri naturale de volume importante care sa poata folosi drept sursa de apa Din aceasta cauza captarile vor fi analizate din punct de vedere al prelevarii apei din lacurile artificiale
In etapa actuala in tara noastra executarea de captari cu debite importante din majoritatea raurilor interioare nu se pot face fara o regularizare a debitului deoarece desi regimul precipitatiilor este relativ uniform (200-2000 mman) distributia in timp este foarte neuniforma Aceasta face ca in perioadele de primavara si toamna debitele sa fie foarte mari iar in perioada de vara si mai ales iarna debitele sa scada la valori extrem de mici cu totul insuficiente pentru alimentarea folosintelor Regularizarea debitelor se face prin lacuri de acumulare special create (bazine uriase cu volume de zeci de milioane-miliarde de metri cubi) care acumuleaza apa din rau in perioadele de viitura si permit folosirea acesteia la debitele dorite
Este insa evident ca un asemenea lac nu se poate crea decat printr-o constructie specials de blocare a albiei numita baraj constructie care prin amploare si efort de investitie pune probleme deosebite Din aceasta cauza executarea unor asemenea lucrari se face prin cooperare cu alti beneficiari lacul urmand sa aiba o folosinta complexa dupa cum urmeaza
bull va reduce viiturile si va permite protej area localitatilor si scoaterea unor suprafete de sub efectul inundatilor redandu-le circuitului agricol
bull volumul de apa acumulat confine o cantitate mare de energie hidraulica energie care poate fi transformata in cadrul centralelor hidroelectrice in energie electrica si data in circuitul energetic al tarii
bull o parte din volumul de apa acumulat poate fi preluat pentru irigarea unor importante suprafete de teren
bull parte din lac poate fi amenajat ca zona de agrement dezvoltand zona din punct de vedere turistic
bull se poate imbunatati regimul de curgere in aval cu efect si asupra calitatii apei
Din punct de vedere al alimentarii cu apa lacul are eel putin in prima perioada un efect favorabil apa prelevata fiind in general mai limpede si mai constants sub raport calitativ Aceasta presupune insa preluarea apei direct din lac (varianta I din figura 216) lucru care poate dezavantaja pe alti beneficiari (cei care se ocupa de producerea energiei de exemplu)
Pe de alta parte apa stationand mult timp in lac isi modifica calitatea iar prin descompunerea depunerilor si dezvoltarea unor microorganisme specifice apa poate sa capete gust neplacut (gustul este diferit de eel al apei de rau care este apa curgatoare) De aceea uneori apa este acumulata dar nu este captata din lac ci uzinata si lasata sa curga pe vechea albie pentru a se aera (varianta Il-a din figura 216) Solutia este
Figura 215 Captari speciale a - captare tiroleza b - captare cu galerie transversala pe fundul albiei c -
dren sub fundul albiei
favorabila in cazul in care utilizatorul de apa se afla la distanta mare Daca centrala functioneaza continuu atunci captarea se poate face in curent liber daca insa centrala (UHE) functioneaza in regim de varf (cum de obicei functioneaza asemenea centrale cateva ore in cursul zilei) atunci avalul inainte de priza trebuie prevazut un lac de compensare zilnica a debitelor lac care sa retina apa uzinata in regim neuniform si sa permita captarea unui debit relativ constant Cele doua variante aratate schematic in figura 216 trebuie comparate ca avantaje si dezavantaje
Priza de apa poate fi realizata in corpul barajului in aval de baraj sau in lac Elementele care conduc la stabilirea solutiei sunt
bull pozitia utilizatorului de apa fata de lac captare din lac daca acesta este amplasat amonte si departe de baraj in baraj sau aval pentru un consumator aval sau din alt bazin hidrografic
bull marimea lacului variatia nivelului apei in lac
bull existenta unei salbe de lacuri pe raul respectiv
bull utilizarea rationala complexa a apei acumulate (de regula la stabilirea amplasamentului lacului se statueaza si modul de folosire al apei)
bull tipul de baraj si simultaneitatea executiei barajului cu priza pentru folosinte de apa in general dupa executarea barajului priza poate fi numai in aval sau in lac
bull conditiile reale de teren trebuie tinut seama ca baraj ele cu lacuri mari de acumulare sunt situate in zona de deal - munte
bull conditiile rationale de tratare a apei obtinute din lac
261 Priza tn aval de baraj
Se poate executa oricand inainte si dupa executia barajului in forme si la debite adecvate Sunt posibile urmatoarele tipuri de captari
bull captari in curent liber de forma celor descrise anterior pe raul pe care debitul regularizat prin lac are valori mult mai mari
bull captari in baraj sau in lac in cazul in care lacul are ca principals folosinta alimentarea cu apa sau cand barajul este realizat pentru un lac de compensare a debitelor rezultate de la functionarea unor centrale hidroelectrice din amonte
bull captari in lac in cazul in care lacul compenseaza folosinta energetica iar beneficiarul este departe de baraj in amonte
262 Prize Tn corpul barajului
Sunt gandite si executate odata cu barajul astfel incat sa nu pericliteze siguranta in functionare a acestuia dar sa poata preleva apa de calitatea cea mai buna existenta la un moment dat in lac
In cele ce urmeaza sunt date exemple de captari de apa executate in baraj Daca barajul este din beton priza este de regula comuna cu barajul (figura 217)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 27
apa curgatoare Barajul care realizeaza lacul de compensare este din materiale locale cu un sistem de stavile pentru spalarea depunerilor de viitura (figura 219)
In figura 220 este schitata captarea dintr-un lac al carui baraj este executat din materiale locale cu miez de etansare din argila Captarea se executa total izolat de baraj (in malul natural sau in lac figura 221 - pentru a nu-i produce dificultati barajului prin exfiltrarea apei pe langa sistemul de transport al apei) si pentru ca priza sa nu aiba dificultati la tasari neuniforme ale barajului Apa captata din priza turn de la cote diferite functie de calitatea acesteia este evacuata prin conducte sau galerii amplasate in malul natural
Acest tip de captare poate fi aplicata si in alta pozitie in cuprinsul lacului pentru beneficiari riverani - amonte de baraj
Cand principala folosinta a lacului este de combatere a undei de viitura captarea poate avea o forma speciala (figura 222) Captarea este amplasata la o cota deasupra rezervei destinata acumularii depunerilor din lac si trebuie sa evite blocarea cu corpuri mari ce pot cadea prin apa intrucat nu este accesibila decat la ape mici - lac gol sau lac golit
263 Captari in lac
Se utilizeaza atunci cand in amplasament nivelul apei este asigurat intotdeauna deasupra unor valori limita Se pot practica o captare de tip turn (figura 221) cand debitul captat este important iar nivelul lacului relativ constant o captare plutitoare cand alimentarea cu apa este sezoniera sau conditiile de iarna nu sunt severe o captare de fund cand lacul este de adancime mare si cu un volum de apa important (figura 223a)
Captarea de fund este formata dintr-un sorb (pot fi prevazute mai multe asemenea constructii separate) asezat pe o confectie metalica stabila de tip tetrapod Se amplaseaza deasupra nivelului (apreciat) de colmatare si sub nivelul minim al apei din lac (acoperire mai mare pentru a o feri de plutitori) Zona captarii va fi balizata pentru a fi ferita de accesul plutitorilor si a putea fi usor reperata pentru control se marcheaza si zona de protectie daca este cazul Conducta de legatura (suficient de elastica daca are lungime mare) se lanseaza prin plutire si poate permite ridicarea prizei in caz de nevoie Captarea va fi amplasata la o asemenea adancime incat sa nu fie deplasata de valuri si totodata nu intr-o zona in care valurile pot pune in miscare depunerile de pe fund si deteriora calitatea apei Captarea este tipica pentru prelevarea apei din lacurile naturale (figura 223b)
Existenta lacurilor de acumulare ridicS probleme importante sub trei aspecte generale aspecte care pot influenta calitatea apei captate siguranta in functionare a prizei sau si a zonelor vecine
bull pentru lacurile mici problema cea mai importanta este legata de colmatarea cu aluviuni lipsa masurilor de protejare amenajare si stabilizare a solului in bazinul hidrografic conduce la antrenarea unei mari cantitati de sol (mai ales fertil) care blocheaza in scurt timp volumul lacului
bull pentru lacurile cu volum mediu (milioane de m3) problema cea mai importanta este eutrofizarea apei lacului
bull pentru lacurile mari (sute de milioane m3) problema importanta este imbdtrdnirea lacului (o eutrofizare lenta avand ca punct final obtinerea unei ape de calitate total deosebitS de aceea a raului din care pro vine)
Eutrofizarea lacurilor este o problema acuta a multor lacuri din zone de ses si colinare Cauza principals este aportul de substante fertilizante (fosfor carbon azot) Fosforul (adus in apa in special din apele uzate orSaenesti - neepurate adecvat) in cantitSti mici favorizeaza randamentul de functionare a fitoplanctonului care la randul lui favorizeazS fixarea azotului cu ajutorul bacteriilor Dezvoltarea fitoplanctonului favorizeazS dezvoltarea zooplanctonului si deci a populatiei de pesti
DacS fluxul energetic si aportul de substante este moderat atunci ciclul se incheie devine stabil si lacul isi pSatreaza calitatea de lac oligotrof (figura 224a) In cazul in care cantitatea de fosfor creste creste volumul de fitoplancton deoarece nu exista suficient azot si lantul se rupe Zooplanctonul si pesti mor substantia organicS creste bacteriile consumS oxigenul si lacul devine eutrof acoperindu-se cu vegetatie (care are rSdacinile in malul situat pe fundul lacului si frunzele la suprafata realizand fotosinteza figura 224b) Consumarea oxigenului de cStre substantele in descompunere si capacitatea redusa de aerare fac ca apa lacului sa aibS de regulS un continut mai redus de oxigen
Daca se reduce cantitatea de nutrient (in special fosforul) dupa un timp calitatea apei se imbunatateste neajungand insa la calitatea initials (se considers ca un continut Tn fosfor de 10-20 mgl este acceptabil)
Imbdtrdnirea lacurilor este fenomenul de modificare continuS a calitatii apei lacului ca urmare a noului echilibru ce se realizeazS intre aportul de substante si circulatia apei Apa care ajunge in lac este o apa cu continut ridicat de substante minerale si organice Acestea se depun se descompun intra in reactie formand substante noi cu continut de Fe N S C (H2S CH4) substante care modifies chimismul apei Pe baza aportului de substante si sub influenta luminii creste productia de masa organica (schema lacului oligotrof) Apare un fenomen nou de circulatie a apei in lac vara apa de la suprafata este calda deci mai usoarS toamna insa apa se rSceste devine mai rece decat apa de la fundul lacului (are cca 4degC sub 15 - 20 m temperature ramane relativ constants) deci devine mai grea (densitatea creste la scaderea temperaturii) si coboarS inlocuind apa mai calda de adancime apa care se ridicS (depunerile mai pot fi agitate si de valurile de la suprafata)
Pozitia captarii in lacurile adanci trebuie sa fie totdeauna in zona medie cu temperature relativ constants (6 - 12degC) si unde nu se simte direct influenta descompunerilor ce se produc la fundul lacului (sau tulbureala datS de depunerile rSacolite)
28 Procese de pre-tratare aplicarea de algicide
Algele sau cianobacteriile (algele verzi-albastre) din lacurile si acumularile de stocare pot crea probleme de gust si miros precum si aparitia unor substante ce provoaca imbolnaviri (toxine) Pentru controlul dezvoltarii algelor sau cianobacteriilor se pot folosi compusi care distrug algele (algicidele) Daca are loc un eveniment legat de utilizarea algicidelor (calitatea apei este afectata de utilizarea unui algicid) pot avea loc urmatoarele
bull daca se utilizeaza algicide in exces substanta chimica poate provoca imbolnaviri
bull daca volumul de alge sau cianobacterii este prea mare si nu poate fi controlat de algicid toxinele din alge cianobacterii pot provoca imbolnaviri
bull daca se utilizeaza ca algicid paiele de orz substantele din paie pot reactiona cu dezinfectantele si forma subproduse ce provoaca imbolnaviri
Aplicarea de algicide in sursa de apa poate prezenta riscuri pentru sanatatea si siguranta muncii operatorilor Acestea sunt recunoscute dar nu vor fi discutate deoarece astfel de riscuri fac obiectul legislatiei muncii si protectiei muncii Algele sau cianobacteriile din sursa de apa pot interfera cu functionarea statiei de tratare Un bun control al cresterii lor face sa se diminueze necesitatea pre-oxidarii Se reduce de asemenea cantitatea de dezinfectant ce se pierde in reactia cu algele sau cu substantele pe care acestea le elimina in apa
31 Alcatuirea statiilor de tratare a apei
Rolul statiei de tratare este de a corecta calitatea apei brute pana la atingerea cerintelor utilizatorului Exista o multitudine de procese de tratare care se utilizeaza in practica insa schema generala a unei statii de tratare (figura 31) cuprinde
bull trepte multiple de oxidare (pre-oxidare post-oxidare) cu scopul de a oxida compusi chimici dar si de a realiza bariere succesive in calea micro-organismelor
bull procese de limpezire a apei care constau in
o coagulare-floculare cu reactivi chimici in camere de reactie special amenajate
o decantarea apei pentru retinerea suspensiilor coagulate
o filtrarea pe strat de nisip pentru finalizarea procesului de limpezire
bull afinarea apei constituita din oxidare cu ozon urmata de adsorbtie pe carbune activ granular cu scopul indepartarii anumitor compusi chimici toxici
bull dezinfectia apei pentru indepartarea totala a virusurilor bacteriilor si altor micro-organisme din apa treapta obligatorie in Romania conform Legii privind Calitatea Apei Potabile nr 4582002
3
Pentru eliminarea duritatii se pot adopta scheme cu schimbatori de ioni sau cu reactivi chimici (var si soda) in functie de tipul duritatii (temporara sau permanenta)
Orice statie de tratare este deservita de anumite facilitati pentru intretinerea proprie Printre acestea se mentioneaza
bull statia de reactivi chimici cu rolul de a stoca prepara si doza reactivii necesari procesului de tratare (coagulanti floculanti agenti dezinfectanti corectie pH etc)
bull sisteme de spalare filtre rapide constituite din statii de pompe si de suflante
bull laborator pentru a determina corectitudinea procesului de tratare dar si calitatea apei produse
bull alte facilitati printre care se mentioneaza sisteme de recuperare a apei de la spalare filtre si a namolului din decantoare
311 Exemple de statii de tratare
O schema de tratare cu filtrare directa este prezentata in figura 32 Uzina de apa a orasului Los Angeles - SUA (Los Angeles Aqueduct Filtration Plant) are o capacitate instalata de 185 m3s filiera tratare fiind prezentata in cele ce urmeaza
bull pre-oxidare cu ozon 4 generatoare care produc 3780 kg CVzi (doza medie ozon 15 mgdm3) 4 bazine de contact (timp de contact minim 49 min)
bull coagulare (amestec rapid) 8 camere de reactie echipate cu agitatoare dinamice timp minim de amestec 086 s pentru doua camere inseriate Reactivi utilizati clorura ferica sulfat de aluminiu polimeri anionici si neionici soda caustica clor
bull floculare 36 camere de reactie lenta timp minim de reactie lenta 8 min pentru 3 bazine inseriate
bull filtrare 24 unitati (aria unei unitati A=160 m2) strat de antracit cu inaltimea de 24 m viteza de filtrare 175 mh care asigura un timp de contact de 10 minute
bull dezinfectie finala cu clor (doza maxima clor 56 mgdm3)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 3
Un alt exemplu de schema de tratare care nu cuprinde treapta de decantare este uzina de apa Ivry (Franta) modernizata in 1987 (debit instalat Q = 300000 m3zi) Dupa modernizare uzina cuprinde urmatoarele procese (figura 33)
bull pre-oxidare cu ozon doza uzuala 10 mg CVdm3
bull coagulare (amestec rapid) cu clorura ferica (5 - 10 mgdm3) si polimer anionic (0025 -005 mgdm3)
bull pre-filtrare faza I - (coagulare pe masa de contact) 18 unitati de 815 m2 strat biolit 10 m viteza de filtrare maxima 10 mh
bull floculare cu clorura ferica (2-6 mg Fe3+dm3) si polimer (005 - 10 mgdm3)
bull pre-filtrare faza II - nisip 22 unitati de 81 m viteza de filtrare 9 mh
bull filtrare lenta 30 cuve (23000 m2) viteza maxima de filtrare 13 mzi inaltime strat 07 m
bull post-ozonare timp de contact 4 minute doza uzuala 04 - 06 mg CVdm3
bull filtrare pe CAG inaltime strat 10 m viteza de filtrare 10 mh
bull dezinfectare finala cu hipoclorit de sodiu
In figura 34 este prezentata o schema tehnologica a unei uzine de apa aplicata in cateva mari uzine de tratare (Qgt2000 m3h) ce preiau apa bruta direct din fluviul Ruhr Schema asigura o eliminare optima a microorganismelor Concentratia de Cryptosporidium in apa raului Ruhr variaza de la 0 la 5 unit(100 dm3) iar concentratia chisturilor Giardia de la 8 la 250 unitdm3 Nu au fost detectate aceste organisme in treptele premergatoare dezinfectarii Se remarca prezenta treptelor de filtrare incepand cu filtrarea mecanica pe microsite in capatul amonte al filierei de tratare si continuand cu un pachet de trei trepte de filtrare (dublu strat carbune activ granular si filtre lente) care asigura o eficienta foarte mare din punct de vedere microbiologic
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 3
Figura 34 Filiera tehnologica uzina de apa Mulheim an der Ruhr
(Germania)
Un exemplu de schema tehnologica combinata (Q=32 m3s) este prezentata in figura 35 Apa bruta (fluviul Elba) este puternic incarcata in poluanti Filtrarea primara (bazine de infiltratie) reduce de cateva ori incarcarea microbiologica iar in cazul folosirii treptelor de floculare sedimentare si filtrare reducerea incarcarii microbiologice este de circa 9999
Prin curgerea in stratul subteran se obtine o apa ce se incadreaza in normele privind calitatea apei potabile Dezinfectia finala este aplicata pentru a preveni cresterea masei bacteriene in sistemele de distributie Uzina este prevazuta a fi modernizata cu treapta de oxidare cu ozon si filtre multistrat
In Elvetia sunt intalnite in principal scheme complexe de tratare avand la baza procese biologice (figura 36) Treptele de tratare clasice (pre-oxidare cu ozon coagulare-floculare filtrare rapida) sunt urmate de corectia pH-ului si postozonare in fmalul filierei de tratare se prevad reactoare biologice inseriate (filtre CAG activate biologic urmate de filtre lente) Se urmareste in principal reducerea indicatorilor biologici si bacteriologici prin reducerea concentratiilor de carbon organic asimilabil (AOC lt 10 ug Cdm ) Se remarca absenta dezinfectarii finale Se obtine o apa biostabila introducerea acesteia intr-o retea de distributie nu necesita prezenta unui dezinfectant rezidual Se asigura in acest mod o siguranta ridicata la consumator in ceea ce priveste potentialul de formare al trihalometanilor
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 3
33 Procese de oxidare
Procesele de oxidare pot fi intalnite in toate statiile de tratare in doua sectiuni caracteristice ale schemei
bull pre-oxidare in capatul amonte al filierei pentru oxidarea substantei organice plancton inactivare microorganisme obiectul principal este asigurarea functionarii optime a proceselor de tratare si evitarea contaminarii acesteia
bull post-oxidarea amplasat dupa procesele de tratare conventionale (decantare si filtrare rapida pe strat de nisip) urmareste oxidarea totala a micro poluantilor reducerea materiilor organice naturale si inactivarea totala in ape limpezi a compusilor biologici si bacteriologici
331 Pre-oxidare
In mod obisnuit se utilizeaza urmatorii agenti oxidanti clor ozon dioxid de clor 3311 Clorul(Ch)
Clorul se utilizeaza in mod uzual cu doze cuprinse in domeniul 1 - 3 mgl cu timp de contact minim Tc=30 minute in anumite situatii (inflorire algala sau poluare accidentala) dozele pot fi mai mari dar se urmareste evitarea formarii sub-produsilor organo-clorurati (de exemplu trihalometani THM) prin efectuarea de incercari pe apa sursei pentru a se stabili potentialul de formare
Clorul este adoptat frecvent datorita costurilor reduse implicate Reactia clorului trebuie urmarita cu atentie luand in consideratie agentii reducatori (H2S Mn2+ Fe3+) si materiile organice naturale in diagrama din figura 37 se poate urmari procesul de reactie al clorului in apa (clorare la breakpoint) Punctul critic se atinge daca raportul masic intre clor si amoniac variaza intre 81 -101 (teoretic 761)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 40
3312 Ozonul(03)
Ozonul este un gaz violet instabil care degaja un miros iritant caracteristic
Se produce prin descarcari electrice la diferente de potential ridicate intre doi electrozi intre care curge aer sau oxigen pur Eficienta productiei depinde de diferenta de potential frecventa caracteristicile materialului dielectric si spatiul care separa dielectricele Progresele tehnologice din ultimii 20-30 ani au condus la reducerea consumului de energie la 10 - 12 kWh 1 kg O3
Dozele uzuale de ozon sunt in gama 1 - 3 mgCVdm3 iar timpul de contact uzual este Tc=10 minute Se tinde spre adoptarea solutiei cu doua reactoare in serie ca in figura 38 Adancimea apei in reactoare poate atinge 6-75 m
Conceptual reactoarele de ozon functioneaza pe baza interceptarii curentului de apa descendent de catre voalul de bule mici de ozon in miscare ascendents
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
0
4
3313 Dioxidul de clor (CIO2)
Se poate obtine din clorit de sodiu si clor conform reactiei
2NaC102 + Cl2rarr2C102 + 2NaCl (31)
Stoechiometric 1 g dioxid de clor se obtine din 134 g clorita de sodiu si 05 g de clor
Este instabil si exploziv la temperaturi T gt (-40degC) Se produce imediat inainte de injectia in apa La 20degC si presiune partiala de 53 kPa solubilitatea este 4 gdm3
Avantajele utilizarii CIO2 sunt
bull nu formeaza sub-produsi de tip trihalometani (THM)
bull are putere oxidanta mai buna oxideaza fenoli si este foarte eficace la pH peste 85
Dozele utilizate frecvent 01 - 05 mgl timpul de contact fiind Tc = 10 min Se mentioneaza ca pentru doze mai mare de 05 mgl exista riscul formarii de sub-produsi de tip clorati
Reactoarele de pre-oxidare utilizeaza agitatoare mecanice (rezistente la coroziune) care asigura amestecul mecanic cu randamente ridicate intre apa de tratat si solutia de CIO2
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 4
332 Post-oxidare
In filierele de tratare se dezvolta din ce in ce mai mult conceptul de post-oxidare cu ozon pe apa limpezita dupa filtrele rapide de nisip pentru ca eficienta transferului creste se reduc dozele de ozon si oxidarea micro-poluantilor devine mai eficienta
incadrarea procesului de post-oxidare in schema statiei de tratare se realizeaza totdeauna ca infigura 310 n
Dozele de 03 in post-oxidare nu depasesc 2 mgl Principiile reactoarelor de ozon sunt identice cu cele utilizate in pre-oxidare
Post-oxidarea cu ozon combinata cu adsorbtia pe CAG este procesul (denumit afinare) capabil sa asigure
- eliminare totala compusi biologici microbiologici si micropoluanti
- reducere materiilor organice naturale astfel incat TOC lt 25 g Cl
- eliminare pesticide
333 Alegerea oxidantului
Alegerea oxidantului se bazeaza pe analiza calitatii apei caracterizarea marimii poluarii care poate apare (continut materii organice naturale carbon organic total numar de microorganisme perioade duraf deg ce aparitie)
Alegerea agentului oxidant are la baza costuri si implicatii in filiera tehnologica
Tabelul 35 Caracteristici principale Tn alegerea oxidantilor Nr crt
Oxidant Avantaje Dezavantaje
1 Clor-Cl2 - costuri reduse- cunoastere operare- este remanent (rezidual) in reteaua de
distributie
formeaza THM - necesita timpi de contact mari
2 Dioxid de clor - C102 - capacitate de oxidare mai ridicata in raport cu Cl2
- nu formeaza THM- este remanent (rezidual) in reteaua de
distributie
- necesita preparare si dozare instantanee- la doze prea mari poate forma cloraticosturi mai mari in raport cu Cl2
3 Ozon - 03 - cea mai mare capacitate de oxidare- nu formeaza THM
- necesita preparare si dozare instantaneeconsumuri energetice mari- poate forma subprodusi de tip bromaji sau
aldehide- nu este remanent (rezidual) in reteaua de
distributie
4
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 4
Figura 311 Fortele
ce actioneaza asupra
particulelor aflate Tn
apa
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
3511 Deznisipatoare
Sunt destinate sa retina particulele de tip nisip pentru protectia utilajelor din schema statiei de tratare Schema unui deznisipator orizontal este data in figura 313
Figura 313 Deznisipator orizontal longitudinal
1 Gratar 2 Bare de linistire 3 Nisa pentru reparatii Tn caz de avarie 4 Stavilar de intrare 5 Vane de golire 6 Stavilarde iesire 7 Galerie de golire
In zona de intrare a apei in deznisipator se monteaza un gratar rar pentru impiedicarea accesului corpurilor mari in interiorul bazinului Pentru linistirea curentului se monteaza bare verticale de linistire Peretii laterali ai deznisipatorului se executa cu evazare catre exterior pentru a permite preluarea impingerilor survenite din podul de gheata care se formeaza pe timp de iarna la suprafata bazinului Panta radierului bazinului trebuie sa permita evacuarea depunerilor in zona din aval a bazinului Evacuarea depunerilor se poate realiza cu mai multe sisteme
bull prin hidro-mecanizare cu scoaterea din functiune a unui compartiment
bull prin golirea totala a compartimentului (numai pentru debite foarte reduse)
bull cu electro-pompe speciale purtate de o grinda rulanta
3512 Decantoare statice
Sunt destinate surselor cu variatii mari de turbiditate la care 50 - 60 din suspensii sunt de natura minerala (gravimetrice) in figura 314 se prezinta schema unui decantor orizontal longitudinal Elementele principale ale bazinului sunt
bull zona de intrare in care se gaseste un perete de linistire a curentului in partea superioara respectiv canalul de evacuare a depunerilor in partea inferioara
bull decantorul propriu-zis cu radier cu panta catre basa de evacuare a namolului amplasata in zona incipienta a bazinului
bull zona de evacuare a apei decantate care este bordata de un gratar cu rolul impiedicarii accesului plutitorilor
Curatirea decantoarelor orizontale se realizeaza
bull Intermitent prin golire si evacuare depuneri hidraulic sau mecanic
bull Continuu cu ajutorul podurilor racloare care strang depunerile in base special amenajate
Dificultatile in operarea decantoarelor statice se pot sintetiza
bull sunt influentate de factori atmosferici vant gheata insorire
bull miscarea este turbulenta ca structura si particule fine pot fi repuse in stare de suspensie
bull echilibrarea fluxului hidraulic se realizeaza cu dificultate
bull eficienta retinerii nu depaseste 10-15 NTU la apa decantata
37 Filtrarea apei - generalitati
Filtrarea este procesul de limpezire finala a apei (stadiul II) la curgerea printr-un mediu poros de obicei format din nisip cuartos Procesul simuleaza infiltratia apelor superficiale in mediile poroase din subsolul pamantului Procesul este cunoscut si aplicat de mult timp (primul brevet s-a emis in 1830)
Schema generala (figura 323) indica filtrul ca fiind format dintr-un bazin (cuva) in care apa curge in sens descendent traverseaza mediul poros sustinut de un drenaj si ajunge intr-un rezervor de apa filtrata amplasat sub drenaj Sistemul este dotat cu toate instalatiile de introducere -prelevare apa preaplin si golire
Parametrii fundamentali ai procesului de filtrare sunt
bull viteza de filtrare definita (ca viteza aparenta) cu relatia urmatoare
vF = Q A [ m h ] [mzi] (313)
In care
Q - debitul de apa filtrata
A - suprafata orizontala a stratului filtrant in
functie de viteza de filtrare se pot clasifica in
o filtre lente (biologice) - VF = 01 - 025 [mh]
o filtre rapide - vF = 4 - 10 [mh|
o filtre ultra-rapide
bull mediul filtrant - in general nisip cuartos care sa realizeze prin uniformitatea granulelor un volum de goluri in care sa se acumuleze suspensia retinuta din apa caracteristicile sunt diferite pe tipuri de filtre
bull pierderea de sarcina (hr) exprimata ca diferenta intre nivelul apei in cuva filtrului si nivelul apei in rezervorul de apa filtrata este data de colmatarea stratului si este variabila in timp
49
38 Filtre lente
Se bazeaza pe formarea unei membrane biologice constituita din colonii de bacterii aerobe -amplasata la suprafata stratului de nisip (pe primii 2-3 cm) Elementul fundamental este dezvoltarea membranei (in 1 - 3 zile) functie de caracteristicile apei Dupa o perioada (30 - 50 zile) membrana se colmateaza si incepe sa se rupa degradand calitatea apei Aceasta se razuieste (se curata) manual sau mecanic si procesul este reluat In figura 52 se indica schema unui filtru lent
Dispoizitiv de curatat_____________________________membrana biologtca
Figura 325 indica tipurile de organisme care pot fi intalnite pe o adancime de 30 cm in nisipul filtrului lent
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
Nisipul din filtrul lent trebuie sa aiba urmatorii parametri
bull granulozitatea in domeniul dg = 035 - 050 mm
bull coeficientul de neuniformitate ult 15
(314)
In care d6o - diametral ochiurilor sitei prin care trece 60 din materialul cernut
d1o - diametral ochiurilor sitei prin care trece 10 din materialul cernut
01
50
bull inaltimea stratului de nisip H=90-100 cm cand grosimea stratului de nisip ajunge dupa curatiri succesive la 70 - 80 cm este necesara completarea la inaltimea initiala
Solutia filtrelor lente se prevede la debite relativ mici (max 10000 m zi) si surse de apa in general curate (lipsite de alge culoare poluanti toxici) Se pot obtine rezultate performante la ape necoagulate Operarea sistemelor de filtre lente este simpla Procesul de filtrare lenta este asimilat cu procese fizice si biologice Acestea din urma necesita o atentie si urmarire continua in etapele de operare a filtrelor in special referitor la starea coloniilor de bacterii aerobe din membrana biologica
310Filtre rapide
In figura 326 se prezinta schema unui filtru rapid Acesta este constituit din urmatoarele elemente componente
bull sistem admisie apa in cuva - are rolul echirepartitiei debitului catre cuvele de filtre
bull stratul filtrant peste care exista un strat de apa
bull drenaj cu rolul de a sustine stratul filtrant si de a transforma bulele mari in bule fine in procesul de spalare inversa
bull sistem de mentinere a nivelului apei in filtru (pentru filtrele cu functionare in sistem nivel constant si debit variabil)
bull statie de pompare apa de la spalare filtre si statie de suflante
bull instalatii hidraulice grupate in galeria tehnologica cu rolul de a asigura toate utilitatile necesare functionarii corecte a procesului (conducte si vane apa filtrata apa spalare aer spalare preaplin golire etc)
bull rezervor de apa filtrata amplasat de obicei sub toata statia sau in anumite cazuri numai sub galeria tehnologica
Procesul consta in doua etape
bull filtrarea apei parcurgand in sens descendent stratul de nisip si drenajul
bull spalarea filtrului in sens ascendent in doua faze distincte
o faza 1 (durata Ti=5-10 min)
o faza 2 - limpezire (durata Ti=10-15 min)
51
in ultimii 30-40 de ani in lume a existat o preocupare constants pentru perfectionarea procesului in sensul obtinerii performantei in calitatea apei filtrate (turbiditatea sa se incadreze in domeniulOl - 10 NTU)
Mecanismele de retinere in filtrele rapide se pot sintetiza ca in schema urmatoare
3101 Mediul filtrant
Calitatile materialului filtrant sunt urmatoarele
bull domeniul de granulozitate dg = 085 - 2 mm
bull coeficientul de neuniformitate u=d6odio lt 15
bull fractiunile inferioare diametrului 085 mm si superioare dmax 2 mm inferioare procentual la 10 in greutate
bull diametrul efectiv def = dio = 09-1 mm
bull sa realizeze un numar de goluri (porozitate) mare (pgt40)
bull forma granulelor apropiata de sfera pentru obtinerea unui grad de acoperire ridicat
bull continut de roci cuartoase recomandabil peste 95
bull sa aiba duritate (gt 7 in scara Mohs) pentru a nu se sfarama la spalare
Calitatea materialului filtrant influenteaza viteza de filtrare O serie de studii au indicat domeniul optim de granulozitate al nisipului de filtru conform figurii 328
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 52
3102 Calitatea influentului fn corelatie cu materialul filtrant
Pentru realizarea unei retineri eficiente a suspensiilor se impune ca in influentul filtrelor acestea sa fie floculate Aceasta se caracterizeaza prin coeficientul de coeziune al suspensiilor floculate (namol retinut) aceasta caracterizeaza capacitatea de rezistenta la forfecare si depinde de doza de floculant si natura (minerala sau organica a suspensiilor)
Procesul de optimizare a filtrarii rapide a apei ia in considerate principiul un filtru va functiona optim cand va produce cea mai mare cantitate de apa intre doua spalari succesive aceasta se va realiza cand timpul in care se atinge pierderea de sarcina limita este egal cu timpul in care se calitatea apei filtrate se inrautateste la limita maxim acceptabila (Ti = T2) sau penetrarea impuritatilor in interiorul masei filtrante se va efectua cu aceeasi viteza cu care creste pierderea de sarcina Expresiile celor doua perioade au fost determinate de cercetatorii Richard si Croce-Spinelli
Tx = a bull σ - 0 9 5 bull k-075bull def-045bull h0
n95bull v -185 (316)
T l = b bull σ-075 k - 0 7 5 bull dlef
1 5 Δhr05 bull vF
-065 (317)
In care Ti - perioada in care turbiditatea apei filtrate atinge valoarea limita (1 NTU)
T2 - perioada in care se atinge pierderea de sarcina limita (15 - 18 m)
a b - coeficienti empirici (experimentali)
hn - grosime strat nisip
Δhr- viteza de crestere a pierderii de sarcina
INSPECTIA SANITARA SI MOMTORIZAREA CALITATII APEI
VF - viteza de filtrare
k - coeficient de coeziune al namolului
a - depozitul specific (volumul de suspensii raportat la volumul de material filtrant)
Se constata ca fiecare filtru poate conduce la un ciclu optim functie de calitatea nisipului grosimea stratului calitatea flocularii suspensiilor din apa influenta si viteza de filtrare
3103 Variatia pierderii de sarcina
Urmarirea pierderii de sarcina este importanta pentru ca poate pune in evidenta functionarea filtrului Operarea optima a unui filtru se realizeaza prin urmarirea in timp a variatiei pierderii de sarcina si turbiditatii Masurile pentru realizarea acestui optim sunt
53
bull reducerea vitezei - cele mai performante filtre lucreaza cu viteze de filtrare variabile astfel incat colmatarea stratului sa se realizeze fara socuri
bull adaugarea unui polimer (doze 01 - 02 mgl) in influent pentru a mari rezistenta particulelor floculate
bull imbunatatirea calitatii nisipului
Presiune (m col H20)
Figura 329 Estimarea pierderii de sarcina Tn
stratul filtrant
3104 Spalarea filtrelor
Se realizeaza in contra curent de apa si aer comprimat Elementele tehnice care intervin esential in obtinerea performantelor spalarii sunt
bull calitate drenaj - din punct de vedere al uniformitatii debitelor de apa si aer
bull colectarea uniforma a apei de la spalare
bull metoda de spalare care sa asigure eliminarea totala a suspensiilor retinute in strat cu resurse minime
bull drenaj de mare rezistenta hidraulica (cu placi cu crepine)
Se bazeaza pe principiul introducerii unei rezistente hidraulice de 15 - 20 cm coloana de apa (reducerea brusca de sectiune la intrarea apei in tija crepinei) care asigura uniformizarea intensitatilor de spalare pe suprafata cuvei (abateri de plusmn 3-5) In figura 330 se prezinta schema drenajului cu placi cu crepine
Se pun conditii severe din punct de vedere constructiv pentru realizarea drenajului
bull asigurarea etansarii perfecte
bull asigurarea cotei exacte si unice pentru pozitia orificiilor de aer
bull rezistenta cosurilor crepinelor
bull asigurarea formarii unui nivel de separatie apa - aer uniform si constant pe toata suprafata cuvei
Cele mai performante filtre din punct de vedere al spalarii sunt filtrele cu baleiaj la spalare (figura 331)
INSPECTIA SANITARA SI MOMTORIZAREA CALITATII APEI
55
55
in perioada de spalare a filtrului nivelul in cuva se afla la cota NS jgheaburile J nu mai deverseaza si prin orificiile de la baza jgheaburilor se creeaza un curent de baleiaj (1-2 dm3sm2) cu apa decantata care impinge suspensiile spre jgheabul de colectare Se reduc astfel timpii de spalare (cu 50) si intensitatile si volumele de apa de spalare
Prin curgerea ascendenta a aerului masa de nisip vibreaza si peliculele de namol se desprind de granule Curentul ascendent de apa le antreneaza Spalarea numai cu aer induce vibrarea masei de nisip si depunerea namolului in zona inferioara a stratului De aceea este contraindicata spalarea numai cu aer in faza 1
In general echipamentele pentru asigurarea debitelor apa de spalare se adopta un utilaj (pompa) in faza 1 si inca o pompa de acelasi tip pentru faza a Il-a
3105 Asigurarea repartitiei uniforme a influentului
Pentru asigurarea repartitiei uniforme a apei decantate se utilizeaza diverse sisteme Cel mai performant este sistemul cu deversori neinecati conform cu schema din figura 332
3106 Sistemele hidraulice
Sistemele hidraulice asigura deservirea statiei de filtre atat in procesul de filtrare cat si in procesul de spalare Acestea se vor dimensiona conform vitezelor economice prezentate in tabelul urmator
3107 Reglajului debitului si nivelului de apa in cuva
Pentru filtrele care functioneaza cu nivel constant si debit variabil este foarte important ca nivelul apei in filtru se fie mentinut pseudo-constant Aceasta se asigura cu diverse sisteme de plutitori (regulator de nivel amonte) care comanda vana de pe conducta de apa filtrata sau cu sisteme electronice si hidraulice conform figurii 333
Figura 333 Sistem de reglare electronic al nivelului apei Tn filtru
Legends 1 Strat filtrant 2 Vana apa filtrata 3 Parghie comanda vana 4 Electrovana de comanda 5 Regulator electronic 6 Senzor de presiune pentru nivel filtru 7 Senzor de presiune sub planseu 8 Potentiometru 9 Indicator de
colmatare 10 Alimentare cu fluid de comanda
313 Afin area apei
Procesul de afmare a apei este constituit din combinatia intre procesul de post-oxidare cu ozon a apei filtrate urmat de adsorbtie pe carbune activ granular
3131 Post-oxidarea cu ozon
Ozonul (O3) se obtine din aer sau oxigen supus la descarcari electrice printr-un dielectric In figura 334 se prezinta un element dintr-un ozonor
figura 334 Element tubular de ozonor
1 - Intrare gaz vector (aeroxigen) 2 3 - Electrozi 4 - Dielectric 5 - Spatiu de descarcare electrica 6 - Gaz vector +
ozon 7 - Apa racire
Diferentele de potential la care se lucreaza sunt cuprinse intre 6000 - 18000 V functie de natura si grosimea dielectricului marimea spatiului de descarcare si presiunea absoluta de functionare
Concentratiile de ozon in gazul vector obisnuite sunt
bull 10-40gm - in cazul utilizarii aerului
bull 10-140 gm3 - in cazul utilizarii oxigenului
Pentru a realiza concentratii optime si stabilitatea procesului se cere punct de roua -60degC -80degC
Energia specifics pentru productia de ozon
bull 13-18 kWhkg O3 - produs din aer
bull 8-10 kWhkg O3 - produs din oxigen
Actiunea O3 asupra apelor de consum se poate sintetiza
bull imbunatatirea calitatilor organoleptice (gust miros culoare)
bull activitate bactericide si virulicida
bull oxidarea materiilor organice
bull oxidare micro-poluanti
bull imbunatatirea biodegradabilitatii in amonte de CAG
3132 Adsorbtie pe carbune activ granular (CAG)
Carbunele activ se poate obtine din carbuni minieri sau din coaja de nuca de cocos Majoritatea carbunilor minieri pot fi convertiti in carbune activ insa proprietatile carbunelui activ depind esential de calitatea initiala a carbunilor in special in ceea ce priveste duritatea acestora in acest sens se utilizeaza adesea coaja nucilor de cocos pentru fabricarea carbunelui activ
Exista o multitudine de procese de fabricare a carbunelui activ insa eel mai dezvoltat este piroliza urmata de activarea cu gaze de oxidare Piroliza (carbonizarea) presupune incalzirea materialului la temperaturi intre 600 si 900 degC in absenta aerului Pentru obtinerea unei porozitati ridicate se pot utiliza adaosuri de cloruri metalice (de exemplu ZnCl) Piroliza poate reprezenta unicul pas de activare in cazul in care se doreste obtinerea unui material cu 0 porozitate ridicata
A doua etapa este cea de oxidare care se realizeaza de obicei cu abur sau uneori cu aer Temperaturile sunt uzuale in gama de 600 - 900 degC Pe parcursul acestei etape se realizeaza 0 erodare a suprafetei interne a carbunelui si dezvoltarea unei retele extensive de micropori care cresc capacitatea de adsorbtie
58
Printre proprietatile principale ale carbunelui activ se enumera continutul de cenusa umiditatea densitatea marimea particulelor duritatea volumul si distributia dupa marime a porilor suprafata interna
31321 Continutul in cenusa
Continutul in cenusa este reprezentat de reziduul obtinut prin calcinarea la temperatura de 954 degC timp de 3 ore in aer Uzual continutul de cenusa variaza intre 3 si 10 Pentru reducerea cantitatii de cenusa se poate utiliza spalarea cu acid
31322 Umiditatea
Umiditatea se determina prin uscarea in cuptor timp de 3 ore a unei cantitati de 5 sau 10 g de carbune activ la temperatura 150 degC Se determina greutatea inainte si dupa uscare si racire in exicator Umiditatea in vrac a carbunelui activ este recomandabil sa fie limitata la maxim 5
31323 Densitatea
Sunt mai multe tipuri de densitati printre care se mentioneaza densitatea in vrac densitatea aparenta densitatea particulei si densitatea reala Densitatea in vrac sau densitatea aparenta reprezinta greutatea carbunelui activ uscat raportata la volumul pe care acesta il ocupa Aceasta se determina prin umplerea unui cilindru cu volumul de 100 ml cu carbune prin cadere libera dintr-o masina vibratoare si cantarirea volumului respectiv Valorile uzuale sunt in gama 05 - 06 gml pentru carbune activ fabricat din carbune minier respectiv 024 - 030 mg1 pentru carbune activ fabricat din lemn
Densitatea particulei reprezinta densitatea unei particule singulare Volumul pe care se bazeaza include volumul porilor precum si volumul materialului Densitatea particulei se determina in mod uzual cu mercur la presiunea atmosferica (mercurul umple spatiile goale din particula de carbune activ dar nu umple porii) Valorile uzuale sunt in gama 074 - 080 gml
Densitatea reala sau densitatea scheletului este cea determinate numai pe materialul (carbunele) propriu-zis Pentru determinarea acesteia se utilizeaza uzual o metoda de inlocuire cu heliu (heliul intra practic in toti porii materialului) Valorile uzuale sunt in gama 21 - 22 gml
31324 Marimea particulelor
Aceasta se determina prin cernerea a 100 sau 200 g de carbune printr-un sistem de site mecanice timp de 10 minute dupa care se cantaresc retinerile pe fiecare sita in parte Carbunele activ pudra se incadreaza de obicei in domeniul 005 mm - 15 mm
31325 Friabilitatea
Capacitatea carbunelui activ de a rezista la abraziune este unul dintre parametrii cei mai importanti Procedura de determinare a friabilitatii carbunelui activ presupune determinarea granulozitatii acestora inainte si dupa testul propriu-zis care consta in concasarea succesiva a carbunelui intr-un recipient alaturi de bile de otel inoxidabil Valorile uzuale ale indicelui de friabilitate sunt 65 - 80 (practic 70 - 75) ceea ce atesta faptul ca materialul este foarte usor friabil si este necesar atentie la procedura de spalare
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATIIAPEI 59
31326 Volumul si distributia dupa marime a porilor
Volumul porilor reprezinta volumul total al porilor din particula de carbune activ granular raportat la greutate Valorile uzuale sunt de ordinul 08 - 12 mlg pentru carbune activ fabricat din carbuni minieri respectiv 22-25 mlg pentru carbune activ fabricat din lemn Volumul total al porilor poate fi determinat printr-un test de adsorbtie cu azot desfasurate astfel incat azotul condensat sa intre in totalitate in porii carbunelui
Carbunele activ confine o structura complexa de pori de forme si marimi diferite Porii au de obicei o geometrie neregulata si sunt interconectati Dimensiunile porilor sunt uzual intre 10 A si 100000 A (001 cm) Distributia dupa marime a porilor depinde de tipul de material utilizat si de metoda si de durata procesului de activare
31327 Suprafata internaSuprafata interna a materialelor poroase in general se determinS cu ecuatia BET stabilita de
Brunauer Emmett si Teller Ecuatia descrie formarea de strate multiple de gaz condensat care apar atunci cand un gaz adsorbabil (de exemplu azotul) este in contact cu materialul poros Intr-un astfel de test se utilizeaza azot la temperatura de fierbere si presiunea atmosferica (-196 degC sau 77 K)
Ecuatia BET (expresia 318) a fost derivata presupunand urmatoarelebull rata de condensare a moleculelor din primul strat este egala cu rata de evaporare a
moleculelor din zonele acoperite cu un singur strat de moleculebull caldura de adsorbtie peste primul strat este constants si egala cu caldura de lichefiere
qqm=b(PPS)(1-PPs)(1-PPS+bPPS) ( 3 1 8 )
In care Ps - presiunea de vaporizare la saturatie la temperatura utilizata in test uzual 1 atm
q - cantitatea de substanta adsorbita la presiunea P
qm - cantitatea de substanta adsorbita numai cand se constata acoperirea totala a suprafetei cu un strat monomolecular
b - constanta determinata experimental
In figura 336 se prezinta o relatie tipica intre marimea porilor si suprafata totala Suprafata cumulativa este data de insumarea suprafetelor tuturor porilor cu un diametru dat sau mai mare Se remarca faptul ca marea majoritate a suprafetei este atribuita porilor de mici dimensiuni
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI60
3133 Teste uzuale de adsorbtie
In practica se utilizeaza o serie intreaga de teste pentru a determina capacitatea de adsorbtie pentru diferite tipuri de carbune activ Printre acestea se mentioneaza
- Indicele Iod reprezinta cantitatea de iod in miligrame pe gram adsorbit de un carbune activ la echilibru cu o solutie I2-KI cu concentratia 002 N indicele iod indica suprafata totala a porilor cu diametru de 10 A sau mai mare valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 800 - 1000 mgg
Indicele Melasa reprezinta un indicator al puterii de decolorare a carbunelui activ granular in contact cu 0 solutie de melasa la fierbere indicele melasa este in stricta legatura cu suprafata totala a porilor cu diametrul mai mare de 28 A valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 200 - 300
- Indicele Albastru de Metilen reprezinta cantitatea de albastru de metilen adsorbita de 1 g de carbune activ la echilibru in contact cu o solutie cu concentratia 1 mg1 de albastru de metilen Albastrul de metilen are greutatea moleculara 320 si indica suprafata totala a porilor cu diametrul de 15 A
- Activitatea tetraclorurii de carbon tetraclorura de carbon CC14 este un compus molecular mic si poate intra in toti porii In acest test un curent de aer este saturat cu CCI4 la 0 degC si este trecut printr-un strat de carbune activ mentinut la 25 degC pana cand nu se mai detecteaza nici o schimbare in greutate Activitatea este greutatea CCI4 adsorbita pe unitatea de greutate de carbune activ exprimata procentual Valorile uzuale ale acestui indicator sunt in gama 60 -80
- Indicele butan este similar activitatii tetraclorurii de carbon valoarea acestuia este exprimata grame de butan adsorbite pe 100 ml carbune activ valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 7 - 8 g 100 ml carbune activ
- Indicele FINAD stabilit de cercetatorul C Gomella si reprezinta un produs al mai multor indici F - fenol I - iod N - indol A - antipirina D - detergent
316 Deferizarea si demanganizarea apei
Fierul (Fe) si manganul (Mn) sunt elemente care se gasesc frecvent in mediul subteran si in apa apar in concentratii pana la 10 mg1 (Fe) si 2 mg1 (Mn) Prezenta fierului si manganului in apele potabile pot genera urmatoarele probleme
bull produce gust metalic dezagreabil
bull coloreaza tesaturile si echipamentele sanitare
bull formeaza precipitate in conducte care favorizeaza dezvoltarea bacteriilor feruginoase (Chrenothrix) acestea modifica regimul hidraulic calitatea apei distribute si favorizeaza fenomenele de coroziune
3161 Echilibrul fierului si manganului in apa
Fierul si manganul sunt prezente dizolvate in solutiile apoase sub forma Fe2+si Mn2+ Concentratia in oxigen a apelor subterane care contin Fe si Mn este nula Din namolurile situate in
2+ ~
zona anaeroba din hipolimnion se elibereaza ioni de Fe2+ si Mnz+ in apele lacurilor In numeroase ape naturale se remarca prezenta Fe3+ asociata cu substantele humice Stabilitatea fierului si manganului in apa depinde de numeroase variabile
bull pH-ul apei
bull concentratia diferitelor elemente chimice
bull potentialul de oxido-reducere (Eh) al solutiei
In figura 341 se prezinta diagrama de stabilitate a formelor fierului in solutie in aceasta diagrama o curba (linie) reprezinta locul geometric pentru care concentratia celor doua substante este aceeasi De exemplu linia 1 reprezinta solutia pentru care O2 si H2O au aceeasi valoare Aria cuprinsa intre curbele 1 si 2 reprezinta aria de stabilitate a compusilor de Fe Chimia manganului este asemanatoare cu cea a Fe Astfel la pH si Eh reduse Fe si Mn sunt stabile in forme bivalente
zidarie de sprijin din zidarie beton sau beton armat La constructive de mai trebuie tinut seama ca in afara de efectul de erodare si de afuiere a patului de sprijin actioneaza si impingerea malului
Digurile longitudinale sunt lucrari executate in albie care au rol de a dirija pe o portiune un spatiu relativ fix apa raului Se realizeaza din anrocamente cu marime suficienta pentru a nu fi antrenate de apa prefabricate de beton gabioane (piatra de rau balast inchis in casete de sarma zincata pentru a obtine o stabilitate generala mare - elemente simple ieftine si stabile atata timp cat sarma de la cos nu cedeaza sub efectul eroziunii si coroziunii) casoaie din lemn blocuri de beton legate elastic etc Capetele acestor diguri trebuie sa fie bine aparate eventual legate cu cate un epiu astfel incat curentul de apa sa nu patrunda in spatele digului Daca digurile sunt deversate vor fi luate masuri constructive contra afuieri sau spalarii patului cu efect imediat asupra stabilitatii constructiei
Epiurile sunt ca si digurile constructii permeabile rezistente la actiunea apei submersibile sau nu care dirijeaza apa raului pe un anumit spatiu si favorizeaza colmatarea treptatS a spatiului dintre ele Ca pozitie pot fi dirijate spre aval normal pe albie sau orientate spre amonte Se executa din aceleasi materiale ca si digurile Daca albia are un pat usor afuiabil inainte de executia digului propriu-zis se amenajeaza un pat elastic din saltele de fascine sau numai rulouri de fascine O atentie deosebitS se da capului epiului (partea terminals dinspre apa) care este elementul eel mai solicitat Totdeauna coada epiului trebuie bine incastrata in mai pentru a nu permite apei sa-1 ocoleasca
Traversele de colmatare sunt diguri scurte executate din umplutura de material local protejata cu anrocamente mari pe albia minora ce trebuie pSrSaitS sau pe bratele auxiliare care trebuie sa fie colmatate L ape mari spatiul dintre traverse se umple cu aluviuni si in timp traseul vechi al albiei minore dispare
Toate constructiile enumerate anterior si altele asemSnStoare imaginate de specialisti trebuie sa fie verificate si la efecte (in perioada de primavara nu trebuie sa se permita formarea de zSpoare -blocuri de gheata spartS aglomerata care favorizeaza inundatiile) Pe zonele de rau regularizate tipurile de constructii pentru captarea apei sunt similare cu cele pentru albia neregularizatS dar cu adancime suficientS a apei De altfel totdeauna cand se executa constructii legate de apa vor fi luate si masuri de stabilizare a albiei in zona afectata
244 Captari cu baraj de derivatie
In cazul in care pe rau nu se poate asigura nivelul minim necesar pentru captarea apei iar regularizarea albie nu este posibila sau rationala se recurge la executarea unei constructii pentru ridicarea artificials a acestuia dacS debitul captat este important iar fenomenele de iarnS nu pun probleme deosebite
Pentru a nu crea prejudicii pentru alti beneficiari constructia numita stdvilar sau baraj de derivatie trebuie sa asigure concomitent urmStoarele conditii
bull sa fie stabilS la actiunea dinamicS a apei
bull sa permita evacuarea debitelor mari fSrS a provoca inundatii sau deteriorarea altor constructii
bull sa permits evacuarea gheturilor de primSvarS
bull sa asigure navigatia plutaritul circulatia pestilor sau alte folosinte etc Forma
captSrii depinde de
bull marimea debitului captat raportul debit captat debit rau
bull variatia debitului raului si aluviunilor transportate
bull posibilitStile de executie
bull amplasamentul efectiv al prizei (natura albiei adancimea stratului impermeabil inSltimea malurilor etc)
In continuare sunt date cateva exemple de constructii caracteristice pentru asemenea prize
Captarea pentru debit mare realizabilS pe un rau mare pentru localitSti industrii irigatii energie etc Are alcStuirea generals din figura 214
Intre douS culei (o culee este o constractie de legSturS intre constructia dintre albie si mai) se executS elementul de barare a albiei adicS de ridicare a nivelului apei la cota minimS necesarS Aceasta poate fi un prag - baraj deversor dacS lungimea disponibilS si cota malului permit
evacuarea debitelor mari de rau sau baraj cu stavile mobile (stavilar) care se pot ridica sau culca (intr-un locas special prevazut) in radier lasand libera sectiunea pentru evacuarea apelor mari Sunt si cazuri in care din cauza deschiderii mari a albiei s-a adoptat o solutie mixta partial cu stavile partial cu baraj deversor sau uneori si cu baraj nedeversant
Pe malul opus captarii se executa daca este cazul ecluza pentru navigatie sau plutarit cu dimensiunile cerate de beneficiar si aproape totdeauna o scara de pesti pentru a asigura circulatia libera a pestilor intre cele doua biefuri (un bief este zona de rau aflata amonte sau aval de constructia considerate) Pe acelasi mai cu priza se gasesc doua deschideri de spalare prevazute cu vane plane care stau totdeauna partial deschise astfel incat debitul de apa care nu se capteaza sa nu deverseze peste baraj ci sa treaca pe sub aceste stavile
Se reaminteste ca in nici un caz nu este permisa captarea integrals a debitului raului in sectiunea respectiva o parte a debitului raului trebuie sa treaca in aval pentru mentinerea intr-o stare salubra a zonei (altfel devine depozit de gunoaie pe timp de ape scazute) asigurarea apei pentru vietuitoare si vegetatie Debitul ramas in albie este numit debit de servitute (Qs) Spalarea este necesara intracat prin ridicarea locala a nivelului apei s-a realizat in amonte o reducere locala a pantei energetice a curentului de apa Aceasta reducere conduce la micsorarea capacitatii de transport deci micul lac ce se creeaza in spatele barajului se umple repede cu aluviuni Umplerea se face si in dreptul gratarului fiind periclitata adancimea de intrare minima altfel spus se realizeaza ridicarea locala a fundului albiei Lasand libera circulatia apei langa gratar se produce continuu o spalare a depunerilor din cauza vitezei mari realizate sub stavilele de spalare
in unele cazuri prima pila a barajului a fost prelungita cu un pinten formand un fel de canal in fata prizei Apa circuland cu o viteza comparabila cu cea existenta in rau inainte de barare evita producerea de depuneri in fata prizei
Atat in dreptul stavilelor de spalare cat si al barajului deversor in aval se executa un disipator de energie al carui rol este de a reduce viteza apei la o limita care sa nu produca eroziuni spalari in aval de constractie spalari care ar putea periclita stabilitatea acesteia
Priza este o deschidere in culee protejata cu un gratar contra plutitorilor Pentru a evita antrenarea aluviunilor mari in priza aceasta se prevede cu un rag (grataral se aseaza deasupra fundului albiei la 05 - 10 m) Pentru a nu favoriza blocarea gratarului cu plutitori viteza de trecere este redusa 01 - 05 ms din care cauza priza are o forma de palnie Intrarea poate fi inchisa cu stavile Daca deschiderea totala este mare ea se poate reduce cu ajutorul unor pile intermediare Lungimea unei stavile nu va depasi 250 m altfel dispozitivele de ridicare a stavilelor devin greoaie In pile inaintea nisei stavilei se lasa profile U inglobate in beton cu deschiderea spre apa pentru a se putea lansa batardoul (umplutura din elemente grinzi de lemn sau metal) in scopul punerii la uscat a incintei pentru eventuale reparatii Deoarece dupa gratar viteza apei scade mult se produc depuneri care pot afecta circulatia pe canalul de legatura Spalarea lor se poate face cu o golire secundara - de spalare (vezi figura 214) Daca se inchide plecarea spre beneficiar (stavila V2) si se deschide stavila V3 se poate asigura o circulatie fortata cu 0 viteza cu 0 viteza mare (diferenta de nivel amonte-aval este mare) Daca debitul pe rau este suficient iar gratarele au o suprafata mai mare decat cea strict necesara se poate merge cu vana V3 partial deschisa - spalarea facandu-se continuu Pentru evitarea antrenarii plutitorilor mari si a ghetii in sloiuri la gratar se amenajeaza un perete de lemn scufundat partial (05 m) sau o linie de busteni legati articulat (care plutesc) Fenomenele de iarna sunt cele mai dificile la aceste prize
Captarea tiroleza este 0 captare cu gratar pe creasta (figura 215a) care se adopta in cazul in care debitul raului la ape mici este redus si nu poate asigura spalarea zonei din fata prizei iar debitul captat fiind mic captarea in mai se face greu (la aceasta constractie de captare se executa si o priza de iarna in cazul in care grataral ingheata) Captarea se aplica in zone de munte la rauri cu caracter torential pentru debite nu prea mari (sub lm3s) In unele situatii masivul de beton nu se vede din albie fiind alcatuit dintr-un prag de fund - cu gratar la nivelul fundului apei (grataral este inclinat aval pentru a evita blocarea cu aluviuni mari)
Captarea sub albie se adopta in situatia unor localitati de munte pentru care singura sansa de apa o constituie raul sau paraul care izvoraste de la cote inalte al carui debit scade foarte mult in perioadele de iarna si vara si in cazul care fenomenele de inghet dureaza timp indelungat In aceasta situatie 0 captare in albia raului va fi serios stanjenita iar exploatarea va pune probleme deosebite Pentru evitarea unora din aceste probleme au fost imaginate si executate captari sub fundul albiei intr-o zona in care albia este bine dezvoltata si are un pat de 2-3 m de aluviuni Constructia transversals dreneaza apa la unui din capetele sale unde pe malul raului dintr-un put este prelevata si transportata Aceasta captare se deosebeste insa de captarea subterana a apei infiltrate prin mai sau sub fundul albiei (cu drenuri radicale) deoarece apa captata are tot caracteristicile unei ape de suprafata dramul parcurs prin patul aluvionar fiind foarte scurt o asemenea apa are o turbiditate mai mica decat apa captata direct din rau
Schema unei captari sub albie numita uneori si caucaziana este data in figura 215b iar schema unei captari proiectata pentru extinderea provizorie a alimentarii cu apa a unei localitati din tara - la un debit de 10 dm3s in figura 215C
Din figura se observa ca in patul aluvionar al raului se executa o constractie permeabila care dreneaza apa ce se scurge prin subteran sau care se infiltreaza direct asupra constractiei In fata acestei constructii si deasupra ei se executa un blocaj din anrocamente care sa permita accesul mai bun al apei si totodata sa stabilizeze constructia contra efectului dinamic la ape mari (captarea lucreaza ca un prag de fund stabilizator)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 25
Captarea este relativ simpla usor de executat si cu rezultate bune in exploatare Trebuie insa data o atentie deosebita posibilei colmatari a zonei de acces la elementul drenant din cauza apei ce confine fibre de dimensiuni mici (celuloza si hartie) material ce se colmateaza etc
26 Captari din lacuri
Tara noastra nu dispune de lacuri naturale de volume importante care sa poata folosi drept sursa de apa Din aceasta cauza captarile vor fi analizate din punct de vedere al prelevarii apei din lacurile artificiale
In etapa actuala in tara noastra executarea de captari cu debite importante din majoritatea raurilor interioare nu se pot face fara o regularizare a debitului deoarece desi regimul precipitatiilor este relativ uniform (200-2000 mman) distributia in timp este foarte neuniforma Aceasta face ca in perioadele de primavara si toamna debitele sa fie foarte mari iar in perioada de vara si mai ales iarna debitele sa scada la valori extrem de mici cu totul insuficiente pentru alimentarea folosintelor Regularizarea debitelor se face prin lacuri de acumulare special create (bazine uriase cu volume de zeci de milioane-miliarde de metri cubi) care acumuleaza apa din rau in perioadele de viitura si permit folosirea acesteia la debitele dorite
Este insa evident ca un asemenea lac nu se poate crea decat printr-o constructie specials de blocare a albiei numita baraj constructie care prin amploare si efort de investitie pune probleme deosebite Din aceasta cauza executarea unor asemenea lucrari se face prin cooperare cu alti beneficiari lacul urmand sa aiba o folosinta complexa dupa cum urmeaza
bull va reduce viiturile si va permite protej area localitatilor si scoaterea unor suprafete de sub efectul inundatilor redandu-le circuitului agricol
bull volumul de apa acumulat confine o cantitate mare de energie hidraulica energie care poate fi transformata in cadrul centralelor hidroelectrice in energie electrica si data in circuitul energetic al tarii
bull o parte din volumul de apa acumulat poate fi preluat pentru irigarea unor importante suprafete de teren
bull parte din lac poate fi amenajat ca zona de agrement dezvoltand zona din punct de vedere turistic
bull se poate imbunatati regimul de curgere in aval cu efect si asupra calitatii apei
Din punct de vedere al alimentarii cu apa lacul are eel putin in prima perioada un efect favorabil apa prelevata fiind in general mai limpede si mai constants sub raport calitativ Aceasta presupune insa preluarea apei direct din lac (varianta I din figura 216) lucru care poate dezavantaja pe alti beneficiari (cei care se ocupa de producerea energiei de exemplu)
Pe de alta parte apa stationand mult timp in lac isi modifica calitatea iar prin descompunerea depunerilor si dezvoltarea unor microorganisme specifice apa poate sa capete gust neplacut (gustul este diferit de eel al apei de rau care este apa curgatoare) De aceea uneori apa este acumulata dar nu este captata din lac ci uzinata si lasata sa curga pe vechea albie pentru a se aera (varianta Il-a din figura 216) Solutia este
Figura 215 Captari speciale a - captare tiroleza b - captare cu galerie transversala pe fundul albiei c -
dren sub fundul albiei
favorabila in cazul in care utilizatorul de apa se afla la distanta mare Daca centrala functioneaza continuu atunci captarea se poate face in curent liber daca insa centrala (UHE) functioneaza in regim de varf (cum de obicei functioneaza asemenea centrale cateva ore in cursul zilei) atunci avalul inainte de priza trebuie prevazut un lac de compensare zilnica a debitelor lac care sa retina apa uzinata in regim neuniform si sa permita captarea unui debit relativ constant Cele doua variante aratate schematic in figura 216 trebuie comparate ca avantaje si dezavantaje
Priza de apa poate fi realizata in corpul barajului in aval de baraj sau in lac Elementele care conduc la stabilirea solutiei sunt
bull pozitia utilizatorului de apa fata de lac captare din lac daca acesta este amplasat amonte si departe de baraj in baraj sau aval pentru un consumator aval sau din alt bazin hidrografic
bull marimea lacului variatia nivelului apei in lac
bull existenta unei salbe de lacuri pe raul respectiv
bull utilizarea rationala complexa a apei acumulate (de regula la stabilirea amplasamentului lacului se statueaza si modul de folosire al apei)
bull tipul de baraj si simultaneitatea executiei barajului cu priza pentru folosinte de apa in general dupa executarea barajului priza poate fi numai in aval sau in lac
bull conditiile reale de teren trebuie tinut seama ca baraj ele cu lacuri mari de acumulare sunt situate in zona de deal - munte
bull conditiile rationale de tratare a apei obtinute din lac
261 Priza tn aval de baraj
Se poate executa oricand inainte si dupa executia barajului in forme si la debite adecvate Sunt posibile urmatoarele tipuri de captari
bull captari in curent liber de forma celor descrise anterior pe raul pe care debitul regularizat prin lac are valori mult mai mari
bull captari in baraj sau in lac in cazul in care lacul are ca principals folosinta alimentarea cu apa sau cand barajul este realizat pentru un lac de compensare a debitelor rezultate de la functionarea unor centrale hidroelectrice din amonte
bull captari in lac in cazul in care lacul compenseaza folosinta energetica iar beneficiarul este departe de baraj in amonte
262 Prize Tn corpul barajului
Sunt gandite si executate odata cu barajul astfel incat sa nu pericliteze siguranta in functionare a acestuia dar sa poata preleva apa de calitatea cea mai buna existenta la un moment dat in lac
In cele ce urmeaza sunt date exemple de captari de apa executate in baraj Daca barajul este din beton priza este de regula comuna cu barajul (figura 217)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 27
apa curgatoare Barajul care realizeaza lacul de compensare este din materiale locale cu un sistem de stavile pentru spalarea depunerilor de viitura (figura 219)
In figura 220 este schitata captarea dintr-un lac al carui baraj este executat din materiale locale cu miez de etansare din argila Captarea se executa total izolat de baraj (in malul natural sau in lac figura 221 - pentru a nu-i produce dificultati barajului prin exfiltrarea apei pe langa sistemul de transport al apei) si pentru ca priza sa nu aiba dificultati la tasari neuniforme ale barajului Apa captata din priza turn de la cote diferite functie de calitatea acesteia este evacuata prin conducte sau galerii amplasate in malul natural
Acest tip de captare poate fi aplicata si in alta pozitie in cuprinsul lacului pentru beneficiari riverani - amonte de baraj
Cand principala folosinta a lacului este de combatere a undei de viitura captarea poate avea o forma speciala (figura 222) Captarea este amplasata la o cota deasupra rezervei destinata acumularii depunerilor din lac si trebuie sa evite blocarea cu corpuri mari ce pot cadea prin apa intrucat nu este accesibila decat la ape mici - lac gol sau lac golit
263 Captari in lac
Se utilizeaza atunci cand in amplasament nivelul apei este asigurat intotdeauna deasupra unor valori limita Se pot practica o captare de tip turn (figura 221) cand debitul captat este important iar nivelul lacului relativ constant o captare plutitoare cand alimentarea cu apa este sezoniera sau conditiile de iarna nu sunt severe o captare de fund cand lacul este de adancime mare si cu un volum de apa important (figura 223a)
Captarea de fund este formata dintr-un sorb (pot fi prevazute mai multe asemenea constructii separate) asezat pe o confectie metalica stabila de tip tetrapod Se amplaseaza deasupra nivelului (apreciat) de colmatare si sub nivelul minim al apei din lac (acoperire mai mare pentru a o feri de plutitori) Zona captarii va fi balizata pentru a fi ferita de accesul plutitorilor si a putea fi usor reperata pentru control se marcheaza si zona de protectie daca este cazul Conducta de legatura (suficient de elastica daca are lungime mare) se lanseaza prin plutire si poate permite ridicarea prizei in caz de nevoie Captarea va fi amplasata la o asemenea adancime incat sa nu fie deplasata de valuri si totodata nu intr-o zona in care valurile pot pune in miscare depunerile de pe fund si deteriora calitatea apei Captarea este tipica pentru prelevarea apei din lacurile naturale (figura 223b)
Existenta lacurilor de acumulare ridicS probleme importante sub trei aspecte generale aspecte care pot influenta calitatea apei captate siguranta in functionare a prizei sau si a zonelor vecine
bull pentru lacurile mici problema cea mai importanta este legata de colmatarea cu aluviuni lipsa masurilor de protejare amenajare si stabilizare a solului in bazinul hidrografic conduce la antrenarea unei mari cantitati de sol (mai ales fertil) care blocheaza in scurt timp volumul lacului
bull pentru lacurile cu volum mediu (milioane de m3) problema cea mai importanta este eutrofizarea apei lacului
bull pentru lacurile mari (sute de milioane m3) problema importanta este imbdtrdnirea lacului (o eutrofizare lenta avand ca punct final obtinerea unei ape de calitate total deosebitS de aceea a raului din care pro vine)
Eutrofizarea lacurilor este o problema acuta a multor lacuri din zone de ses si colinare Cauza principals este aportul de substante fertilizante (fosfor carbon azot) Fosforul (adus in apa in special din apele uzate orSaenesti - neepurate adecvat) in cantitSti mici favorizeaza randamentul de functionare a fitoplanctonului care la randul lui favorizeazS fixarea azotului cu ajutorul bacteriilor Dezvoltarea fitoplanctonului favorizeazS dezvoltarea zooplanctonului si deci a populatiei de pesti
DacS fluxul energetic si aportul de substante este moderat atunci ciclul se incheie devine stabil si lacul isi pSatreaza calitatea de lac oligotrof (figura 224a) In cazul in care cantitatea de fosfor creste creste volumul de fitoplancton deoarece nu exista suficient azot si lantul se rupe Zooplanctonul si pesti mor substantia organicS creste bacteriile consumS oxigenul si lacul devine eutrof acoperindu-se cu vegetatie (care are rSdacinile in malul situat pe fundul lacului si frunzele la suprafata realizand fotosinteza figura 224b) Consumarea oxigenului de cStre substantele in descompunere si capacitatea redusa de aerare fac ca apa lacului sa aibS de regulS un continut mai redus de oxigen
Daca se reduce cantitatea de nutrient (in special fosforul) dupa un timp calitatea apei se imbunatateste neajungand insa la calitatea initials (se considers ca un continut Tn fosfor de 10-20 mgl este acceptabil)
Imbdtrdnirea lacurilor este fenomenul de modificare continuS a calitatii apei lacului ca urmare a noului echilibru ce se realizeazS intre aportul de substante si circulatia apei Apa care ajunge in lac este o apa cu continut ridicat de substante minerale si organice Acestea se depun se descompun intra in reactie formand substante noi cu continut de Fe N S C (H2S CH4) substante care modifies chimismul apei Pe baza aportului de substante si sub influenta luminii creste productia de masa organica (schema lacului oligotrof) Apare un fenomen nou de circulatie a apei in lac vara apa de la suprafata este calda deci mai usoarS toamna insa apa se rSceste devine mai rece decat apa de la fundul lacului (are cca 4degC sub 15 - 20 m temperature ramane relativ constants) deci devine mai grea (densitatea creste la scaderea temperaturii) si coboarS inlocuind apa mai calda de adancime apa care se ridicS (depunerile mai pot fi agitate si de valurile de la suprafata)
Pozitia captarii in lacurile adanci trebuie sa fie totdeauna in zona medie cu temperature relativ constants (6 - 12degC) si unde nu se simte direct influenta descompunerilor ce se produc la fundul lacului (sau tulbureala datS de depunerile rSacolite)
28 Procese de pre-tratare aplicarea de algicide
Algele sau cianobacteriile (algele verzi-albastre) din lacurile si acumularile de stocare pot crea probleme de gust si miros precum si aparitia unor substante ce provoaca imbolnaviri (toxine) Pentru controlul dezvoltarii algelor sau cianobacteriilor se pot folosi compusi care distrug algele (algicidele) Daca are loc un eveniment legat de utilizarea algicidelor (calitatea apei este afectata de utilizarea unui algicid) pot avea loc urmatoarele
bull daca se utilizeaza algicide in exces substanta chimica poate provoca imbolnaviri
bull daca volumul de alge sau cianobacterii este prea mare si nu poate fi controlat de algicid toxinele din alge cianobacterii pot provoca imbolnaviri
bull daca se utilizeaza ca algicid paiele de orz substantele din paie pot reactiona cu dezinfectantele si forma subproduse ce provoaca imbolnaviri
Aplicarea de algicide in sursa de apa poate prezenta riscuri pentru sanatatea si siguranta muncii operatorilor Acestea sunt recunoscute dar nu vor fi discutate deoarece astfel de riscuri fac obiectul legislatiei muncii si protectiei muncii Algele sau cianobacteriile din sursa de apa pot interfera cu functionarea statiei de tratare Un bun control al cresterii lor face sa se diminueze necesitatea pre-oxidarii Se reduce de asemenea cantitatea de dezinfectant ce se pierde in reactia cu algele sau cu substantele pe care acestea le elimina in apa
31 Alcatuirea statiilor de tratare a apei
Rolul statiei de tratare este de a corecta calitatea apei brute pana la atingerea cerintelor utilizatorului Exista o multitudine de procese de tratare care se utilizeaza in practica insa schema generala a unei statii de tratare (figura 31) cuprinde
bull trepte multiple de oxidare (pre-oxidare post-oxidare) cu scopul de a oxida compusi chimici dar si de a realiza bariere succesive in calea micro-organismelor
bull procese de limpezire a apei care constau in
o coagulare-floculare cu reactivi chimici in camere de reactie special amenajate
o decantarea apei pentru retinerea suspensiilor coagulate
o filtrarea pe strat de nisip pentru finalizarea procesului de limpezire
bull afinarea apei constituita din oxidare cu ozon urmata de adsorbtie pe carbune activ granular cu scopul indepartarii anumitor compusi chimici toxici
bull dezinfectia apei pentru indepartarea totala a virusurilor bacteriilor si altor micro-organisme din apa treapta obligatorie in Romania conform Legii privind Calitatea Apei Potabile nr 4582002
3
Pentru eliminarea duritatii se pot adopta scheme cu schimbatori de ioni sau cu reactivi chimici (var si soda) in functie de tipul duritatii (temporara sau permanenta)
Orice statie de tratare este deservita de anumite facilitati pentru intretinerea proprie Printre acestea se mentioneaza
bull statia de reactivi chimici cu rolul de a stoca prepara si doza reactivii necesari procesului de tratare (coagulanti floculanti agenti dezinfectanti corectie pH etc)
bull sisteme de spalare filtre rapide constituite din statii de pompe si de suflante
bull laborator pentru a determina corectitudinea procesului de tratare dar si calitatea apei produse
bull alte facilitati printre care se mentioneaza sisteme de recuperare a apei de la spalare filtre si a namolului din decantoare
311 Exemple de statii de tratare
O schema de tratare cu filtrare directa este prezentata in figura 32 Uzina de apa a orasului Los Angeles - SUA (Los Angeles Aqueduct Filtration Plant) are o capacitate instalata de 185 m3s filiera tratare fiind prezentata in cele ce urmeaza
bull pre-oxidare cu ozon 4 generatoare care produc 3780 kg CVzi (doza medie ozon 15 mgdm3) 4 bazine de contact (timp de contact minim 49 min)
bull coagulare (amestec rapid) 8 camere de reactie echipate cu agitatoare dinamice timp minim de amestec 086 s pentru doua camere inseriate Reactivi utilizati clorura ferica sulfat de aluminiu polimeri anionici si neionici soda caustica clor
bull floculare 36 camere de reactie lenta timp minim de reactie lenta 8 min pentru 3 bazine inseriate
bull filtrare 24 unitati (aria unei unitati A=160 m2) strat de antracit cu inaltimea de 24 m viteza de filtrare 175 mh care asigura un timp de contact de 10 minute
bull dezinfectie finala cu clor (doza maxima clor 56 mgdm3)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 3
Un alt exemplu de schema de tratare care nu cuprinde treapta de decantare este uzina de apa Ivry (Franta) modernizata in 1987 (debit instalat Q = 300000 m3zi) Dupa modernizare uzina cuprinde urmatoarele procese (figura 33)
bull pre-oxidare cu ozon doza uzuala 10 mg CVdm3
bull coagulare (amestec rapid) cu clorura ferica (5 - 10 mgdm3) si polimer anionic (0025 -005 mgdm3)
bull pre-filtrare faza I - (coagulare pe masa de contact) 18 unitati de 815 m2 strat biolit 10 m viteza de filtrare maxima 10 mh
bull floculare cu clorura ferica (2-6 mg Fe3+dm3) si polimer (005 - 10 mgdm3)
bull pre-filtrare faza II - nisip 22 unitati de 81 m viteza de filtrare 9 mh
bull filtrare lenta 30 cuve (23000 m2) viteza maxima de filtrare 13 mzi inaltime strat 07 m
bull post-ozonare timp de contact 4 minute doza uzuala 04 - 06 mg CVdm3
bull filtrare pe CAG inaltime strat 10 m viteza de filtrare 10 mh
bull dezinfectare finala cu hipoclorit de sodiu
In figura 34 este prezentata o schema tehnologica a unei uzine de apa aplicata in cateva mari uzine de tratare (Qgt2000 m3h) ce preiau apa bruta direct din fluviul Ruhr Schema asigura o eliminare optima a microorganismelor Concentratia de Cryptosporidium in apa raului Ruhr variaza de la 0 la 5 unit(100 dm3) iar concentratia chisturilor Giardia de la 8 la 250 unitdm3 Nu au fost detectate aceste organisme in treptele premergatoare dezinfectarii Se remarca prezenta treptelor de filtrare incepand cu filtrarea mecanica pe microsite in capatul amonte al filierei de tratare si continuand cu un pachet de trei trepte de filtrare (dublu strat carbune activ granular si filtre lente) care asigura o eficienta foarte mare din punct de vedere microbiologic
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 3
Figura 34 Filiera tehnologica uzina de apa Mulheim an der Ruhr
(Germania)
Un exemplu de schema tehnologica combinata (Q=32 m3s) este prezentata in figura 35 Apa bruta (fluviul Elba) este puternic incarcata in poluanti Filtrarea primara (bazine de infiltratie) reduce de cateva ori incarcarea microbiologica iar in cazul folosirii treptelor de floculare sedimentare si filtrare reducerea incarcarii microbiologice este de circa 9999
Prin curgerea in stratul subteran se obtine o apa ce se incadreaza in normele privind calitatea apei potabile Dezinfectia finala este aplicata pentru a preveni cresterea masei bacteriene in sistemele de distributie Uzina este prevazuta a fi modernizata cu treapta de oxidare cu ozon si filtre multistrat
In Elvetia sunt intalnite in principal scheme complexe de tratare avand la baza procese biologice (figura 36) Treptele de tratare clasice (pre-oxidare cu ozon coagulare-floculare filtrare rapida) sunt urmate de corectia pH-ului si postozonare in fmalul filierei de tratare se prevad reactoare biologice inseriate (filtre CAG activate biologic urmate de filtre lente) Se urmareste in principal reducerea indicatorilor biologici si bacteriologici prin reducerea concentratiilor de carbon organic asimilabil (AOC lt 10 ug Cdm ) Se remarca absenta dezinfectarii finale Se obtine o apa biostabila introducerea acesteia intr-o retea de distributie nu necesita prezenta unui dezinfectant rezidual Se asigura in acest mod o siguranta ridicata la consumator in ceea ce priveste potentialul de formare al trihalometanilor
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 3
33 Procese de oxidare
Procesele de oxidare pot fi intalnite in toate statiile de tratare in doua sectiuni caracteristice ale schemei
bull pre-oxidare in capatul amonte al filierei pentru oxidarea substantei organice plancton inactivare microorganisme obiectul principal este asigurarea functionarii optime a proceselor de tratare si evitarea contaminarii acesteia
bull post-oxidarea amplasat dupa procesele de tratare conventionale (decantare si filtrare rapida pe strat de nisip) urmareste oxidarea totala a micro poluantilor reducerea materiilor organice naturale si inactivarea totala in ape limpezi a compusilor biologici si bacteriologici
331 Pre-oxidare
In mod obisnuit se utilizeaza urmatorii agenti oxidanti clor ozon dioxid de clor 3311 Clorul(Ch)
Clorul se utilizeaza in mod uzual cu doze cuprinse in domeniul 1 - 3 mgl cu timp de contact minim Tc=30 minute in anumite situatii (inflorire algala sau poluare accidentala) dozele pot fi mai mari dar se urmareste evitarea formarii sub-produsilor organo-clorurati (de exemplu trihalometani THM) prin efectuarea de incercari pe apa sursei pentru a se stabili potentialul de formare
Clorul este adoptat frecvent datorita costurilor reduse implicate Reactia clorului trebuie urmarita cu atentie luand in consideratie agentii reducatori (H2S Mn2+ Fe3+) si materiile organice naturale in diagrama din figura 37 se poate urmari procesul de reactie al clorului in apa (clorare la breakpoint) Punctul critic se atinge daca raportul masic intre clor si amoniac variaza intre 81 -101 (teoretic 761)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 40
3312 Ozonul(03)
Ozonul este un gaz violet instabil care degaja un miros iritant caracteristic
Se produce prin descarcari electrice la diferente de potential ridicate intre doi electrozi intre care curge aer sau oxigen pur Eficienta productiei depinde de diferenta de potential frecventa caracteristicile materialului dielectric si spatiul care separa dielectricele Progresele tehnologice din ultimii 20-30 ani au condus la reducerea consumului de energie la 10 - 12 kWh 1 kg O3
Dozele uzuale de ozon sunt in gama 1 - 3 mgCVdm3 iar timpul de contact uzual este Tc=10 minute Se tinde spre adoptarea solutiei cu doua reactoare in serie ca in figura 38 Adancimea apei in reactoare poate atinge 6-75 m
Conceptual reactoarele de ozon functioneaza pe baza interceptarii curentului de apa descendent de catre voalul de bule mici de ozon in miscare ascendents
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
0
4
3313 Dioxidul de clor (CIO2)
Se poate obtine din clorit de sodiu si clor conform reactiei
2NaC102 + Cl2rarr2C102 + 2NaCl (31)
Stoechiometric 1 g dioxid de clor se obtine din 134 g clorita de sodiu si 05 g de clor
Este instabil si exploziv la temperaturi T gt (-40degC) Se produce imediat inainte de injectia in apa La 20degC si presiune partiala de 53 kPa solubilitatea este 4 gdm3
Avantajele utilizarii CIO2 sunt
bull nu formeaza sub-produsi de tip trihalometani (THM)
bull are putere oxidanta mai buna oxideaza fenoli si este foarte eficace la pH peste 85
Dozele utilizate frecvent 01 - 05 mgl timpul de contact fiind Tc = 10 min Se mentioneaza ca pentru doze mai mare de 05 mgl exista riscul formarii de sub-produsi de tip clorati
Reactoarele de pre-oxidare utilizeaza agitatoare mecanice (rezistente la coroziune) care asigura amestecul mecanic cu randamente ridicate intre apa de tratat si solutia de CIO2
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 4
332 Post-oxidare
In filierele de tratare se dezvolta din ce in ce mai mult conceptul de post-oxidare cu ozon pe apa limpezita dupa filtrele rapide de nisip pentru ca eficienta transferului creste se reduc dozele de ozon si oxidarea micro-poluantilor devine mai eficienta
incadrarea procesului de post-oxidare in schema statiei de tratare se realizeaza totdeauna ca infigura 310 n
Dozele de 03 in post-oxidare nu depasesc 2 mgl Principiile reactoarelor de ozon sunt identice cu cele utilizate in pre-oxidare
Post-oxidarea cu ozon combinata cu adsorbtia pe CAG este procesul (denumit afinare) capabil sa asigure
- eliminare totala compusi biologici microbiologici si micropoluanti
- reducere materiilor organice naturale astfel incat TOC lt 25 g Cl
- eliminare pesticide
333 Alegerea oxidantului
Alegerea oxidantului se bazeaza pe analiza calitatii apei caracterizarea marimii poluarii care poate apare (continut materii organice naturale carbon organic total numar de microorganisme perioade duraf deg ce aparitie)
Alegerea agentului oxidant are la baza costuri si implicatii in filiera tehnologica
Tabelul 35 Caracteristici principale Tn alegerea oxidantilor Nr crt
Oxidant Avantaje Dezavantaje
1 Clor-Cl2 - costuri reduse- cunoastere operare- este remanent (rezidual) in reteaua de
distributie
formeaza THM - necesita timpi de contact mari
2 Dioxid de clor - C102 - capacitate de oxidare mai ridicata in raport cu Cl2
- nu formeaza THM- este remanent (rezidual) in reteaua de
distributie
- necesita preparare si dozare instantanee- la doze prea mari poate forma cloraticosturi mai mari in raport cu Cl2
3 Ozon - 03 - cea mai mare capacitate de oxidare- nu formeaza THM
- necesita preparare si dozare instantaneeconsumuri energetice mari- poate forma subprodusi de tip bromaji sau
aldehide- nu este remanent (rezidual) in reteaua de
distributie
4
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 4
Figura 311 Fortele
ce actioneaza asupra
particulelor aflate Tn
apa
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
3511 Deznisipatoare
Sunt destinate sa retina particulele de tip nisip pentru protectia utilajelor din schema statiei de tratare Schema unui deznisipator orizontal este data in figura 313
Figura 313 Deznisipator orizontal longitudinal
1 Gratar 2 Bare de linistire 3 Nisa pentru reparatii Tn caz de avarie 4 Stavilar de intrare 5 Vane de golire 6 Stavilarde iesire 7 Galerie de golire
In zona de intrare a apei in deznisipator se monteaza un gratar rar pentru impiedicarea accesului corpurilor mari in interiorul bazinului Pentru linistirea curentului se monteaza bare verticale de linistire Peretii laterali ai deznisipatorului se executa cu evazare catre exterior pentru a permite preluarea impingerilor survenite din podul de gheata care se formeaza pe timp de iarna la suprafata bazinului Panta radierului bazinului trebuie sa permita evacuarea depunerilor in zona din aval a bazinului Evacuarea depunerilor se poate realiza cu mai multe sisteme
bull prin hidro-mecanizare cu scoaterea din functiune a unui compartiment
bull prin golirea totala a compartimentului (numai pentru debite foarte reduse)
bull cu electro-pompe speciale purtate de o grinda rulanta
3512 Decantoare statice
Sunt destinate surselor cu variatii mari de turbiditate la care 50 - 60 din suspensii sunt de natura minerala (gravimetrice) in figura 314 se prezinta schema unui decantor orizontal longitudinal Elementele principale ale bazinului sunt
bull zona de intrare in care se gaseste un perete de linistire a curentului in partea superioara respectiv canalul de evacuare a depunerilor in partea inferioara
bull decantorul propriu-zis cu radier cu panta catre basa de evacuare a namolului amplasata in zona incipienta a bazinului
bull zona de evacuare a apei decantate care este bordata de un gratar cu rolul impiedicarii accesului plutitorilor
Curatirea decantoarelor orizontale se realizeaza
bull Intermitent prin golire si evacuare depuneri hidraulic sau mecanic
bull Continuu cu ajutorul podurilor racloare care strang depunerile in base special amenajate
Dificultatile in operarea decantoarelor statice se pot sintetiza
bull sunt influentate de factori atmosferici vant gheata insorire
bull miscarea este turbulenta ca structura si particule fine pot fi repuse in stare de suspensie
bull echilibrarea fluxului hidraulic se realizeaza cu dificultate
bull eficienta retinerii nu depaseste 10-15 NTU la apa decantata
37 Filtrarea apei - generalitati
Filtrarea este procesul de limpezire finala a apei (stadiul II) la curgerea printr-un mediu poros de obicei format din nisip cuartos Procesul simuleaza infiltratia apelor superficiale in mediile poroase din subsolul pamantului Procesul este cunoscut si aplicat de mult timp (primul brevet s-a emis in 1830)
Schema generala (figura 323) indica filtrul ca fiind format dintr-un bazin (cuva) in care apa curge in sens descendent traverseaza mediul poros sustinut de un drenaj si ajunge intr-un rezervor de apa filtrata amplasat sub drenaj Sistemul este dotat cu toate instalatiile de introducere -prelevare apa preaplin si golire
Parametrii fundamentali ai procesului de filtrare sunt
bull viteza de filtrare definita (ca viteza aparenta) cu relatia urmatoare
vF = Q A [ m h ] [mzi] (313)
In care
Q - debitul de apa filtrata
A - suprafata orizontala a stratului filtrant in
functie de viteza de filtrare se pot clasifica in
o filtre lente (biologice) - VF = 01 - 025 [mh]
o filtre rapide - vF = 4 - 10 [mh|
o filtre ultra-rapide
bull mediul filtrant - in general nisip cuartos care sa realizeze prin uniformitatea granulelor un volum de goluri in care sa se acumuleze suspensia retinuta din apa caracteristicile sunt diferite pe tipuri de filtre
bull pierderea de sarcina (hr) exprimata ca diferenta intre nivelul apei in cuva filtrului si nivelul apei in rezervorul de apa filtrata este data de colmatarea stratului si este variabila in timp
49
38 Filtre lente
Se bazeaza pe formarea unei membrane biologice constituita din colonii de bacterii aerobe -amplasata la suprafata stratului de nisip (pe primii 2-3 cm) Elementul fundamental este dezvoltarea membranei (in 1 - 3 zile) functie de caracteristicile apei Dupa o perioada (30 - 50 zile) membrana se colmateaza si incepe sa se rupa degradand calitatea apei Aceasta se razuieste (se curata) manual sau mecanic si procesul este reluat In figura 52 se indica schema unui filtru lent
Dispoizitiv de curatat_____________________________membrana biologtca
Figura 325 indica tipurile de organisme care pot fi intalnite pe o adancime de 30 cm in nisipul filtrului lent
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
Nisipul din filtrul lent trebuie sa aiba urmatorii parametri
bull granulozitatea in domeniul dg = 035 - 050 mm
bull coeficientul de neuniformitate ult 15
(314)
In care d6o - diametral ochiurilor sitei prin care trece 60 din materialul cernut
d1o - diametral ochiurilor sitei prin care trece 10 din materialul cernut
01
50
bull inaltimea stratului de nisip H=90-100 cm cand grosimea stratului de nisip ajunge dupa curatiri succesive la 70 - 80 cm este necesara completarea la inaltimea initiala
Solutia filtrelor lente se prevede la debite relativ mici (max 10000 m zi) si surse de apa in general curate (lipsite de alge culoare poluanti toxici) Se pot obtine rezultate performante la ape necoagulate Operarea sistemelor de filtre lente este simpla Procesul de filtrare lenta este asimilat cu procese fizice si biologice Acestea din urma necesita o atentie si urmarire continua in etapele de operare a filtrelor in special referitor la starea coloniilor de bacterii aerobe din membrana biologica
310Filtre rapide
In figura 326 se prezinta schema unui filtru rapid Acesta este constituit din urmatoarele elemente componente
bull sistem admisie apa in cuva - are rolul echirepartitiei debitului catre cuvele de filtre
bull stratul filtrant peste care exista un strat de apa
bull drenaj cu rolul de a sustine stratul filtrant si de a transforma bulele mari in bule fine in procesul de spalare inversa
bull sistem de mentinere a nivelului apei in filtru (pentru filtrele cu functionare in sistem nivel constant si debit variabil)
bull statie de pompare apa de la spalare filtre si statie de suflante
bull instalatii hidraulice grupate in galeria tehnologica cu rolul de a asigura toate utilitatile necesare functionarii corecte a procesului (conducte si vane apa filtrata apa spalare aer spalare preaplin golire etc)
bull rezervor de apa filtrata amplasat de obicei sub toata statia sau in anumite cazuri numai sub galeria tehnologica
Procesul consta in doua etape
bull filtrarea apei parcurgand in sens descendent stratul de nisip si drenajul
bull spalarea filtrului in sens ascendent in doua faze distincte
o faza 1 (durata Ti=5-10 min)
o faza 2 - limpezire (durata Ti=10-15 min)
51
in ultimii 30-40 de ani in lume a existat o preocupare constants pentru perfectionarea procesului in sensul obtinerii performantei in calitatea apei filtrate (turbiditatea sa se incadreze in domeniulOl - 10 NTU)
Mecanismele de retinere in filtrele rapide se pot sintetiza ca in schema urmatoare
3101 Mediul filtrant
Calitatile materialului filtrant sunt urmatoarele
bull domeniul de granulozitate dg = 085 - 2 mm
bull coeficientul de neuniformitate u=d6odio lt 15
bull fractiunile inferioare diametrului 085 mm si superioare dmax 2 mm inferioare procentual la 10 in greutate
bull diametrul efectiv def = dio = 09-1 mm
bull sa realizeze un numar de goluri (porozitate) mare (pgt40)
bull forma granulelor apropiata de sfera pentru obtinerea unui grad de acoperire ridicat
bull continut de roci cuartoase recomandabil peste 95
bull sa aiba duritate (gt 7 in scara Mohs) pentru a nu se sfarama la spalare
Calitatea materialului filtrant influenteaza viteza de filtrare O serie de studii au indicat domeniul optim de granulozitate al nisipului de filtru conform figurii 328
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 52
3102 Calitatea influentului fn corelatie cu materialul filtrant
Pentru realizarea unei retineri eficiente a suspensiilor se impune ca in influentul filtrelor acestea sa fie floculate Aceasta se caracterizeaza prin coeficientul de coeziune al suspensiilor floculate (namol retinut) aceasta caracterizeaza capacitatea de rezistenta la forfecare si depinde de doza de floculant si natura (minerala sau organica a suspensiilor)
Procesul de optimizare a filtrarii rapide a apei ia in considerate principiul un filtru va functiona optim cand va produce cea mai mare cantitate de apa intre doua spalari succesive aceasta se va realiza cand timpul in care se atinge pierderea de sarcina limita este egal cu timpul in care se calitatea apei filtrate se inrautateste la limita maxim acceptabila (Ti = T2) sau penetrarea impuritatilor in interiorul masei filtrante se va efectua cu aceeasi viteza cu care creste pierderea de sarcina Expresiile celor doua perioade au fost determinate de cercetatorii Richard si Croce-Spinelli
Tx = a bull σ - 0 9 5 bull k-075bull def-045bull h0
n95bull v -185 (316)
T l = b bull σ-075 k - 0 7 5 bull dlef
1 5 Δhr05 bull vF
-065 (317)
In care Ti - perioada in care turbiditatea apei filtrate atinge valoarea limita (1 NTU)
T2 - perioada in care se atinge pierderea de sarcina limita (15 - 18 m)
a b - coeficienti empirici (experimentali)
hn - grosime strat nisip
Δhr- viteza de crestere a pierderii de sarcina
INSPECTIA SANITARA SI MOMTORIZAREA CALITATII APEI
VF - viteza de filtrare
k - coeficient de coeziune al namolului
a - depozitul specific (volumul de suspensii raportat la volumul de material filtrant)
Se constata ca fiecare filtru poate conduce la un ciclu optim functie de calitatea nisipului grosimea stratului calitatea flocularii suspensiilor din apa influenta si viteza de filtrare
3103 Variatia pierderii de sarcina
Urmarirea pierderii de sarcina este importanta pentru ca poate pune in evidenta functionarea filtrului Operarea optima a unui filtru se realizeaza prin urmarirea in timp a variatiei pierderii de sarcina si turbiditatii Masurile pentru realizarea acestui optim sunt
53
bull reducerea vitezei - cele mai performante filtre lucreaza cu viteze de filtrare variabile astfel incat colmatarea stratului sa se realizeze fara socuri
bull adaugarea unui polimer (doze 01 - 02 mgl) in influent pentru a mari rezistenta particulelor floculate
bull imbunatatirea calitatii nisipului
Presiune (m col H20)
Figura 329 Estimarea pierderii de sarcina Tn
stratul filtrant
3104 Spalarea filtrelor
Se realizeaza in contra curent de apa si aer comprimat Elementele tehnice care intervin esential in obtinerea performantelor spalarii sunt
bull calitate drenaj - din punct de vedere al uniformitatii debitelor de apa si aer
bull colectarea uniforma a apei de la spalare
bull metoda de spalare care sa asigure eliminarea totala a suspensiilor retinute in strat cu resurse minime
bull drenaj de mare rezistenta hidraulica (cu placi cu crepine)
Se bazeaza pe principiul introducerii unei rezistente hidraulice de 15 - 20 cm coloana de apa (reducerea brusca de sectiune la intrarea apei in tija crepinei) care asigura uniformizarea intensitatilor de spalare pe suprafata cuvei (abateri de plusmn 3-5) In figura 330 se prezinta schema drenajului cu placi cu crepine
Se pun conditii severe din punct de vedere constructiv pentru realizarea drenajului
bull asigurarea etansarii perfecte
bull asigurarea cotei exacte si unice pentru pozitia orificiilor de aer
bull rezistenta cosurilor crepinelor
bull asigurarea formarii unui nivel de separatie apa - aer uniform si constant pe toata suprafata cuvei
Cele mai performante filtre din punct de vedere al spalarii sunt filtrele cu baleiaj la spalare (figura 331)
INSPECTIA SANITARA SI MOMTORIZAREA CALITATII APEI
55
55
in perioada de spalare a filtrului nivelul in cuva se afla la cota NS jgheaburile J nu mai deverseaza si prin orificiile de la baza jgheaburilor se creeaza un curent de baleiaj (1-2 dm3sm2) cu apa decantata care impinge suspensiile spre jgheabul de colectare Se reduc astfel timpii de spalare (cu 50) si intensitatile si volumele de apa de spalare
Prin curgerea ascendenta a aerului masa de nisip vibreaza si peliculele de namol se desprind de granule Curentul ascendent de apa le antreneaza Spalarea numai cu aer induce vibrarea masei de nisip si depunerea namolului in zona inferioara a stratului De aceea este contraindicata spalarea numai cu aer in faza 1
In general echipamentele pentru asigurarea debitelor apa de spalare se adopta un utilaj (pompa) in faza 1 si inca o pompa de acelasi tip pentru faza a Il-a
3105 Asigurarea repartitiei uniforme a influentului
Pentru asigurarea repartitiei uniforme a apei decantate se utilizeaza diverse sisteme Cel mai performant este sistemul cu deversori neinecati conform cu schema din figura 332
3106 Sistemele hidraulice
Sistemele hidraulice asigura deservirea statiei de filtre atat in procesul de filtrare cat si in procesul de spalare Acestea se vor dimensiona conform vitezelor economice prezentate in tabelul urmator
3107 Reglajului debitului si nivelului de apa in cuva
Pentru filtrele care functioneaza cu nivel constant si debit variabil este foarte important ca nivelul apei in filtru se fie mentinut pseudo-constant Aceasta se asigura cu diverse sisteme de plutitori (regulator de nivel amonte) care comanda vana de pe conducta de apa filtrata sau cu sisteme electronice si hidraulice conform figurii 333
Figura 333 Sistem de reglare electronic al nivelului apei Tn filtru
Legends 1 Strat filtrant 2 Vana apa filtrata 3 Parghie comanda vana 4 Electrovana de comanda 5 Regulator electronic 6 Senzor de presiune pentru nivel filtru 7 Senzor de presiune sub planseu 8 Potentiometru 9 Indicator de
colmatare 10 Alimentare cu fluid de comanda
313 Afin area apei
Procesul de afmare a apei este constituit din combinatia intre procesul de post-oxidare cu ozon a apei filtrate urmat de adsorbtie pe carbune activ granular
3131 Post-oxidarea cu ozon
Ozonul (O3) se obtine din aer sau oxigen supus la descarcari electrice printr-un dielectric In figura 334 se prezinta un element dintr-un ozonor
figura 334 Element tubular de ozonor
1 - Intrare gaz vector (aeroxigen) 2 3 - Electrozi 4 - Dielectric 5 - Spatiu de descarcare electrica 6 - Gaz vector +
ozon 7 - Apa racire
Diferentele de potential la care se lucreaza sunt cuprinse intre 6000 - 18000 V functie de natura si grosimea dielectricului marimea spatiului de descarcare si presiunea absoluta de functionare
Concentratiile de ozon in gazul vector obisnuite sunt
bull 10-40gm - in cazul utilizarii aerului
bull 10-140 gm3 - in cazul utilizarii oxigenului
Pentru a realiza concentratii optime si stabilitatea procesului se cere punct de roua -60degC -80degC
Energia specifics pentru productia de ozon
bull 13-18 kWhkg O3 - produs din aer
bull 8-10 kWhkg O3 - produs din oxigen
Actiunea O3 asupra apelor de consum se poate sintetiza
bull imbunatatirea calitatilor organoleptice (gust miros culoare)
bull activitate bactericide si virulicida
bull oxidarea materiilor organice
bull oxidare micro-poluanti
bull imbunatatirea biodegradabilitatii in amonte de CAG
3132 Adsorbtie pe carbune activ granular (CAG)
Carbunele activ se poate obtine din carbuni minieri sau din coaja de nuca de cocos Majoritatea carbunilor minieri pot fi convertiti in carbune activ insa proprietatile carbunelui activ depind esential de calitatea initiala a carbunilor in special in ceea ce priveste duritatea acestora in acest sens se utilizeaza adesea coaja nucilor de cocos pentru fabricarea carbunelui activ
Exista o multitudine de procese de fabricare a carbunelui activ insa eel mai dezvoltat este piroliza urmata de activarea cu gaze de oxidare Piroliza (carbonizarea) presupune incalzirea materialului la temperaturi intre 600 si 900 degC in absenta aerului Pentru obtinerea unei porozitati ridicate se pot utiliza adaosuri de cloruri metalice (de exemplu ZnCl) Piroliza poate reprezenta unicul pas de activare in cazul in care se doreste obtinerea unui material cu 0 porozitate ridicata
A doua etapa este cea de oxidare care se realizeaza de obicei cu abur sau uneori cu aer Temperaturile sunt uzuale in gama de 600 - 900 degC Pe parcursul acestei etape se realizeaza 0 erodare a suprafetei interne a carbunelui si dezvoltarea unei retele extensive de micropori care cresc capacitatea de adsorbtie
58
Printre proprietatile principale ale carbunelui activ se enumera continutul de cenusa umiditatea densitatea marimea particulelor duritatea volumul si distributia dupa marime a porilor suprafata interna
31321 Continutul in cenusa
Continutul in cenusa este reprezentat de reziduul obtinut prin calcinarea la temperatura de 954 degC timp de 3 ore in aer Uzual continutul de cenusa variaza intre 3 si 10 Pentru reducerea cantitatii de cenusa se poate utiliza spalarea cu acid
31322 Umiditatea
Umiditatea se determina prin uscarea in cuptor timp de 3 ore a unei cantitati de 5 sau 10 g de carbune activ la temperatura 150 degC Se determina greutatea inainte si dupa uscare si racire in exicator Umiditatea in vrac a carbunelui activ este recomandabil sa fie limitata la maxim 5
31323 Densitatea
Sunt mai multe tipuri de densitati printre care se mentioneaza densitatea in vrac densitatea aparenta densitatea particulei si densitatea reala Densitatea in vrac sau densitatea aparenta reprezinta greutatea carbunelui activ uscat raportata la volumul pe care acesta il ocupa Aceasta se determina prin umplerea unui cilindru cu volumul de 100 ml cu carbune prin cadere libera dintr-o masina vibratoare si cantarirea volumului respectiv Valorile uzuale sunt in gama 05 - 06 gml pentru carbune activ fabricat din carbune minier respectiv 024 - 030 mg1 pentru carbune activ fabricat din lemn
Densitatea particulei reprezinta densitatea unei particule singulare Volumul pe care se bazeaza include volumul porilor precum si volumul materialului Densitatea particulei se determina in mod uzual cu mercur la presiunea atmosferica (mercurul umple spatiile goale din particula de carbune activ dar nu umple porii) Valorile uzuale sunt in gama 074 - 080 gml
Densitatea reala sau densitatea scheletului este cea determinate numai pe materialul (carbunele) propriu-zis Pentru determinarea acesteia se utilizeaza uzual o metoda de inlocuire cu heliu (heliul intra practic in toti porii materialului) Valorile uzuale sunt in gama 21 - 22 gml
31324 Marimea particulelor
Aceasta se determina prin cernerea a 100 sau 200 g de carbune printr-un sistem de site mecanice timp de 10 minute dupa care se cantaresc retinerile pe fiecare sita in parte Carbunele activ pudra se incadreaza de obicei in domeniul 005 mm - 15 mm
31325 Friabilitatea
Capacitatea carbunelui activ de a rezista la abraziune este unul dintre parametrii cei mai importanti Procedura de determinare a friabilitatii carbunelui activ presupune determinarea granulozitatii acestora inainte si dupa testul propriu-zis care consta in concasarea succesiva a carbunelui intr-un recipient alaturi de bile de otel inoxidabil Valorile uzuale ale indicelui de friabilitate sunt 65 - 80 (practic 70 - 75) ceea ce atesta faptul ca materialul este foarte usor friabil si este necesar atentie la procedura de spalare
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATIIAPEI 59
31326 Volumul si distributia dupa marime a porilor
Volumul porilor reprezinta volumul total al porilor din particula de carbune activ granular raportat la greutate Valorile uzuale sunt de ordinul 08 - 12 mlg pentru carbune activ fabricat din carbuni minieri respectiv 22-25 mlg pentru carbune activ fabricat din lemn Volumul total al porilor poate fi determinat printr-un test de adsorbtie cu azot desfasurate astfel incat azotul condensat sa intre in totalitate in porii carbunelui
Carbunele activ confine o structura complexa de pori de forme si marimi diferite Porii au de obicei o geometrie neregulata si sunt interconectati Dimensiunile porilor sunt uzual intre 10 A si 100000 A (001 cm) Distributia dupa marime a porilor depinde de tipul de material utilizat si de metoda si de durata procesului de activare
31327 Suprafata internaSuprafata interna a materialelor poroase in general se determinS cu ecuatia BET stabilita de
Brunauer Emmett si Teller Ecuatia descrie formarea de strate multiple de gaz condensat care apar atunci cand un gaz adsorbabil (de exemplu azotul) este in contact cu materialul poros Intr-un astfel de test se utilizeaza azot la temperatura de fierbere si presiunea atmosferica (-196 degC sau 77 K)
Ecuatia BET (expresia 318) a fost derivata presupunand urmatoarelebull rata de condensare a moleculelor din primul strat este egala cu rata de evaporare a
moleculelor din zonele acoperite cu un singur strat de moleculebull caldura de adsorbtie peste primul strat este constants si egala cu caldura de lichefiere
qqm=b(PPS)(1-PPs)(1-PPS+bPPS) ( 3 1 8 )
In care Ps - presiunea de vaporizare la saturatie la temperatura utilizata in test uzual 1 atm
q - cantitatea de substanta adsorbita la presiunea P
qm - cantitatea de substanta adsorbita numai cand se constata acoperirea totala a suprafetei cu un strat monomolecular
b - constanta determinata experimental
In figura 336 se prezinta o relatie tipica intre marimea porilor si suprafata totala Suprafata cumulativa este data de insumarea suprafetelor tuturor porilor cu un diametru dat sau mai mare Se remarca faptul ca marea majoritate a suprafetei este atribuita porilor de mici dimensiuni
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI60
3133 Teste uzuale de adsorbtie
In practica se utilizeaza o serie intreaga de teste pentru a determina capacitatea de adsorbtie pentru diferite tipuri de carbune activ Printre acestea se mentioneaza
- Indicele Iod reprezinta cantitatea de iod in miligrame pe gram adsorbit de un carbune activ la echilibru cu o solutie I2-KI cu concentratia 002 N indicele iod indica suprafata totala a porilor cu diametru de 10 A sau mai mare valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 800 - 1000 mgg
Indicele Melasa reprezinta un indicator al puterii de decolorare a carbunelui activ granular in contact cu 0 solutie de melasa la fierbere indicele melasa este in stricta legatura cu suprafata totala a porilor cu diametrul mai mare de 28 A valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 200 - 300
- Indicele Albastru de Metilen reprezinta cantitatea de albastru de metilen adsorbita de 1 g de carbune activ la echilibru in contact cu o solutie cu concentratia 1 mg1 de albastru de metilen Albastrul de metilen are greutatea moleculara 320 si indica suprafata totala a porilor cu diametrul de 15 A
- Activitatea tetraclorurii de carbon tetraclorura de carbon CC14 este un compus molecular mic si poate intra in toti porii In acest test un curent de aer este saturat cu CCI4 la 0 degC si este trecut printr-un strat de carbune activ mentinut la 25 degC pana cand nu se mai detecteaza nici o schimbare in greutate Activitatea este greutatea CCI4 adsorbita pe unitatea de greutate de carbune activ exprimata procentual Valorile uzuale ale acestui indicator sunt in gama 60 -80
- Indicele butan este similar activitatii tetraclorurii de carbon valoarea acestuia este exprimata grame de butan adsorbite pe 100 ml carbune activ valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 7 - 8 g 100 ml carbune activ
- Indicele FINAD stabilit de cercetatorul C Gomella si reprezinta un produs al mai multor indici F - fenol I - iod N - indol A - antipirina D - detergent
316 Deferizarea si demanganizarea apei
Fierul (Fe) si manganul (Mn) sunt elemente care se gasesc frecvent in mediul subteran si in apa apar in concentratii pana la 10 mg1 (Fe) si 2 mg1 (Mn) Prezenta fierului si manganului in apele potabile pot genera urmatoarele probleme
bull produce gust metalic dezagreabil
bull coloreaza tesaturile si echipamentele sanitare
bull formeaza precipitate in conducte care favorizeaza dezvoltarea bacteriilor feruginoase (Chrenothrix) acestea modifica regimul hidraulic calitatea apei distribute si favorizeaza fenomenele de coroziune
3161 Echilibrul fierului si manganului in apa
Fierul si manganul sunt prezente dizolvate in solutiile apoase sub forma Fe2+si Mn2+ Concentratia in oxigen a apelor subterane care contin Fe si Mn este nula Din namolurile situate in
2+ ~
zona anaeroba din hipolimnion se elibereaza ioni de Fe2+ si Mnz+ in apele lacurilor In numeroase ape naturale se remarca prezenta Fe3+ asociata cu substantele humice Stabilitatea fierului si manganului in apa depinde de numeroase variabile
bull pH-ul apei
bull concentratia diferitelor elemente chimice
bull potentialul de oxido-reducere (Eh) al solutiei
In figura 341 se prezinta diagrama de stabilitate a formelor fierului in solutie in aceasta diagrama o curba (linie) reprezinta locul geometric pentru care concentratia celor doua substante este aceeasi De exemplu linia 1 reprezinta solutia pentru care O2 si H2O au aceeasi valoare Aria cuprinsa intre curbele 1 si 2 reprezinta aria de stabilitate a compusilor de Fe Chimia manganului este asemanatoare cu cea a Fe Astfel la pH si Eh reduse Fe si Mn sunt stabile in forme bivalente
evacuarea debitelor mari de rau sau baraj cu stavile mobile (stavilar) care se pot ridica sau culca (intr-un locas special prevazut) in radier lasand libera sectiunea pentru evacuarea apelor mari Sunt si cazuri in care din cauza deschiderii mari a albiei s-a adoptat o solutie mixta partial cu stavile partial cu baraj deversor sau uneori si cu baraj nedeversant
Pe malul opus captarii se executa daca este cazul ecluza pentru navigatie sau plutarit cu dimensiunile cerate de beneficiar si aproape totdeauna o scara de pesti pentru a asigura circulatia libera a pestilor intre cele doua biefuri (un bief este zona de rau aflata amonte sau aval de constructia considerate) Pe acelasi mai cu priza se gasesc doua deschideri de spalare prevazute cu vane plane care stau totdeauna partial deschise astfel incat debitul de apa care nu se capteaza sa nu deverseze peste baraj ci sa treaca pe sub aceste stavile
Se reaminteste ca in nici un caz nu este permisa captarea integrals a debitului raului in sectiunea respectiva o parte a debitului raului trebuie sa treaca in aval pentru mentinerea intr-o stare salubra a zonei (altfel devine depozit de gunoaie pe timp de ape scazute) asigurarea apei pentru vietuitoare si vegetatie Debitul ramas in albie este numit debit de servitute (Qs) Spalarea este necesara intracat prin ridicarea locala a nivelului apei s-a realizat in amonte o reducere locala a pantei energetice a curentului de apa Aceasta reducere conduce la micsorarea capacitatii de transport deci micul lac ce se creeaza in spatele barajului se umple repede cu aluviuni Umplerea se face si in dreptul gratarului fiind periclitata adancimea de intrare minima altfel spus se realizeaza ridicarea locala a fundului albiei Lasand libera circulatia apei langa gratar se produce continuu o spalare a depunerilor din cauza vitezei mari realizate sub stavilele de spalare
in unele cazuri prima pila a barajului a fost prelungita cu un pinten formand un fel de canal in fata prizei Apa circuland cu o viteza comparabila cu cea existenta in rau inainte de barare evita producerea de depuneri in fata prizei
Atat in dreptul stavilelor de spalare cat si al barajului deversor in aval se executa un disipator de energie al carui rol este de a reduce viteza apei la o limita care sa nu produca eroziuni spalari in aval de constractie spalari care ar putea periclita stabilitatea acesteia
Priza este o deschidere in culee protejata cu un gratar contra plutitorilor Pentru a evita antrenarea aluviunilor mari in priza aceasta se prevede cu un rag (grataral se aseaza deasupra fundului albiei la 05 - 10 m) Pentru a nu favoriza blocarea gratarului cu plutitori viteza de trecere este redusa 01 - 05 ms din care cauza priza are o forma de palnie Intrarea poate fi inchisa cu stavile Daca deschiderea totala este mare ea se poate reduce cu ajutorul unor pile intermediare Lungimea unei stavile nu va depasi 250 m altfel dispozitivele de ridicare a stavilelor devin greoaie In pile inaintea nisei stavilei se lasa profile U inglobate in beton cu deschiderea spre apa pentru a se putea lansa batardoul (umplutura din elemente grinzi de lemn sau metal) in scopul punerii la uscat a incintei pentru eventuale reparatii Deoarece dupa gratar viteza apei scade mult se produc depuneri care pot afecta circulatia pe canalul de legatura Spalarea lor se poate face cu o golire secundara - de spalare (vezi figura 214) Daca se inchide plecarea spre beneficiar (stavila V2) si se deschide stavila V3 se poate asigura o circulatie fortata cu 0 viteza cu 0 viteza mare (diferenta de nivel amonte-aval este mare) Daca debitul pe rau este suficient iar gratarele au o suprafata mai mare decat cea strict necesara se poate merge cu vana V3 partial deschisa - spalarea facandu-se continuu Pentru evitarea antrenarii plutitorilor mari si a ghetii in sloiuri la gratar se amenajeaza un perete de lemn scufundat partial (05 m) sau o linie de busteni legati articulat (care plutesc) Fenomenele de iarna sunt cele mai dificile la aceste prize
Captarea tiroleza este 0 captare cu gratar pe creasta (figura 215a) care se adopta in cazul in care debitul raului la ape mici este redus si nu poate asigura spalarea zonei din fata prizei iar debitul captat fiind mic captarea in mai se face greu (la aceasta constractie de captare se executa si o priza de iarna in cazul in care grataral ingheata) Captarea se aplica in zone de munte la rauri cu caracter torential pentru debite nu prea mari (sub lm3s) In unele situatii masivul de beton nu se vede din albie fiind alcatuit dintr-un prag de fund - cu gratar la nivelul fundului apei (grataral este inclinat aval pentru a evita blocarea cu aluviuni mari)
Captarea sub albie se adopta in situatia unor localitati de munte pentru care singura sansa de apa o constituie raul sau paraul care izvoraste de la cote inalte al carui debit scade foarte mult in perioadele de iarna si vara si in cazul care fenomenele de inghet dureaza timp indelungat In aceasta situatie 0 captare in albia raului va fi serios stanjenita iar exploatarea va pune probleme deosebite Pentru evitarea unora din aceste probleme au fost imaginate si executate captari sub fundul albiei intr-o zona in care albia este bine dezvoltata si are un pat de 2-3 m de aluviuni Constructia transversals dreneaza apa la unui din capetele sale unde pe malul raului dintr-un put este prelevata si transportata Aceasta captare se deosebeste insa de captarea subterana a apei infiltrate prin mai sau sub fundul albiei (cu drenuri radicale) deoarece apa captata are tot caracteristicile unei ape de suprafata dramul parcurs prin patul aluvionar fiind foarte scurt o asemenea apa are o turbiditate mai mica decat apa captata direct din rau
Schema unei captari sub albie numita uneori si caucaziana este data in figura 215b iar schema unei captari proiectata pentru extinderea provizorie a alimentarii cu apa a unei localitati din tara - la un debit de 10 dm3s in figura 215C
Din figura se observa ca in patul aluvionar al raului se executa o constractie permeabila care dreneaza apa ce se scurge prin subteran sau care se infiltreaza direct asupra constractiei In fata acestei constructii si deasupra ei se executa un blocaj din anrocamente care sa permita accesul mai bun al apei si totodata sa stabilizeze constructia contra efectului dinamic la ape mari (captarea lucreaza ca un prag de fund stabilizator)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 25
Captarea este relativ simpla usor de executat si cu rezultate bune in exploatare Trebuie insa data o atentie deosebita posibilei colmatari a zonei de acces la elementul drenant din cauza apei ce confine fibre de dimensiuni mici (celuloza si hartie) material ce se colmateaza etc
26 Captari din lacuri
Tara noastra nu dispune de lacuri naturale de volume importante care sa poata folosi drept sursa de apa Din aceasta cauza captarile vor fi analizate din punct de vedere al prelevarii apei din lacurile artificiale
In etapa actuala in tara noastra executarea de captari cu debite importante din majoritatea raurilor interioare nu se pot face fara o regularizare a debitului deoarece desi regimul precipitatiilor este relativ uniform (200-2000 mman) distributia in timp este foarte neuniforma Aceasta face ca in perioadele de primavara si toamna debitele sa fie foarte mari iar in perioada de vara si mai ales iarna debitele sa scada la valori extrem de mici cu totul insuficiente pentru alimentarea folosintelor Regularizarea debitelor se face prin lacuri de acumulare special create (bazine uriase cu volume de zeci de milioane-miliarde de metri cubi) care acumuleaza apa din rau in perioadele de viitura si permit folosirea acesteia la debitele dorite
Este insa evident ca un asemenea lac nu se poate crea decat printr-o constructie specials de blocare a albiei numita baraj constructie care prin amploare si efort de investitie pune probleme deosebite Din aceasta cauza executarea unor asemenea lucrari se face prin cooperare cu alti beneficiari lacul urmand sa aiba o folosinta complexa dupa cum urmeaza
bull va reduce viiturile si va permite protej area localitatilor si scoaterea unor suprafete de sub efectul inundatilor redandu-le circuitului agricol
bull volumul de apa acumulat confine o cantitate mare de energie hidraulica energie care poate fi transformata in cadrul centralelor hidroelectrice in energie electrica si data in circuitul energetic al tarii
bull o parte din volumul de apa acumulat poate fi preluat pentru irigarea unor importante suprafete de teren
bull parte din lac poate fi amenajat ca zona de agrement dezvoltand zona din punct de vedere turistic
bull se poate imbunatati regimul de curgere in aval cu efect si asupra calitatii apei
Din punct de vedere al alimentarii cu apa lacul are eel putin in prima perioada un efect favorabil apa prelevata fiind in general mai limpede si mai constants sub raport calitativ Aceasta presupune insa preluarea apei direct din lac (varianta I din figura 216) lucru care poate dezavantaja pe alti beneficiari (cei care se ocupa de producerea energiei de exemplu)
Pe de alta parte apa stationand mult timp in lac isi modifica calitatea iar prin descompunerea depunerilor si dezvoltarea unor microorganisme specifice apa poate sa capete gust neplacut (gustul este diferit de eel al apei de rau care este apa curgatoare) De aceea uneori apa este acumulata dar nu este captata din lac ci uzinata si lasata sa curga pe vechea albie pentru a se aera (varianta Il-a din figura 216) Solutia este
Figura 215 Captari speciale a - captare tiroleza b - captare cu galerie transversala pe fundul albiei c -
dren sub fundul albiei
favorabila in cazul in care utilizatorul de apa se afla la distanta mare Daca centrala functioneaza continuu atunci captarea se poate face in curent liber daca insa centrala (UHE) functioneaza in regim de varf (cum de obicei functioneaza asemenea centrale cateva ore in cursul zilei) atunci avalul inainte de priza trebuie prevazut un lac de compensare zilnica a debitelor lac care sa retina apa uzinata in regim neuniform si sa permita captarea unui debit relativ constant Cele doua variante aratate schematic in figura 216 trebuie comparate ca avantaje si dezavantaje
Priza de apa poate fi realizata in corpul barajului in aval de baraj sau in lac Elementele care conduc la stabilirea solutiei sunt
bull pozitia utilizatorului de apa fata de lac captare din lac daca acesta este amplasat amonte si departe de baraj in baraj sau aval pentru un consumator aval sau din alt bazin hidrografic
bull marimea lacului variatia nivelului apei in lac
bull existenta unei salbe de lacuri pe raul respectiv
bull utilizarea rationala complexa a apei acumulate (de regula la stabilirea amplasamentului lacului se statueaza si modul de folosire al apei)
bull tipul de baraj si simultaneitatea executiei barajului cu priza pentru folosinte de apa in general dupa executarea barajului priza poate fi numai in aval sau in lac
bull conditiile reale de teren trebuie tinut seama ca baraj ele cu lacuri mari de acumulare sunt situate in zona de deal - munte
bull conditiile rationale de tratare a apei obtinute din lac
261 Priza tn aval de baraj
Se poate executa oricand inainte si dupa executia barajului in forme si la debite adecvate Sunt posibile urmatoarele tipuri de captari
bull captari in curent liber de forma celor descrise anterior pe raul pe care debitul regularizat prin lac are valori mult mai mari
bull captari in baraj sau in lac in cazul in care lacul are ca principals folosinta alimentarea cu apa sau cand barajul este realizat pentru un lac de compensare a debitelor rezultate de la functionarea unor centrale hidroelectrice din amonte
bull captari in lac in cazul in care lacul compenseaza folosinta energetica iar beneficiarul este departe de baraj in amonte
262 Prize Tn corpul barajului
Sunt gandite si executate odata cu barajul astfel incat sa nu pericliteze siguranta in functionare a acestuia dar sa poata preleva apa de calitatea cea mai buna existenta la un moment dat in lac
In cele ce urmeaza sunt date exemple de captari de apa executate in baraj Daca barajul este din beton priza este de regula comuna cu barajul (figura 217)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 27
apa curgatoare Barajul care realizeaza lacul de compensare este din materiale locale cu un sistem de stavile pentru spalarea depunerilor de viitura (figura 219)
In figura 220 este schitata captarea dintr-un lac al carui baraj este executat din materiale locale cu miez de etansare din argila Captarea se executa total izolat de baraj (in malul natural sau in lac figura 221 - pentru a nu-i produce dificultati barajului prin exfiltrarea apei pe langa sistemul de transport al apei) si pentru ca priza sa nu aiba dificultati la tasari neuniforme ale barajului Apa captata din priza turn de la cote diferite functie de calitatea acesteia este evacuata prin conducte sau galerii amplasate in malul natural
Acest tip de captare poate fi aplicata si in alta pozitie in cuprinsul lacului pentru beneficiari riverani - amonte de baraj
Cand principala folosinta a lacului este de combatere a undei de viitura captarea poate avea o forma speciala (figura 222) Captarea este amplasata la o cota deasupra rezervei destinata acumularii depunerilor din lac si trebuie sa evite blocarea cu corpuri mari ce pot cadea prin apa intrucat nu este accesibila decat la ape mici - lac gol sau lac golit
263 Captari in lac
Se utilizeaza atunci cand in amplasament nivelul apei este asigurat intotdeauna deasupra unor valori limita Se pot practica o captare de tip turn (figura 221) cand debitul captat este important iar nivelul lacului relativ constant o captare plutitoare cand alimentarea cu apa este sezoniera sau conditiile de iarna nu sunt severe o captare de fund cand lacul este de adancime mare si cu un volum de apa important (figura 223a)
Captarea de fund este formata dintr-un sorb (pot fi prevazute mai multe asemenea constructii separate) asezat pe o confectie metalica stabila de tip tetrapod Se amplaseaza deasupra nivelului (apreciat) de colmatare si sub nivelul minim al apei din lac (acoperire mai mare pentru a o feri de plutitori) Zona captarii va fi balizata pentru a fi ferita de accesul plutitorilor si a putea fi usor reperata pentru control se marcheaza si zona de protectie daca este cazul Conducta de legatura (suficient de elastica daca are lungime mare) se lanseaza prin plutire si poate permite ridicarea prizei in caz de nevoie Captarea va fi amplasata la o asemenea adancime incat sa nu fie deplasata de valuri si totodata nu intr-o zona in care valurile pot pune in miscare depunerile de pe fund si deteriora calitatea apei Captarea este tipica pentru prelevarea apei din lacurile naturale (figura 223b)
Existenta lacurilor de acumulare ridicS probleme importante sub trei aspecte generale aspecte care pot influenta calitatea apei captate siguranta in functionare a prizei sau si a zonelor vecine
bull pentru lacurile mici problema cea mai importanta este legata de colmatarea cu aluviuni lipsa masurilor de protejare amenajare si stabilizare a solului in bazinul hidrografic conduce la antrenarea unei mari cantitati de sol (mai ales fertil) care blocheaza in scurt timp volumul lacului
bull pentru lacurile cu volum mediu (milioane de m3) problema cea mai importanta este eutrofizarea apei lacului
bull pentru lacurile mari (sute de milioane m3) problema importanta este imbdtrdnirea lacului (o eutrofizare lenta avand ca punct final obtinerea unei ape de calitate total deosebitS de aceea a raului din care pro vine)
Eutrofizarea lacurilor este o problema acuta a multor lacuri din zone de ses si colinare Cauza principals este aportul de substante fertilizante (fosfor carbon azot) Fosforul (adus in apa in special din apele uzate orSaenesti - neepurate adecvat) in cantitSti mici favorizeaza randamentul de functionare a fitoplanctonului care la randul lui favorizeazS fixarea azotului cu ajutorul bacteriilor Dezvoltarea fitoplanctonului favorizeazS dezvoltarea zooplanctonului si deci a populatiei de pesti
DacS fluxul energetic si aportul de substante este moderat atunci ciclul se incheie devine stabil si lacul isi pSatreaza calitatea de lac oligotrof (figura 224a) In cazul in care cantitatea de fosfor creste creste volumul de fitoplancton deoarece nu exista suficient azot si lantul se rupe Zooplanctonul si pesti mor substantia organicS creste bacteriile consumS oxigenul si lacul devine eutrof acoperindu-se cu vegetatie (care are rSdacinile in malul situat pe fundul lacului si frunzele la suprafata realizand fotosinteza figura 224b) Consumarea oxigenului de cStre substantele in descompunere si capacitatea redusa de aerare fac ca apa lacului sa aibS de regulS un continut mai redus de oxigen
Daca se reduce cantitatea de nutrient (in special fosforul) dupa un timp calitatea apei se imbunatateste neajungand insa la calitatea initials (se considers ca un continut Tn fosfor de 10-20 mgl este acceptabil)
Imbdtrdnirea lacurilor este fenomenul de modificare continuS a calitatii apei lacului ca urmare a noului echilibru ce se realizeazS intre aportul de substante si circulatia apei Apa care ajunge in lac este o apa cu continut ridicat de substante minerale si organice Acestea se depun se descompun intra in reactie formand substante noi cu continut de Fe N S C (H2S CH4) substante care modifies chimismul apei Pe baza aportului de substante si sub influenta luminii creste productia de masa organica (schema lacului oligotrof) Apare un fenomen nou de circulatie a apei in lac vara apa de la suprafata este calda deci mai usoarS toamna insa apa se rSceste devine mai rece decat apa de la fundul lacului (are cca 4degC sub 15 - 20 m temperature ramane relativ constants) deci devine mai grea (densitatea creste la scaderea temperaturii) si coboarS inlocuind apa mai calda de adancime apa care se ridicS (depunerile mai pot fi agitate si de valurile de la suprafata)
Pozitia captarii in lacurile adanci trebuie sa fie totdeauna in zona medie cu temperature relativ constants (6 - 12degC) si unde nu se simte direct influenta descompunerilor ce se produc la fundul lacului (sau tulbureala datS de depunerile rSacolite)
28 Procese de pre-tratare aplicarea de algicide
Algele sau cianobacteriile (algele verzi-albastre) din lacurile si acumularile de stocare pot crea probleme de gust si miros precum si aparitia unor substante ce provoaca imbolnaviri (toxine) Pentru controlul dezvoltarii algelor sau cianobacteriilor se pot folosi compusi care distrug algele (algicidele) Daca are loc un eveniment legat de utilizarea algicidelor (calitatea apei este afectata de utilizarea unui algicid) pot avea loc urmatoarele
bull daca se utilizeaza algicide in exces substanta chimica poate provoca imbolnaviri
bull daca volumul de alge sau cianobacterii este prea mare si nu poate fi controlat de algicid toxinele din alge cianobacterii pot provoca imbolnaviri
bull daca se utilizeaza ca algicid paiele de orz substantele din paie pot reactiona cu dezinfectantele si forma subproduse ce provoaca imbolnaviri
Aplicarea de algicide in sursa de apa poate prezenta riscuri pentru sanatatea si siguranta muncii operatorilor Acestea sunt recunoscute dar nu vor fi discutate deoarece astfel de riscuri fac obiectul legislatiei muncii si protectiei muncii Algele sau cianobacteriile din sursa de apa pot interfera cu functionarea statiei de tratare Un bun control al cresterii lor face sa se diminueze necesitatea pre-oxidarii Se reduce de asemenea cantitatea de dezinfectant ce se pierde in reactia cu algele sau cu substantele pe care acestea le elimina in apa
31 Alcatuirea statiilor de tratare a apei
Rolul statiei de tratare este de a corecta calitatea apei brute pana la atingerea cerintelor utilizatorului Exista o multitudine de procese de tratare care se utilizeaza in practica insa schema generala a unei statii de tratare (figura 31) cuprinde
bull trepte multiple de oxidare (pre-oxidare post-oxidare) cu scopul de a oxida compusi chimici dar si de a realiza bariere succesive in calea micro-organismelor
bull procese de limpezire a apei care constau in
o coagulare-floculare cu reactivi chimici in camere de reactie special amenajate
o decantarea apei pentru retinerea suspensiilor coagulate
o filtrarea pe strat de nisip pentru finalizarea procesului de limpezire
bull afinarea apei constituita din oxidare cu ozon urmata de adsorbtie pe carbune activ granular cu scopul indepartarii anumitor compusi chimici toxici
bull dezinfectia apei pentru indepartarea totala a virusurilor bacteriilor si altor micro-organisme din apa treapta obligatorie in Romania conform Legii privind Calitatea Apei Potabile nr 4582002
3
Pentru eliminarea duritatii se pot adopta scheme cu schimbatori de ioni sau cu reactivi chimici (var si soda) in functie de tipul duritatii (temporara sau permanenta)
Orice statie de tratare este deservita de anumite facilitati pentru intretinerea proprie Printre acestea se mentioneaza
bull statia de reactivi chimici cu rolul de a stoca prepara si doza reactivii necesari procesului de tratare (coagulanti floculanti agenti dezinfectanti corectie pH etc)
bull sisteme de spalare filtre rapide constituite din statii de pompe si de suflante
bull laborator pentru a determina corectitudinea procesului de tratare dar si calitatea apei produse
bull alte facilitati printre care se mentioneaza sisteme de recuperare a apei de la spalare filtre si a namolului din decantoare
311 Exemple de statii de tratare
O schema de tratare cu filtrare directa este prezentata in figura 32 Uzina de apa a orasului Los Angeles - SUA (Los Angeles Aqueduct Filtration Plant) are o capacitate instalata de 185 m3s filiera tratare fiind prezentata in cele ce urmeaza
bull pre-oxidare cu ozon 4 generatoare care produc 3780 kg CVzi (doza medie ozon 15 mgdm3) 4 bazine de contact (timp de contact minim 49 min)
bull coagulare (amestec rapid) 8 camere de reactie echipate cu agitatoare dinamice timp minim de amestec 086 s pentru doua camere inseriate Reactivi utilizati clorura ferica sulfat de aluminiu polimeri anionici si neionici soda caustica clor
bull floculare 36 camere de reactie lenta timp minim de reactie lenta 8 min pentru 3 bazine inseriate
bull filtrare 24 unitati (aria unei unitati A=160 m2) strat de antracit cu inaltimea de 24 m viteza de filtrare 175 mh care asigura un timp de contact de 10 minute
bull dezinfectie finala cu clor (doza maxima clor 56 mgdm3)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 3
Un alt exemplu de schema de tratare care nu cuprinde treapta de decantare este uzina de apa Ivry (Franta) modernizata in 1987 (debit instalat Q = 300000 m3zi) Dupa modernizare uzina cuprinde urmatoarele procese (figura 33)
bull pre-oxidare cu ozon doza uzuala 10 mg CVdm3
bull coagulare (amestec rapid) cu clorura ferica (5 - 10 mgdm3) si polimer anionic (0025 -005 mgdm3)
bull pre-filtrare faza I - (coagulare pe masa de contact) 18 unitati de 815 m2 strat biolit 10 m viteza de filtrare maxima 10 mh
bull floculare cu clorura ferica (2-6 mg Fe3+dm3) si polimer (005 - 10 mgdm3)
bull pre-filtrare faza II - nisip 22 unitati de 81 m viteza de filtrare 9 mh
bull filtrare lenta 30 cuve (23000 m2) viteza maxima de filtrare 13 mzi inaltime strat 07 m
bull post-ozonare timp de contact 4 minute doza uzuala 04 - 06 mg CVdm3
bull filtrare pe CAG inaltime strat 10 m viteza de filtrare 10 mh
bull dezinfectare finala cu hipoclorit de sodiu
In figura 34 este prezentata o schema tehnologica a unei uzine de apa aplicata in cateva mari uzine de tratare (Qgt2000 m3h) ce preiau apa bruta direct din fluviul Ruhr Schema asigura o eliminare optima a microorganismelor Concentratia de Cryptosporidium in apa raului Ruhr variaza de la 0 la 5 unit(100 dm3) iar concentratia chisturilor Giardia de la 8 la 250 unitdm3 Nu au fost detectate aceste organisme in treptele premergatoare dezinfectarii Se remarca prezenta treptelor de filtrare incepand cu filtrarea mecanica pe microsite in capatul amonte al filierei de tratare si continuand cu un pachet de trei trepte de filtrare (dublu strat carbune activ granular si filtre lente) care asigura o eficienta foarte mare din punct de vedere microbiologic
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 3
Figura 34 Filiera tehnologica uzina de apa Mulheim an der Ruhr
(Germania)
Un exemplu de schema tehnologica combinata (Q=32 m3s) este prezentata in figura 35 Apa bruta (fluviul Elba) este puternic incarcata in poluanti Filtrarea primara (bazine de infiltratie) reduce de cateva ori incarcarea microbiologica iar in cazul folosirii treptelor de floculare sedimentare si filtrare reducerea incarcarii microbiologice este de circa 9999
Prin curgerea in stratul subteran se obtine o apa ce se incadreaza in normele privind calitatea apei potabile Dezinfectia finala este aplicata pentru a preveni cresterea masei bacteriene in sistemele de distributie Uzina este prevazuta a fi modernizata cu treapta de oxidare cu ozon si filtre multistrat
In Elvetia sunt intalnite in principal scheme complexe de tratare avand la baza procese biologice (figura 36) Treptele de tratare clasice (pre-oxidare cu ozon coagulare-floculare filtrare rapida) sunt urmate de corectia pH-ului si postozonare in fmalul filierei de tratare se prevad reactoare biologice inseriate (filtre CAG activate biologic urmate de filtre lente) Se urmareste in principal reducerea indicatorilor biologici si bacteriologici prin reducerea concentratiilor de carbon organic asimilabil (AOC lt 10 ug Cdm ) Se remarca absenta dezinfectarii finale Se obtine o apa biostabila introducerea acesteia intr-o retea de distributie nu necesita prezenta unui dezinfectant rezidual Se asigura in acest mod o siguranta ridicata la consumator in ceea ce priveste potentialul de formare al trihalometanilor
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 3
33 Procese de oxidare
Procesele de oxidare pot fi intalnite in toate statiile de tratare in doua sectiuni caracteristice ale schemei
bull pre-oxidare in capatul amonte al filierei pentru oxidarea substantei organice plancton inactivare microorganisme obiectul principal este asigurarea functionarii optime a proceselor de tratare si evitarea contaminarii acesteia
bull post-oxidarea amplasat dupa procesele de tratare conventionale (decantare si filtrare rapida pe strat de nisip) urmareste oxidarea totala a micro poluantilor reducerea materiilor organice naturale si inactivarea totala in ape limpezi a compusilor biologici si bacteriologici
331 Pre-oxidare
In mod obisnuit se utilizeaza urmatorii agenti oxidanti clor ozon dioxid de clor 3311 Clorul(Ch)
Clorul se utilizeaza in mod uzual cu doze cuprinse in domeniul 1 - 3 mgl cu timp de contact minim Tc=30 minute in anumite situatii (inflorire algala sau poluare accidentala) dozele pot fi mai mari dar se urmareste evitarea formarii sub-produsilor organo-clorurati (de exemplu trihalometani THM) prin efectuarea de incercari pe apa sursei pentru a se stabili potentialul de formare
Clorul este adoptat frecvent datorita costurilor reduse implicate Reactia clorului trebuie urmarita cu atentie luand in consideratie agentii reducatori (H2S Mn2+ Fe3+) si materiile organice naturale in diagrama din figura 37 se poate urmari procesul de reactie al clorului in apa (clorare la breakpoint) Punctul critic se atinge daca raportul masic intre clor si amoniac variaza intre 81 -101 (teoretic 761)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 40
3312 Ozonul(03)
Ozonul este un gaz violet instabil care degaja un miros iritant caracteristic
Se produce prin descarcari electrice la diferente de potential ridicate intre doi electrozi intre care curge aer sau oxigen pur Eficienta productiei depinde de diferenta de potential frecventa caracteristicile materialului dielectric si spatiul care separa dielectricele Progresele tehnologice din ultimii 20-30 ani au condus la reducerea consumului de energie la 10 - 12 kWh 1 kg O3
Dozele uzuale de ozon sunt in gama 1 - 3 mgCVdm3 iar timpul de contact uzual este Tc=10 minute Se tinde spre adoptarea solutiei cu doua reactoare in serie ca in figura 38 Adancimea apei in reactoare poate atinge 6-75 m
Conceptual reactoarele de ozon functioneaza pe baza interceptarii curentului de apa descendent de catre voalul de bule mici de ozon in miscare ascendents
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
0
4
3313 Dioxidul de clor (CIO2)
Se poate obtine din clorit de sodiu si clor conform reactiei
2NaC102 + Cl2rarr2C102 + 2NaCl (31)
Stoechiometric 1 g dioxid de clor se obtine din 134 g clorita de sodiu si 05 g de clor
Este instabil si exploziv la temperaturi T gt (-40degC) Se produce imediat inainte de injectia in apa La 20degC si presiune partiala de 53 kPa solubilitatea este 4 gdm3
Avantajele utilizarii CIO2 sunt
bull nu formeaza sub-produsi de tip trihalometani (THM)
bull are putere oxidanta mai buna oxideaza fenoli si este foarte eficace la pH peste 85
Dozele utilizate frecvent 01 - 05 mgl timpul de contact fiind Tc = 10 min Se mentioneaza ca pentru doze mai mare de 05 mgl exista riscul formarii de sub-produsi de tip clorati
Reactoarele de pre-oxidare utilizeaza agitatoare mecanice (rezistente la coroziune) care asigura amestecul mecanic cu randamente ridicate intre apa de tratat si solutia de CIO2
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 4
332 Post-oxidare
In filierele de tratare se dezvolta din ce in ce mai mult conceptul de post-oxidare cu ozon pe apa limpezita dupa filtrele rapide de nisip pentru ca eficienta transferului creste se reduc dozele de ozon si oxidarea micro-poluantilor devine mai eficienta
incadrarea procesului de post-oxidare in schema statiei de tratare se realizeaza totdeauna ca infigura 310 n
Dozele de 03 in post-oxidare nu depasesc 2 mgl Principiile reactoarelor de ozon sunt identice cu cele utilizate in pre-oxidare
Post-oxidarea cu ozon combinata cu adsorbtia pe CAG este procesul (denumit afinare) capabil sa asigure
- eliminare totala compusi biologici microbiologici si micropoluanti
- reducere materiilor organice naturale astfel incat TOC lt 25 g Cl
- eliminare pesticide
333 Alegerea oxidantului
Alegerea oxidantului se bazeaza pe analiza calitatii apei caracterizarea marimii poluarii care poate apare (continut materii organice naturale carbon organic total numar de microorganisme perioade duraf deg ce aparitie)
Alegerea agentului oxidant are la baza costuri si implicatii in filiera tehnologica
Tabelul 35 Caracteristici principale Tn alegerea oxidantilor Nr crt
Oxidant Avantaje Dezavantaje
1 Clor-Cl2 - costuri reduse- cunoastere operare- este remanent (rezidual) in reteaua de
distributie
formeaza THM - necesita timpi de contact mari
2 Dioxid de clor - C102 - capacitate de oxidare mai ridicata in raport cu Cl2
- nu formeaza THM- este remanent (rezidual) in reteaua de
distributie
- necesita preparare si dozare instantanee- la doze prea mari poate forma cloraticosturi mai mari in raport cu Cl2
3 Ozon - 03 - cea mai mare capacitate de oxidare- nu formeaza THM
- necesita preparare si dozare instantaneeconsumuri energetice mari- poate forma subprodusi de tip bromaji sau
aldehide- nu este remanent (rezidual) in reteaua de
distributie
4
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 4
Figura 311 Fortele
ce actioneaza asupra
particulelor aflate Tn
apa
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
3511 Deznisipatoare
Sunt destinate sa retina particulele de tip nisip pentru protectia utilajelor din schema statiei de tratare Schema unui deznisipator orizontal este data in figura 313
Figura 313 Deznisipator orizontal longitudinal
1 Gratar 2 Bare de linistire 3 Nisa pentru reparatii Tn caz de avarie 4 Stavilar de intrare 5 Vane de golire 6 Stavilarde iesire 7 Galerie de golire
In zona de intrare a apei in deznisipator se monteaza un gratar rar pentru impiedicarea accesului corpurilor mari in interiorul bazinului Pentru linistirea curentului se monteaza bare verticale de linistire Peretii laterali ai deznisipatorului se executa cu evazare catre exterior pentru a permite preluarea impingerilor survenite din podul de gheata care se formeaza pe timp de iarna la suprafata bazinului Panta radierului bazinului trebuie sa permita evacuarea depunerilor in zona din aval a bazinului Evacuarea depunerilor se poate realiza cu mai multe sisteme
bull prin hidro-mecanizare cu scoaterea din functiune a unui compartiment
bull prin golirea totala a compartimentului (numai pentru debite foarte reduse)
bull cu electro-pompe speciale purtate de o grinda rulanta
3512 Decantoare statice
Sunt destinate surselor cu variatii mari de turbiditate la care 50 - 60 din suspensii sunt de natura minerala (gravimetrice) in figura 314 se prezinta schema unui decantor orizontal longitudinal Elementele principale ale bazinului sunt
bull zona de intrare in care se gaseste un perete de linistire a curentului in partea superioara respectiv canalul de evacuare a depunerilor in partea inferioara
bull decantorul propriu-zis cu radier cu panta catre basa de evacuare a namolului amplasata in zona incipienta a bazinului
bull zona de evacuare a apei decantate care este bordata de un gratar cu rolul impiedicarii accesului plutitorilor
Curatirea decantoarelor orizontale se realizeaza
bull Intermitent prin golire si evacuare depuneri hidraulic sau mecanic
bull Continuu cu ajutorul podurilor racloare care strang depunerile in base special amenajate
Dificultatile in operarea decantoarelor statice se pot sintetiza
bull sunt influentate de factori atmosferici vant gheata insorire
bull miscarea este turbulenta ca structura si particule fine pot fi repuse in stare de suspensie
bull echilibrarea fluxului hidraulic se realizeaza cu dificultate
bull eficienta retinerii nu depaseste 10-15 NTU la apa decantata
37 Filtrarea apei - generalitati
Filtrarea este procesul de limpezire finala a apei (stadiul II) la curgerea printr-un mediu poros de obicei format din nisip cuartos Procesul simuleaza infiltratia apelor superficiale in mediile poroase din subsolul pamantului Procesul este cunoscut si aplicat de mult timp (primul brevet s-a emis in 1830)
Schema generala (figura 323) indica filtrul ca fiind format dintr-un bazin (cuva) in care apa curge in sens descendent traverseaza mediul poros sustinut de un drenaj si ajunge intr-un rezervor de apa filtrata amplasat sub drenaj Sistemul este dotat cu toate instalatiile de introducere -prelevare apa preaplin si golire
Parametrii fundamentali ai procesului de filtrare sunt
bull viteza de filtrare definita (ca viteza aparenta) cu relatia urmatoare
vF = Q A [ m h ] [mzi] (313)
In care
Q - debitul de apa filtrata
A - suprafata orizontala a stratului filtrant in
functie de viteza de filtrare se pot clasifica in
o filtre lente (biologice) - VF = 01 - 025 [mh]
o filtre rapide - vF = 4 - 10 [mh|
o filtre ultra-rapide
bull mediul filtrant - in general nisip cuartos care sa realizeze prin uniformitatea granulelor un volum de goluri in care sa se acumuleze suspensia retinuta din apa caracteristicile sunt diferite pe tipuri de filtre
bull pierderea de sarcina (hr) exprimata ca diferenta intre nivelul apei in cuva filtrului si nivelul apei in rezervorul de apa filtrata este data de colmatarea stratului si este variabila in timp
49
38 Filtre lente
Se bazeaza pe formarea unei membrane biologice constituita din colonii de bacterii aerobe -amplasata la suprafata stratului de nisip (pe primii 2-3 cm) Elementul fundamental este dezvoltarea membranei (in 1 - 3 zile) functie de caracteristicile apei Dupa o perioada (30 - 50 zile) membrana se colmateaza si incepe sa se rupa degradand calitatea apei Aceasta se razuieste (se curata) manual sau mecanic si procesul este reluat In figura 52 se indica schema unui filtru lent
Dispoizitiv de curatat_____________________________membrana biologtca
Figura 325 indica tipurile de organisme care pot fi intalnite pe o adancime de 30 cm in nisipul filtrului lent
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
Nisipul din filtrul lent trebuie sa aiba urmatorii parametri
bull granulozitatea in domeniul dg = 035 - 050 mm
bull coeficientul de neuniformitate ult 15
(314)
In care d6o - diametral ochiurilor sitei prin care trece 60 din materialul cernut
d1o - diametral ochiurilor sitei prin care trece 10 din materialul cernut
01
50
bull inaltimea stratului de nisip H=90-100 cm cand grosimea stratului de nisip ajunge dupa curatiri succesive la 70 - 80 cm este necesara completarea la inaltimea initiala
Solutia filtrelor lente se prevede la debite relativ mici (max 10000 m zi) si surse de apa in general curate (lipsite de alge culoare poluanti toxici) Se pot obtine rezultate performante la ape necoagulate Operarea sistemelor de filtre lente este simpla Procesul de filtrare lenta este asimilat cu procese fizice si biologice Acestea din urma necesita o atentie si urmarire continua in etapele de operare a filtrelor in special referitor la starea coloniilor de bacterii aerobe din membrana biologica
310Filtre rapide
In figura 326 se prezinta schema unui filtru rapid Acesta este constituit din urmatoarele elemente componente
bull sistem admisie apa in cuva - are rolul echirepartitiei debitului catre cuvele de filtre
bull stratul filtrant peste care exista un strat de apa
bull drenaj cu rolul de a sustine stratul filtrant si de a transforma bulele mari in bule fine in procesul de spalare inversa
bull sistem de mentinere a nivelului apei in filtru (pentru filtrele cu functionare in sistem nivel constant si debit variabil)
bull statie de pompare apa de la spalare filtre si statie de suflante
bull instalatii hidraulice grupate in galeria tehnologica cu rolul de a asigura toate utilitatile necesare functionarii corecte a procesului (conducte si vane apa filtrata apa spalare aer spalare preaplin golire etc)
bull rezervor de apa filtrata amplasat de obicei sub toata statia sau in anumite cazuri numai sub galeria tehnologica
Procesul consta in doua etape
bull filtrarea apei parcurgand in sens descendent stratul de nisip si drenajul
bull spalarea filtrului in sens ascendent in doua faze distincte
o faza 1 (durata Ti=5-10 min)
o faza 2 - limpezire (durata Ti=10-15 min)
51
in ultimii 30-40 de ani in lume a existat o preocupare constants pentru perfectionarea procesului in sensul obtinerii performantei in calitatea apei filtrate (turbiditatea sa se incadreze in domeniulOl - 10 NTU)
Mecanismele de retinere in filtrele rapide se pot sintetiza ca in schema urmatoare
3101 Mediul filtrant
Calitatile materialului filtrant sunt urmatoarele
bull domeniul de granulozitate dg = 085 - 2 mm
bull coeficientul de neuniformitate u=d6odio lt 15
bull fractiunile inferioare diametrului 085 mm si superioare dmax 2 mm inferioare procentual la 10 in greutate
bull diametrul efectiv def = dio = 09-1 mm
bull sa realizeze un numar de goluri (porozitate) mare (pgt40)
bull forma granulelor apropiata de sfera pentru obtinerea unui grad de acoperire ridicat
bull continut de roci cuartoase recomandabil peste 95
bull sa aiba duritate (gt 7 in scara Mohs) pentru a nu se sfarama la spalare
Calitatea materialului filtrant influenteaza viteza de filtrare O serie de studii au indicat domeniul optim de granulozitate al nisipului de filtru conform figurii 328
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 52
3102 Calitatea influentului fn corelatie cu materialul filtrant
Pentru realizarea unei retineri eficiente a suspensiilor se impune ca in influentul filtrelor acestea sa fie floculate Aceasta se caracterizeaza prin coeficientul de coeziune al suspensiilor floculate (namol retinut) aceasta caracterizeaza capacitatea de rezistenta la forfecare si depinde de doza de floculant si natura (minerala sau organica a suspensiilor)
Procesul de optimizare a filtrarii rapide a apei ia in considerate principiul un filtru va functiona optim cand va produce cea mai mare cantitate de apa intre doua spalari succesive aceasta se va realiza cand timpul in care se atinge pierderea de sarcina limita este egal cu timpul in care se calitatea apei filtrate se inrautateste la limita maxim acceptabila (Ti = T2) sau penetrarea impuritatilor in interiorul masei filtrante se va efectua cu aceeasi viteza cu care creste pierderea de sarcina Expresiile celor doua perioade au fost determinate de cercetatorii Richard si Croce-Spinelli
Tx = a bull σ - 0 9 5 bull k-075bull def-045bull h0
n95bull v -185 (316)
T l = b bull σ-075 k - 0 7 5 bull dlef
1 5 Δhr05 bull vF
-065 (317)
In care Ti - perioada in care turbiditatea apei filtrate atinge valoarea limita (1 NTU)
T2 - perioada in care se atinge pierderea de sarcina limita (15 - 18 m)
a b - coeficienti empirici (experimentali)
hn - grosime strat nisip
Δhr- viteza de crestere a pierderii de sarcina
INSPECTIA SANITARA SI MOMTORIZAREA CALITATII APEI
VF - viteza de filtrare
k - coeficient de coeziune al namolului
a - depozitul specific (volumul de suspensii raportat la volumul de material filtrant)
Se constata ca fiecare filtru poate conduce la un ciclu optim functie de calitatea nisipului grosimea stratului calitatea flocularii suspensiilor din apa influenta si viteza de filtrare
3103 Variatia pierderii de sarcina
Urmarirea pierderii de sarcina este importanta pentru ca poate pune in evidenta functionarea filtrului Operarea optima a unui filtru se realizeaza prin urmarirea in timp a variatiei pierderii de sarcina si turbiditatii Masurile pentru realizarea acestui optim sunt
53
bull reducerea vitezei - cele mai performante filtre lucreaza cu viteze de filtrare variabile astfel incat colmatarea stratului sa se realizeze fara socuri
bull adaugarea unui polimer (doze 01 - 02 mgl) in influent pentru a mari rezistenta particulelor floculate
bull imbunatatirea calitatii nisipului
Presiune (m col H20)
Figura 329 Estimarea pierderii de sarcina Tn
stratul filtrant
3104 Spalarea filtrelor
Se realizeaza in contra curent de apa si aer comprimat Elementele tehnice care intervin esential in obtinerea performantelor spalarii sunt
bull calitate drenaj - din punct de vedere al uniformitatii debitelor de apa si aer
bull colectarea uniforma a apei de la spalare
bull metoda de spalare care sa asigure eliminarea totala a suspensiilor retinute in strat cu resurse minime
bull drenaj de mare rezistenta hidraulica (cu placi cu crepine)
Se bazeaza pe principiul introducerii unei rezistente hidraulice de 15 - 20 cm coloana de apa (reducerea brusca de sectiune la intrarea apei in tija crepinei) care asigura uniformizarea intensitatilor de spalare pe suprafata cuvei (abateri de plusmn 3-5) In figura 330 se prezinta schema drenajului cu placi cu crepine
Se pun conditii severe din punct de vedere constructiv pentru realizarea drenajului
bull asigurarea etansarii perfecte
bull asigurarea cotei exacte si unice pentru pozitia orificiilor de aer
bull rezistenta cosurilor crepinelor
bull asigurarea formarii unui nivel de separatie apa - aer uniform si constant pe toata suprafata cuvei
Cele mai performante filtre din punct de vedere al spalarii sunt filtrele cu baleiaj la spalare (figura 331)
INSPECTIA SANITARA SI MOMTORIZAREA CALITATII APEI
55
55
in perioada de spalare a filtrului nivelul in cuva se afla la cota NS jgheaburile J nu mai deverseaza si prin orificiile de la baza jgheaburilor se creeaza un curent de baleiaj (1-2 dm3sm2) cu apa decantata care impinge suspensiile spre jgheabul de colectare Se reduc astfel timpii de spalare (cu 50) si intensitatile si volumele de apa de spalare
Prin curgerea ascendenta a aerului masa de nisip vibreaza si peliculele de namol se desprind de granule Curentul ascendent de apa le antreneaza Spalarea numai cu aer induce vibrarea masei de nisip si depunerea namolului in zona inferioara a stratului De aceea este contraindicata spalarea numai cu aer in faza 1
In general echipamentele pentru asigurarea debitelor apa de spalare se adopta un utilaj (pompa) in faza 1 si inca o pompa de acelasi tip pentru faza a Il-a
3105 Asigurarea repartitiei uniforme a influentului
Pentru asigurarea repartitiei uniforme a apei decantate se utilizeaza diverse sisteme Cel mai performant este sistemul cu deversori neinecati conform cu schema din figura 332
3106 Sistemele hidraulice
Sistemele hidraulice asigura deservirea statiei de filtre atat in procesul de filtrare cat si in procesul de spalare Acestea se vor dimensiona conform vitezelor economice prezentate in tabelul urmator
3107 Reglajului debitului si nivelului de apa in cuva
Pentru filtrele care functioneaza cu nivel constant si debit variabil este foarte important ca nivelul apei in filtru se fie mentinut pseudo-constant Aceasta se asigura cu diverse sisteme de plutitori (regulator de nivel amonte) care comanda vana de pe conducta de apa filtrata sau cu sisteme electronice si hidraulice conform figurii 333
Figura 333 Sistem de reglare electronic al nivelului apei Tn filtru
Legends 1 Strat filtrant 2 Vana apa filtrata 3 Parghie comanda vana 4 Electrovana de comanda 5 Regulator electronic 6 Senzor de presiune pentru nivel filtru 7 Senzor de presiune sub planseu 8 Potentiometru 9 Indicator de
colmatare 10 Alimentare cu fluid de comanda
313 Afin area apei
Procesul de afmare a apei este constituit din combinatia intre procesul de post-oxidare cu ozon a apei filtrate urmat de adsorbtie pe carbune activ granular
3131 Post-oxidarea cu ozon
Ozonul (O3) se obtine din aer sau oxigen supus la descarcari electrice printr-un dielectric In figura 334 se prezinta un element dintr-un ozonor
figura 334 Element tubular de ozonor
1 - Intrare gaz vector (aeroxigen) 2 3 - Electrozi 4 - Dielectric 5 - Spatiu de descarcare electrica 6 - Gaz vector +
ozon 7 - Apa racire
Diferentele de potential la care se lucreaza sunt cuprinse intre 6000 - 18000 V functie de natura si grosimea dielectricului marimea spatiului de descarcare si presiunea absoluta de functionare
Concentratiile de ozon in gazul vector obisnuite sunt
bull 10-40gm - in cazul utilizarii aerului
bull 10-140 gm3 - in cazul utilizarii oxigenului
Pentru a realiza concentratii optime si stabilitatea procesului se cere punct de roua -60degC -80degC
Energia specifics pentru productia de ozon
bull 13-18 kWhkg O3 - produs din aer
bull 8-10 kWhkg O3 - produs din oxigen
Actiunea O3 asupra apelor de consum se poate sintetiza
bull imbunatatirea calitatilor organoleptice (gust miros culoare)
bull activitate bactericide si virulicida
bull oxidarea materiilor organice
bull oxidare micro-poluanti
bull imbunatatirea biodegradabilitatii in amonte de CAG
3132 Adsorbtie pe carbune activ granular (CAG)
Carbunele activ se poate obtine din carbuni minieri sau din coaja de nuca de cocos Majoritatea carbunilor minieri pot fi convertiti in carbune activ insa proprietatile carbunelui activ depind esential de calitatea initiala a carbunilor in special in ceea ce priveste duritatea acestora in acest sens se utilizeaza adesea coaja nucilor de cocos pentru fabricarea carbunelui activ
Exista o multitudine de procese de fabricare a carbunelui activ insa eel mai dezvoltat este piroliza urmata de activarea cu gaze de oxidare Piroliza (carbonizarea) presupune incalzirea materialului la temperaturi intre 600 si 900 degC in absenta aerului Pentru obtinerea unei porozitati ridicate se pot utiliza adaosuri de cloruri metalice (de exemplu ZnCl) Piroliza poate reprezenta unicul pas de activare in cazul in care se doreste obtinerea unui material cu 0 porozitate ridicata
A doua etapa este cea de oxidare care se realizeaza de obicei cu abur sau uneori cu aer Temperaturile sunt uzuale in gama de 600 - 900 degC Pe parcursul acestei etape se realizeaza 0 erodare a suprafetei interne a carbunelui si dezvoltarea unei retele extensive de micropori care cresc capacitatea de adsorbtie
58
Printre proprietatile principale ale carbunelui activ se enumera continutul de cenusa umiditatea densitatea marimea particulelor duritatea volumul si distributia dupa marime a porilor suprafata interna
31321 Continutul in cenusa
Continutul in cenusa este reprezentat de reziduul obtinut prin calcinarea la temperatura de 954 degC timp de 3 ore in aer Uzual continutul de cenusa variaza intre 3 si 10 Pentru reducerea cantitatii de cenusa se poate utiliza spalarea cu acid
31322 Umiditatea
Umiditatea se determina prin uscarea in cuptor timp de 3 ore a unei cantitati de 5 sau 10 g de carbune activ la temperatura 150 degC Se determina greutatea inainte si dupa uscare si racire in exicator Umiditatea in vrac a carbunelui activ este recomandabil sa fie limitata la maxim 5
31323 Densitatea
Sunt mai multe tipuri de densitati printre care se mentioneaza densitatea in vrac densitatea aparenta densitatea particulei si densitatea reala Densitatea in vrac sau densitatea aparenta reprezinta greutatea carbunelui activ uscat raportata la volumul pe care acesta il ocupa Aceasta se determina prin umplerea unui cilindru cu volumul de 100 ml cu carbune prin cadere libera dintr-o masina vibratoare si cantarirea volumului respectiv Valorile uzuale sunt in gama 05 - 06 gml pentru carbune activ fabricat din carbune minier respectiv 024 - 030 mg1 pentru carbune activ fabricat din lemn
Densitatea particulei reprezinta densitatea unei particule singulare Volumul pe care se bazeaza include volumul porilor precum si volumul materialului Densitatea particulei se determina in mod uzual cu mercur la presiunea atmosferica (mercurul umple spatiile goale din particula de carbune activ dar nu umple porii) Valorile uzuale sunt in gama 074 - 080 gml
Densitatea reala sau densitatea scheletului este cea determinate numai pe materialul (carbunele) propriu-zis Pentru determinarea acesteia se utilizeaza uzual o metoda de inlocuire cu heliu (heliul intra practic in toti porii materialului) Valorile uzuale sunt in gama 21 - 22 gml
31324 Marimea particulelor
Aceasta se determina prin cernerea a 100 sau 200 g de carbune printr-un sistem de site mecanice timp de 10 minute dupa care se cantaresc retinerile pe fiecare sita in parte Carbunele activ pudra se incadreaza de obicei in domeniul 005 mm - 15 mm
31325 Friabilitatea
Capacitatea carbunelui activ de a rezista la abraziune este unul dintre parametrii cei mai importanti Procedura de determinare a friabilitatii carbunelui activ presupune determinarea granulozitatii acestora inainte si dupa testul propriu-zis care consta in concasarea succesiva a carbunelui intr-un recipient alaturi de bile de otel inoxidabil Valorile uzuale ale indicelui de friabilitate sunt 65 - 80 (practic 70 - 75) ceea ce atesta faptul ca materialul este foarte usor friabil si este necesar atentie la procedura de spalare
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATIIAPEI 59
31326 Volumul si distributia dupa marime a porilor
Volumul porilor reprezinta volumul total al porilor din particula de carbune activ granular raportat la greutate Valorile uzuale sunt de ordinul 08 - 12 mlg pentru carbune activ fabricat din carbuni minieri respectiv 22-25 mlg pentru carbune activ fabricat din lemn Volumul total al porilor poate fi determinat printr-un test de adsorbtie cu azot desfasurate astfel incat azotul condensat sa intre in totalitate in porii carbunelui
Carbunele activ confine o structura complexa de pori de forme si marimi diferite Porii au de obicei o geometrie neregulata si sunt interconectati Dimensiunile porilor sunt uzual intre 10 A si 100000 A (001 cm) Distributia dupa marime a porilor depinde de tipul de material utilizat si de metoda si de durata procesului de activare
31327 Suprafata internaSuprafata interna a materialelor poroase in general se determinS cu ecuatia BET stabilita de
Brunauer Emmett si Teller Ecuatia descrie formarea de strate multiple de gaz condensat care apar atunci cand un gaz adsorbabil (de exemplu azotul) este in contact cu materialul poros Intr-un astfel de test se utilizeaza azot la temperatura de fierbere si presiunea atmosferica (-196 degC sau 77 K)
Ecuatia BET (expresia 318) a fost derivata presupunand urmatoarelebull rata de condensare a moleculelor din primul strat este egala cu rata de evaporare a
moleculelor din zonele acoperite cu un singur strat de moleculebull caldura de adsorbtie peste primul strat este constants si egala cu caldura de lichefiere
qqm=b(PPS)(1-PPs)(1-PPS+bPPS) ( 3 1 8 )
In care Ps - presiunea de vaporizare la saturatie la temperatura utilizata in test uzual 1 atm
q - cantitatea de substanta adsorbita la presiunea P
qm - cantitatea de substanta adsorbita numai cand se constata acoperirea totala a suprafetei cu un strat monomolecular
b - constanta determinata experimental
In figura 336 se prezinta o relatie tipica intre marimea porilor si suprafata totala Suprafata cumulativa este data de insumarea suprafetelor tuturor porilor cu un diametru dat sau mai mare Se remarca faptul ca marea majoritate a suprafetei este atribuita porilor de mici dimensiuni
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI60
3133 Teste uzuale de adsorbtie
In practica se utilizeaza o serie intreaga de teste pentru a determina capacitatea de adsorbtie pentru diferite tipuri de carbune activ Printre acestea se mentioneaza
- Indicele Iod reprezinta cantitatea de iod in miligrame pe gram adsorbit de un carbune activ la echilibru cu o solutie I2-KI cu concentratia 002 N indicele iod indica suprafata totala a porilor cu diametru de 10 A sau mai mare valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 800 - 1000 mgg
Indicele Melasa reprezinta un indicator al puterii de decolorare a carbunelui activ granular in contact cu 0 solutie de melasa la fierbere indicele melasa este in stricta legatura cu suprafata totala a porilor cu diametrul mai mare de 28 A valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 200 - 300
- Indicele Albastru de Metilen reprezinta cantitatea de albastru de metilen adsorbita de 1 g de carbune activ la echilibru in contact cu o solutie cu concentratia 1 mg1 de albastru de metilen Albastrul de metilen are greutatea moleculara 320 si indica suprafata totala a porilor cu diametrul de 15 A
- Activitatea tetraclorurii de carbon tetraclorura de carbon CC14 este un compus molecular mic si poate intra in toti porii In acest test un curent de aer este saturat cu CCI4 la 0 degC si este trecut printr-un strat de carbune activ mentinut la 25 degC pana cand nu se mai detecteaza nici o schimbare in greutate Activitatea este greutatea CCI4 adsorbita pe unitatea de greutate de carbune activ exprimata procentual Valorile uzuale ale acestui indicator sunt in gama 60 -80
- Indicele butan este similar activitatii tetraclorurii de carbon valoarea acestuia este exprimata grame de butan adsorbite pe 100 ml carbune activ valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 7 - 8 g 100 ml carbune activ
- Indicele FINAD stabilit de cercetatorul C Gomella si reprezinta un produs al mai multor indici F - fenol I - iod N - indol A - antipirina D - detergent
316 Deferizarea si demanganizarea apei
Fierul (Fe) si manganul (Mn) sunt elemente care se gasesc frecvent in mediul subteran si in apa apar in concentratii pana la 10 mg1 (Fe) si 2 mg1 (Mn) Prezenta fierului si manganului in apele potabile pot genera urmatoarele probleme
bull produce gust metalic dezagreabil
bull coloreaza tesaturile si echipamentele sanitare
bull formeaza precipitate in conducte care favorizeaza dezvoltarea bacteriilor feruginoase (Chrenothrix) acestea modifica regimul hidraulic calitatea apei distribute si favorizeaza fenomenele de coroziune
3161 Echilibrul fierului si manganului in apa
Fierul si manganul sunt prezente dizolvate in solutiile apoase sub forma Fe2+si Mn2+ Concentratia in oxigen a apelor subterane care contin Fe si Mn este nula Din namolurile situate in
2+ ~
zona anaeroba din hipolimnion se elibereaza ioni de Fe2+ si Mnz+ in apele lacurilor In numeroase ape naturale se remarca prezenta Fe3+ asociata cu substantele humice Stabilitatea fierului si manganului in apa depinde de numeroase variabile
bull pH-ul apei
bull concentratia diferitelor elemente chimice
bull potentialul de oxido-reducere (Eh) al solutiei
In figura 341 se prezinta diagrama de stabilitate a formelor fierului in solutie in aceasta diagrama o curba (linie) reprezinta locul geometric pentru care concentratia celor doua substante este aceeasi De exemplu linia 1 reprezinta solutia pentru care O2 si H2O au aceeasi valoare Aria cuprinsa intre curbele 1 si 2 reprezinta aria de stabilitate a compusilor de Fe Chimia manganului este asemanatoare cu cea a Fe Astfel la pH si Eh reduse Fe si Mn sunt stabile in forme bivalente
in unele cazuri prima pila a barajului a fost prelungita cu un pinten formand un fel de canal in fata prizei Apa circuland cu o viteza comparabila cu cea existenta in rau inainte de barare evita producerea de depuneri in fata prizei
Atat in dreptul stavilelor de spalare cat si al barajului deversor in aval se executa un disipator de energie al carui rol este de a reduce viteza apei la o limita care sa nu produca eroziuni spalari in aval de constractie spalari care ar putea periclita stabilitatea acesteia
Priza este o deschidere in culee protejata cu un gratar contra plutitorilor Pentru a evita antrenarea aluviunilor mari in priza aceasta se prevede cu un rag (grataral se aseaza deasupra fundului albiei la 05 - 10 m) Pentru a nu favoriza blocarea gratarului cu plutitori viteza de trecere este redusa 01 - 05 ms din care cauza priza are o forma de palnie Intrarea poate fi inchisa cu stavile Daca deschiderea totala este mare ea se poate reduce cu ajutorul unor pile intermediare Lungimea unei stavile nu va depasi 250 m altfel dispozitivele de ridicare a stavilelor devin greoaie In pile inaintea nisei stavilei se lasa profile U inglobate in beton cu deschiderea spre apa pentru a se putea lansa batardoul (umplutura din elemente grinzi de lemn sau metal) in scopul punerii la uscat a incintei pentru eventuale reparatii Deoarece dupa gratar viteza apei scade mult se produc depuneri care pot afecta circulatia pe canalul de legatura Spalarea lor se poate face cu o golire secundara - de spalare (vezi figura 214) Daca se inchide plecarea spre beneficiar (stavila V2) si se deschide stavila V3 se poate asigura o circulatie fortata cu 0 viteza cu 0 viteza mare (diferenta de nivel amonte-aval este mare) Daca debitul pe rau este suficient iar gratarele au o suprafata mai mare decat cea strict necesara se poate merge cu vana V3 partial deschisa - spalarea facandu-se continuu Pentru evitarea antrenarii plutitorilor mari si a ghetii in sloiuri la gratar se amenajeaza un perete de lemn scufundat partial (05 m) sau o linie de busteni legati articulat (care plutesc) Fenomenele de iarna sunt cele mai dificile la aceste prize
Captarea tiroleza este 0 captare cu gratar pe creasta (figura 215a) care se adopta in cazul in care debitul raului la ape mici este redus si nu poate asigura spalarea zonei din fata prizei iar debitul captat fiind mic captarea in mai se face greu (la aceasta constractie de captare se executa si o priza de iarna in cazul in care grataral ingheata) Captarea se aplica in zone de munte la rauri cu caracter torential pentru debite nu prea mari (sub lm3s) In unele situatii masivul de beton nu se vede din albie fiind alcatuit dintr-un prag de fund - cu gratar la nivelul fundului apei (grataral este inclinat aval pentru a evita blocarea cu aluviuni mari)
Captarea sub albie se adopta in situatia unor localitati de munte pentru care singura sansa de apa o constituie raul sau paraul care izvoraste de la cote inalte al carui debit scade foarte mult in perioadele de iarna si vara si in cazul care fenomenele de inghet dureaza timp indelungat In aceasta situatie 0 captare in albia raului va fi serios stanjenita iar exploatarea va pune probleme deosebite Pentru evitarea unora din aceste probleme au fost imaginate si executate captari sub fundul albiei intr-o zona in care albia este bine dezvoltata si are un pat de 2-3 m de aluviuni Constructia transversals dreneaza apa la unui din capetele sale unde pe malul raului dintr-un put este prelevata si transportata Aceasta captare se deosebeste insa de captarea subterana a apei infiltrate prin mai sau sub fundul albiei (cu drenuri radicale) deoarece apa captata are tot caracteristicile unei ape de suprafata dramul parcurs prin patul aluvionar fiind foarte scurt o asemenea apa are o turbiditate mai mica decat apa captata direct din rau
Schema unei captari sub albie numita uneori si caucaziana este data in figura 215b iar schema unei captari proiectata pentru extinderea provizorie a alimentarii cu apa a unei localitati din tara - la un debit de 10 dm3s in figura 215C
Din figura se observa ca in patul aluvionar al raului se executa o constractie permeabila care dreneaza apa ce se scurge prin subteran sau care se infiltreaza direct asupra constractiei In fata acestei constructii si deasupra ei se executa un blocaj din anrocamente care sa permita accesul mai bun al apei si totodata sa stabilizeze constructia contra efectului dinamic la ape mari (captarea lucreaza ca un prag de fund stabilizator)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 25
Captarea este relativ simpla usor de executat si cu rezultate bune in exploatare Trebuie insa data o atentie deosebita posibilei colmatari a zonei de acces la elementul drenant din cauza apei ce confine fibre de dimensiuni mici (celuloza si hartie) material ce se colmateaza etc
26 Captari din lacuri
Tara noastra nu dispune de lacuri naturale de volume importante care sa poata folosi drept sursa de apa Din aceasta cauza captarile vor fi analizate din punct de vedere al prelevarii apei din lacurile artificiale
In etapa actuala in tara noastra executarea de captari cu debite importante din majoritatea raurilor interioare nu se pot face fara o regularizare a debitului deoarece desi regimul precipitatiilor este relativ uniform (200-2000 mman) distributia in timp este foarte neuniforma Aceasta face ca in perioadele de primavara si toamna debitele sa fie foarte mari iar in perioada de vara si mai ales iarna debitele sa scada la valori extrem de mici cu totul insuficiente pentru alimentarea folosintelor Regularizarea debitelor se face prin lacuri de acumulare special create (bazine uriase cu volume de zeci de milioane-miliarde de metri cubi) care acumuleaza apa din rau in perioadele de viitura si permit folosirea acesteia la debitele dorite
Este insa evident ca un asemenea lac nu se poate crea decat printr-o constructie specials de blocare a albiei numita baraj constructie care prin amploare si efort de investitie pune probleme deosebite Din aceasta cauza executarea unor asemenea lucrari se face prin cooperare cu alti beneficiari lacul urmand sa aiba o folosinta complexa dupa cum urmeaza
bull va reduce viiturile si va permite protej area localitatilor si scoaterea unor suprafete de sub efectul inundatilor redandu-le circuitului agricol
bull volumul de apa acumulat confine o cantitate mare de energie hidraulica energie care poate fi transformata in cadrul centralelor hidroelectrice in energie electrica si data in circuitul energetic al tarii
bull o parte din volumul de apa acumulat poate fi preluat pentru irigarea unor importante suprafete de teren
bull parte din lac poate fi amenajat ca zona de agrement dezvoltand zona din punct de vedere turistic
bull se poate imbunatati regimul de curgere in aval cu efect si asupra calitatii apei
Din punct de vedere al alimentarii cu apa lacul are eel putin in prima perioada un efect favorabil apa prelevata fiind in general mai limpede si mai constants sub raport calitativ Aceasta presupune insa preluarea apei direct din lac (varianta I din figura 216) lucru care poate dezavantaja pe alti beneficiari (cei care se ocupa de producerea energiei de exemplu)
Pe de alta parte apa stationand mult timp in lac isi modifica calitatea iar prin descompunerea depunerilor si dezvoltarea unor microorganisme specifice apa poate sa capete gust neplacut (gustul este diferit de eel al apei de rau care este apa curgatoare) De aceea uneori apa este acumulata dar nu este captata din lac ci uzinata si lasata sa curga pe vechea albie pentru a se aera (varianta Il-a din figura 216) Solutia este
Figura 215 Captari speciale a - captare tiroleza b - captare cu galerie transversala pe fundul albiei c -
dren sub fundul albiei
favorabila in cazul in care utilizatorul de apa se afla la distanta mare Daca centrala functioneaza continuu atunci captarea se poate face in curent liber daca insa centrala (UHE) functioneaza in regim de varf (cum de obicei functioneaza asemenea centrale cateva ore in cursul zilei) atunci avalul inainte de priza trebuie prevazut un lac de compensare zilnica a debitelor lac care sa retina apa uzinata in regim neuniform si sa permita captarea unui debit relativ constant Cele doua variante aratate schematic in figura 216 trebuie comparate ca avantaje si dezavantaje
Priza de apa poate fi realizata in corpul barajului in aval de baraj sau in lac Elementele care conduc la stabilirea solutiei sunt
bull pozitia utilizatorului de apa fata de lac captare din lac daca acesta este amplasat amonte si departe de baraj in baraj sau aval pentru un consumator aval sau din alt bazin hidrografic
bull marimea lacului variatia nivelului apei in lac
bull existenta unei salbe de lacuri pe raul respectiv
bull utilizarea rationala complexa a apei acumulate (de regula la stabilirea amplasamentului lacului se statueaza si modul de folosire al apei)
bull tipul de baraj si simultaneitatea executiei barajului cu priza pentru folosinte de apa in general dupa executarea barajului priza poate fi numai in aval sau in lac
bull conditiile reale de teren trebuie tinut seama ca baraj ele cu lacuri mari de acumulare sunt situate in zona de deal - munte
bull conditiile rationale de tratare a apei obtinute din lac
261 Priza tn aval de baraj
Se poate executa oricand inainte si dupa executia barajului in forme si la debite adecvate Sunt posibile urmatoarele tipuri de captari
bull captari in curent liber de forma celor descrise anterior pe raul pe care debitul regularizat prin lac are valori mult mai mari
bull captari in baraj sau in lac in cazul in care lacul are ca principals folosinta alimentarea cu apa sau cand barajul este realizat pentru un lac de compensare a debitelor rezultate de la functionarea unor centrale hidroelectrice din amonte
bull captari in lac in cazul in care lacul compenseaza folosinta energetica iar beneficiarul este departe de baraj in amonte
262 Prize Tn corpul barajului
Sunt gandite si executate odata cu barajul astfel incat sa nu pericliteze siguranta in functionare a acestuia dar sa poata preleva apa de calitatea cea mai buna existenta la un moment dat in lac
In cele ce urmeaza sunt date exemple de captari de apa executate in baraj Daca barajul este din beton priza este de regula comuna cu barajul (figura 217)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 27
apa curgatoare Barajul care realizeaza lacul de compensare este din materiale locale cu un sistem de stavile pentru spalarea depunerilor de viitura (figura 219)
In figura 220 este schitata captarea dintr-un lac al carui baraj este executat din materiale locale cu miez de etansare din argila Captarea se executa total izolat de baraj (in malul natural sau in lac figura 221 - pentru a nu-i produce dificultati barajului prin exfiltrarea apei pe langa sistemul de transport al apei) si pentru ca priza sa nu aiba dificultati la tasari neuniforme ale barajului Apa captata din priza turn de la cote diferite functie de calitatea acesteia este evacuata prin conducte sau galerii amplasate in malul natural
Acest tip de captare poate fi aplicata si in alta pozitie in cuprinsul lacului pentru beneficiari riverani - amonte de baraj
Cand principala folosinta a lacului este de combatere a undei de viitura captarea poate avea o forma speciala (figura 222) Captarea este amplasata la o cota deasupra rezervei destinata acumularii depunerilor din lac si trebuie sa evite blocarea cu corpuri mari ce pot cadea prin apa intrucat nu este accesibila decat la ape mici - lac gol sau lac golit
263 Captari in lac
Se utilizeaza atunci cand in amplasament nivelul apei este asigurat intotdeauna deasupra unor valori limita Se pot practica o captare de tip turn (figura 221) cand debitul captat este important iar nivelul lacului relativ constant o captare plutitoare cand alimentarea cu apa este sezoniera sau conditiile de iarna nu sunt severe o captare de fund cand lacul este de adancime mare si cu un volum de apa important (figura 223a)
Captarea de fund este formata dintr-un sorb (pot fi prevazute mai multe asemenea constructii separate) asezat pe o confectie metalica stabila de tip tetrapod Se amplaseaza deasupra nivelului (apreciat) de colmatare si sub nivelul minim al apei din lac (acoperire mai mare pentru a o feri de plutitori) Zona captarii va fi balizata pentru a fi ferita de accesul plutitorilor si a putea fi usor reperata pentru control se marcheaza si zona de protectie daca este cazul Conducta de legatura (suficient de elastica daca are lungime mare) se lanseaza prin plutire si poate permite ridicarea prizei in caz de nevoie Captarea va fi amplasata la o asemenea adancime incat sa nu fie deplasata de valuri si totodata nu intr-o zona in care valurile pot pune in miscare depunerile de pe fund si deteriora calitatea apei Captarea este tipica pentru prelevarea apei din lacurile naturale (figura 223b)
Existenta lacurilor de acumulare ridicS probleme importante sub trei aspecte generale aspecte care pot influenta calitatea apei captate siguranta in functionare a prizei sau si a zonelor vecine
bull pentru lacurile mici problema cea mai importanta este legata de colmatarea cu aluviuni lipsa masurilor de protejare amenajare si stabilizare a solului in bazinul hidrografic conduce la antrenarea unei mari cantitati de sol (mai ales fertil) care blocheaza in scurt timp volumul lacului
bull pentru lacurile cu volum mediu (milioane de m3) problema cea mai importanta este eutrofizarea apei lacului
bull pentru lacurile mari (sute de milioane m3) problema importanta este imbdtrdnirea lacului (o eutrofizare lenta avand ca punct final obtinerea unei ape de calitate total deosebitS de aceea a raului din care pro vine)
Eutrofizarea lacurilor este o problema acuta a multor lacuri din zone de ses si colinare Cauza principals este aportul de substante fertilizante (fosfor carbon azot) Fosforul (adus in apa in special din apele uzate orSaenesti - neepurate adecvat) in cantitSti mici favorizeaza randamentul de functionare a fitoplanctonului care la randul lui favorizeazS fixarea azotului cu ajutorul bacteriilor Dezvoltarea fitoplanctonului favorizeazS dezvoltarea zooplanctonului si deci a populatiei de pesti
DacS fluxul energetic si aportul de substante este moderat atunci ciclul se incheie devine stabil si lacul isi pSatreaza calitatea de lac oligotrof (figura 224a) In cazul in care cantitatea de fosfor creste creste volumul de fitoplancton deoarece nu exista suficient azot si lantul se rupe Zooplanctonul si pesti mor substantia organicS creste bacteriile consumS oxigenul si lacul devine eutrof acoperindu-se cu vegetatie (care are rSdacinile in malul situat pe fundul lacului si frunzele la suprafata realizand fotosinteza figura 224b) Consumarea oxigenului de cStre substantele in descompunere si capacitatea redusa de aerare fac ca apa lacului sa aibS de regulS un continut mai redus de oxigen
Daca se reduce cantitatea de nutrient (in special fosforul) dupa un timp calitatea apei se imbunatateste neajungand insa la calitatea initials (se considers ca un continut Tn fosfor de 10-20 mgl este acceptabil)
Imbdtrdnirea lacurilor este fenomenul de modificare continuS a calitatii apei lacului ca urmare a noului echilibru ce se realizeazS intre aportul de substante si circulatia apei Apa care ajunge in lac este o apa cu continut ridicat de substante minerale si organice Acestea se depun se descompun intra in reactie formand substante noi cu continut de Fe N S C (H2S CH4) substante care modifies chimismul apei Pe baza aportului de substante si sub influenta luminii creste productia de masa organica (schema lacului oligotrof) Apare un fenomen nou de circulatie a apei in lac vara apa de la suprafata este calda deci mai usoarS toamna insa apa se rSceste devine mai rece decat apa de la fundul lacului (are cca 4degC sub 15 - 20 m temperature ramane relativ constants) deci devine mai grea (densitatea creste la scaderea temperaturii) si coboarS inlocuind apa mai calda de adancime apa care se ridicS (depunerile mai pot fi agitate si de valurile de la suprafata)
Pozitia captarii in lacurile adanci trebuie sa fie totdeauna in zona medie cu temperature relativ constants (6 - 12degC) si unde nu se simte direct influenta descompunerilor ce se produc la fundul lacului (sau tulbureala datS de depunerile rSacolite)
28 Procese de pre-tratare aplicarea de algicide
Algele sau cianobacteriile (algele verzi-albastre) din lacurile si acumularile de stocare pot crea probleme de gust si miros precum si aparitia unor substante ce provoaca imbolnaviri (toxine) Pentru controlul dezvoltarii algelor sau cianobacteriilor se pot folosi compusi care distrug algele (algicidele) Daca are loc un eveniment legat de utilizarea algicidelor (calitatea apei este afectata de utilizarea unui algicid) pot avea loc urmatoarele
bull daca se utilizeaza algicide in exces substanta chimica poate provoca imbolnaviri
bull daca volumul de alge sau cianobacterii este prea mare si nu poate fi controlat de algicid toxinele din alge cianobacterii pot provoca imbolnaviri
bull daca se utilizeaza ca algicid paiele de orz substantele din paie pot reactiona cu dezinfectantele si forma subproduse ce provoaca imbolnaviri
Aplicarea de algicide in sursa de apa poate prezenta riscuri pentru sanatatea si siguranta muncii operatorilor Acestea sunt recunoscute dar nu vor fi discutate deoarece astfel de riscuri fac obiectul legislatiei muncii si protectiei muncii Algele sau cianobacteriile din sursa de apa pot interfera cu functionarea statiei de tratare Un bun control al cresterii lor face sa se diminueze necesitatea pre-oxidarii Se reduce de asemenea cantitatea de dezinfectant ce se pierde in reactia cu algele sau cu substantele pe care acestea le elimina in apa
31 Alcatuirea statiilor de tratare a apei
Rolul statiei de tratare este de a corecta calitatea apei brute pana la atingerea cerintelor utilizatorului Exista o multitudine de procese de tratare care se utilizeaza in practica insa schema generala a unei statii de tratare (figura 31) cuprinde
bull trepte multiple de oxidare (pre-oxidare post-oxidare) cu scopul de a oxida compusi chimici dar si de a realiza bariere succesive in calea micro-organismelor
bull procese de limpezire a apei care constau in
o coagulare-floculare cu reactivi chimici in camere de reactie special amenajate
o decantarea apei pentru retinerea suspensiilor coagulate
o filtrarea pe strat de nisip pentru finalizarea procesului de limpezire
bull afinarea apei constituita din oxidare cu ozon urmata de adsorbtie pe carbune activ granular cu scopul indepartarii anumitor compusi chimici toxici
bull dezinfectia apei pentru indepartarea totala a virusurilor bacteriilor si altor micro-organisme din apa treapta obligatorie in Romania conform Legii privind Calitatea Apei Potabile nr 4582002
3
Pentru eliminarea duritatii se pot adopta scheme cu schimbatori de ioni sau cu reactivi chimici (var si soda) in functie de tipul duritatii (temporara sau permanenta)
Orice statie de tratare este deservita de anumite facilitati pentru intretinerea proprie Printre acestea se mentioneaza
bull statia de reactivi chimici cu rolul de a stoca prepara si doza reactivii necesari procesului de tratare (coagulanti floculanti agenti dezinfectanti corectie pH etc)
bull sisteme de spalare filtre rapide constituite din statii de pompe si de suflante
bull laborator pentru a determina corectitudinea procesului de tratare dar si calitatea apei produse
bull alte facilitati printre care se mentioneaza sisteme de recuperare a apei de la spalare filtre si a namolului din decantoare
311 Exemple de statii de tratare
O schema de tratare cu filtrare directa este prezentata in figura 32 Uzina de apa a orasului Los Angeles - SUA (Los Angeles Aqueduct Filtration Plant) are o capacitate instalata de 185 m3s filiera tratare fiind prezentata in cele ce urmeaza
bull pre-oxidare cu ozon 4 generatoare care produc 3780 kg CVzi (doza medie ozon 15 mgdm3) 4 bazine de contact (timp de contact minim 49 min)
bull coagulare (amestec rapid) 8 camere de reactie echipate cu agitatoare dinamice timp minim de amestec 086 s pentru doua camere inseriate Reactivi utilizati clorura ferica sulfat de aluminiu polimeri anionici si neionici soda caustica clor
bull floculare 36 camere de reactie lenta timp minim de reactie lenta 8 min pentru 3 bazine inseriate
bull filtrare 24 unitati (aria unei unitati A=160 m2) strat de antracit cu inaltimea de 24 m viteza de filtrare 175 mh care asigura un timp de contact de 10 minute
bull dezinfectie finala cu clor (doza maxima clor 56 mgdm3)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 3
Un alt exemplu de schema de tratare care nu cuprinde treapta de decantare este uzina de apa Ivry (Franta) modernizata in 1987 (debit instalat Q = 300000 m3zi) Dupa modernizare uzina cuprinde urmatoarele procese (figura 33)
bull pre-oxidare cu ozon doza uzuala 10 mg CVdm3
bull coagulare (amestec rapid) cu clorura ferica (5 - 10 mgdm3) si polimer anionic (0025 -005 mgdm3)
bull pre-filtrare faza I - (coagulare pe masa de contact) 18 unitati de 815 m2 strat biolit 10 m viteza de filtrare maxima 10 mh
bull floculare cu clorura ferica (2-6 mg Fe3+dm3) si polimer (005 - 10 mgdm3)
bull pre-filtrare faza II - nisip 22 unitati de 81 m viteza de filtrare 9 mh
bull filtrare lenta 30 cuve (23000 m2) viteza maxima de filtrare 13 mzi inaltime strat 07 m
bull post-ozonare timp de contact 4 minute doza uzuala 04 - 06 mg CVdm3
bull filtrare pe CAG inaltime strat 10 m viteza de filtrare 10 mh
bull dezinfectare finala cu hipoclorit de sodiu
In figura 34 este prezentata o schema tehnologica a unei uzine de apa aplicata in cateva mari uzine de tratare (Qgt2000 m3h) ce preiau apa bruta direct din fluviul Ruhr Schema asigura o eliminare optima a microorganismelor Concentratia de Cryptosporidium in apa raului Ruhr variaza de la 0 la 5 unit(100 dm3) iar concentratia chisturilor Giardia de la 8 la 250 unitdm3 Nu au fost detectate aceste organisme in treptele premergatoare dezinfectarii Se remarca prezenta treptelor de filtrare incepand cu filtrarea mecanica pe microsite in capatul amonte al filierei de tratare si continuand cu un pachet de trei trepte de filtrare (dublu strat carbune activ granular si filtre lente) care asigura o eficienta foarte mare din punct de vedere microbiologic
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 3
Figura 34 Filiera tehnologica uzina de apa Mulheim an der Ruhr
(Germania)
Un exemplu de schema tehnologica combinata (Q=32 m3s) este prezentata in figura 35 Apa bruta (fluviul Elba) este puternic incarcata in poluanti Filtrarea primara (bazine de infiltratie) reduce de cateva ori incarcarea microbiologica iar in cazul folosirii treptelor de floculare sedimentare si filtrare reducerea incarcarii microbiologice este de circa 9999
Prin curgerea in stratul subteran se obtine o apa ce se incadreaza in normele privind calitatea apei potabile Dezinfectia finala este aplicata pentru a preveni cresterea masei bacteriene in sistemele de distributie Uzina este prevazuta a fi modernizata cu treapta de oxidare cu ozon si filtre multistrat
In Elvetia sunt intalnite in principal scheme complexe de tratare avand la baza procese biologice (figura 36) Treptele de tratare clasice (pre-oxidare cu ozon coagulare-floculare filtrare rapida) sunt urmate de corectia pH-ului si postozonare in fmalul filierei de tratare se prevad reactoare biologice inseriate (filtre CAG activate biologic urmate de filtre lente) Se urmareste in principal reducerea indicatorilor biologici si bacteriologici prin reducerea concentratiilor de carbon organic asimilabil (AOC lt 10 ug Cdm ) Se remarca absenta dezinfectarii finale Se obtine o apa biostabila introducerea acesteia intr-o retea de distributie nu necesita prezenta unui dezinfectant rezidual Se asigura in acest mod o siguranta ridicata la consumator in ceea ce priveste potentialul de formare al trihalometanilor
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 3
33 Procese de oxidare
Procesele de oxidare pot fi intalnite in toate statiile de tratare in doua sectiuni caracteristice ale schemei
bull pre-oxidare in capatul amonte al filierei pentru oxidarea substantei organice plancton inactivare microorganisme obiectul principal este asigurarea functionarii optime a proceselor de tratare si evitarea contaminarii acesteia
bull post-oxidarea amplasat dupa procesele de tratare conventionale (decantare si filtrare rapida pe strat de nisip) urmareste oxidarea totala a micro poluantilor reducerea materiilor organice naturale si inactivarea totala in ape limpezi a compusilor biologici si bacteriologici
331 Pre-oxidare
In mod obisnuit se utilizeaza urmatorii agenti oxidanti clor ozon dioxid de clor 3311 Clorul(Ch)
Clorul se utilizeaza in mod uzual cu doze cuprinse in domeniul 1 - 3 mgl cu timp de contact minim Tc=30 minute in anumite situatii (inflorire algala sau poluare accidentala) dozele pot fi mai mari dar se urmareste evitarea formarii sub-produsilor organo-clorurati (de exemplu trihalometani THM) prin efectuarea de incercari pe apa sursei pentru a se stabili potentialul de formare
Clorul este adoptat frecvent datorita costurilor reduse implicate Reactia clorului trebuie urmarita cu atentie luand in consideratie agentii reducatori (H2S Mn2+ Fe3+) si materiile organice naturale in diagrama din figura 37 se poate urmari procesul de reactie al clorului in apa (clorare la breakpoint) Punctul critic se atinge daca raportul masic intre clor si amoniac variaza intre 81 -101 (teoretic 761)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 40
3312 Ozonul(03)
Ozonul este un gaz violet instabil care degaja un miros iritant caracteristic
Se produce prin descarcari electrice la diferente de potential ridicate intre doi electrozi intre care curge aer sau oxigen pur Eficienta productiei depinde de diferenta de potential frecventa caracteristicile materialului dielectric si spatiul care separa dielectricele Progresele tehnologice din ultimii 20-30 ani au condus la reducerea consumului de energie la 10 - 12 kWh 1 kg O3
Dozele uzuale de ozon sunt in gama 1 - 3 mgCVdm3 iar timpul de contact uzual este Tc=10 minute Se tinde spre adoptarea solutiei cu doua reactoare in serie ca in figura 38 Adancimea apei in reactoare poate atinge 6-75 m
Conceptual reactoarele de ozon functioneaza pe baza interceptarii curentului de apa descendent de catre voalul de bule mici de ozon in miscare ascendents
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
0
4
3313 Dioxidul de clor (CIO2)
Se poate obtine din clorit de sodiu si clor conform reactiei
2NaC102 + Cl2rarr2C102 + 2NaCl (31)
Stoechiometric 1 g dioxid de clor se obtine din 134 g clorita de sodiu si 05 g de clor
Este instabil si exploziv la temperaturi T gt (-40degC) Se produce imediat inainte de injectia in apa La 20degC si presiune partiala de 53 kPa solubilitatea este 4 gdm3
Avantajele utilizarii CIO2 sunt
bull nu formeaza sub-produsi de tip trihalometani (THM)
bull are putere oxidanta mai buna oxideaza fenoli si este foarte eficace la pH peste 85
Dozele utilizate frecvent 01 - 05 mgl timpul de contact fiind Tc = 10 min Se mentioneaza ca pentru doze mai mare de 05 mgl exista riscul formarii de sub-produsi de tip clorati
Reactoarele de pre-oxidare utilizeaza agitatoare mecanice (rezistente la coroziune) care asigura amestecul mecanic cu randamente ridicate intre apa de tratat si solutia de CIO2
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 4
332 Post-oxidare
In filierele de tratare se dezvolta din ce in ce mai mult conceptul de post-oxidare cu ozon pe apa limpezita dupa filtrele rapide de nisip pentru ca eficienta transferului creste se reduc dozele de ozon si oxidarea micro-poluantilor devine mai eficienta
incadrarea procesului de post-oxidare in schema statiei de tratare se realizeaza totdeauna ca infigura 310 n
Dozele de 03 in post-oxidare nu depasesc 2 mgl Principiile reactoarelor de ozon sunt identice cu cele utilizate in pre-oxidare
Post-oxidarea cu ozon combinata cu adsorbtia pe CAG este procesul (denumit afinare) capabil sa asigure
- eliminare totala compusi biologici microbiologici si micropoluanti
- reducere materiilor organice naturale astfel incat TOC lt 25 g Cl
- eliminare pesticide
333 Alegerea oxidantului
Alegerea oxidantului se bazeaza pe analiza calitatii apei caracterizarea marimii poluarii care poate apare (continut materii organice naturale carbon organic total numar de microorganisme perioade duraf deg ce aparitie)
Alegerea agentului oxidant are la baza costuri si implicatii in filiera tehnologica
Tabelul 35 Caracteristici principale Tn alegerea oxidantilor Nr crt
Oxidant Avantaje Dezavantaje
1 Clor-Cl2 - costuri reduse- cunoastere operare- este remanent (rezidual) in reteaua de
distributie
formeaza THM - necesita timpi de contact mari
2 Dioxid de clor - C102 - capacitate de oxidare mai ridicata in raport cu Cl2
- nu formeaza THM- este remanent (rezidual) in reteaua de
distributie
- necesita preparare si dozare instantanee- la doze prea mari poate forma cloraticosturi mai mari in raport cu Cl2
3 Ozon - 03 - cea mai mare capacitate de oxidare- nu formeaza THM
- necesita preparare si dozare instantaneeconsumuri energetice mari- poate forma subprodusi de tip bromaji sau
aldehide- nu este remanent (rezidual) in reteaua de
distributie
4
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 4
Figura 311 Fortele
ce actioneaza asupra
particulelor aflate Tn
apa
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
3511 Deznisipatoare
Sunt destinate sa retina particulele de tip nisip pentru protectia utilajelor din schema statiei de tratare Schema unui deznisipator orizontal este data in figura 313
Figura 313 Deznisipator orizontal longitudinal
1 Gratar 2 Bare de linistire 3 Nisa pentru reparatii Tn caz de avarie 4 Stavilar de intrare 5 Vane de golire 6 Stavilarde iesire 7 Galerie de golire
In zona de intrare a apei in deznisipator se monteaza un gratar rar pentru impiedicarea accesului corpurilor mari in interiorul bazinului Pentru linistirea curentului se monteaza bare verticale de linistire Peretii laterali ai deznisipatorului se executa cu evazare catre exterior pentru a permite preluarea impingerilor survenite din podul de gheata care se formeaza pe timp de iarna la suprafata bazinului Panta radierului bazinului trebuie sa permita evacuarea depunerilor in zona din aval a bazinului Evacuarea depunerilor se poate realiza cu mai multe sisteme
bull prin hidro-mecanizare cu scoaterea din functiune a unui compartiment
bull prin golirea totala a compartimentului (numai pentru debite foarte reduse)
bull cu electro-pompe speciale purtate de o grinda rulanta
3512 Decantoare statice
Sunt destinate surselor cu variatii mari de turbiditate la care 50 - 60 din suspensii sunt de natura minerala (gravimetrice) in figura 314 se prezinta schema unui decantor orizontal longitudinal Elementele principale ale bazinului sunt
bull zona de intrare in care se gaseste un perete de linistire a curentului in partea superioara respectiv canalul de evacuare a depunerilor in partea inferioara
bull decantorul propriu-zis cu radier cu panta catre basa de evacuare a namolului amplasata in zona incipienta a bazinului
bull zona de evacuare a apei decantate care este bordata de un gratar cu rolul impiedicarii accesului plutitorilor
Curatirea decantoarelor orizontale se realizeaza
bull Intermitent prin golire si evacuare depuneri hidraulic sau mecanic
bull Continuu cu ajutorul podurilor racloare care strang depunerile in base special amenajate
Dificultatile in operarea decantoarelor statice se pot sintetiza
bull sunt influentate de factori atmosferici vant gheata insorire
bull miscarea este turbulenta ca structura si particule fine pot fi repuse in stare de suspensie
bull echilibrarea fluxului hidraulic se realizeaza cu dificultate
bull eficienta retinerii nu depaseste 10-15 NTU la apa decantata
37 Filtrarea apei - generalitati
Filtrarea este procesul de limpezire finala a apei (stadiul II) la curgerea printr-un mediu poros de obicei format din nisip cuartos Procesul simuleaza infiltratia apelor superficiale in mediile poroase din subsolul pamantului Procesul este cunoscut si aplicat de mult timp (primul brevet s-a emis in 1830)
Schema generala (figura 323) indica filtrul ca fiind format dintr-un bazin (cuva) in care apa curge in sens descendent traverseaza mediul poros sustinut de un drenaj si ajunge intr-un rezervor de apa filtrata amplasat sub drenaj Sistemul este dotat cu toate instalatiile de introducere -prelevare apa preaplin si golire
Parametrii fundamentali ai procesului de filtrare sunt
bull viteza de filtrare definita (ca viteza aparenta) cu relatia urmatoare
vF = Q A [ m h ] [mzi] (313)
In care
Q - debitul de apa filtrata
A - suprafata orizontala a stratului filtrant in
functie de viteza de filtrare se pot clasifica in
o filtre lente (biologice) - VF = 01 - 025 [mh]
o filtre rapide - vF = 4 - 10 [mh|
o filtre ultra-rapide
bull mediul filtrant - in general nisip cuartos care sa realizeze prin uniformitatea granulelor un volum de goluri in care sa se acumuleze suspensia retinuta din apa caracteristicile sunt diferite pe tipuri de filtre
bull pierderea de sarcina (hr) exprimata ca diferenta intre nivelul apei in cuva filtrului si nivelul apei in rezervorul de apa filtrata este data de colmatarea stratului si este variabila in timp
49
38 Filtre lente
Se bazeaza pe formarea unei membrane biologice constituita din colonii de bacterii aerobe -amplasata la suprafata stratului de nisip (pe primii 2-3 cm) Elementul fundamental este dezvoltarea membranei (in 1 - 3 zile) functie de caracteristicile apei Dupa o perioada (30 - 50 zile) membrana se colmateaza si incepe sa se rupa degradand calitatea apei Aceasta se razuieste (se curata) manual sau mecanic si procesul este reluat In figura 52 se indica schema unui filtru lent
Dispoizitiv de curatat_____________________________membrana biologtca
Figura 325 indica tipurile de organisme care pot fi intalnite pe o adancime de 30 cm in nisipul filtrului lent
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
Nisipul din filtrul lent trebuie sa aiba urmatorii parametri
bull granulozitatea in domeniul dg = 035 - 050 mm
bull coeficientul de neuniformitate ult 15
(314)
In care d6o - diametral ochiurilor sitei prin care trece 60 din materialul cernut
d1o - diametral ochiurilor sitei prin care trece 10 din materialul cernut
01
50
bull inaltimea stratului de nisip H=90-100 cm cand grosimea stratului de nisip ajunge dupa curatiri succesive la 70 - 80 cm este necesara completarea la inaltimea initiala
Solutia filtrelor lente se prevede la debite relativ mici (max 10000 m zi) si surse de apa in general curate (lipsite de alge culoare poluanti toxici) Se pot obtine rezultate performante la ape necoagulate Operarea sistemelor de filtre lente este simpla Procesul de filtrare lenta este asimilat cu procese fizice si biologice Acestea din urma necesita o atentie si urmarire continua in etapele de operare a filtrelor in special referitor la starea coloniilor de bacterii aerobe din membrana biologica
310Filtre rapide
In figura 326 se prezinta schema unui filtru rapid Acesta este constituit din urmatoarele elemente componente
bull sistem admisie apa in cuva - are rolul echirepartitiei debitului catre cuvele de filtre
bull stratul filtrant peste care exista un strat de apa
bull drenaj cu rolul de a sustine stratul filtrant si de a transforma bulele mari in bule fine in procesul de spalare inversa
bull sistem de mentinere a nivelului apei in filtru (pentru filtrele cu functionare in sistem nivel constant si debit variabil)
bull statie de pompare apa de la spalare filtre si statie de suflante
bull instalatii hidraulice grupate in galeria tehnologica cu rolul de a asigura toate utilitatile necesare functionarii corecte a procesului (conducte si vane apa filtrata apa spalare aer spalare preaplin golire etc)
bull rezervor de apa filtrata amplasat de obicei sub toata statia sau in anumite cazuri numai sub galeria tehnologica
Procesul consta in doua etape
bull filtrarea apei parcurgand in sens descendent stratul de nisip si drenajul
bull spalarea filtrului in sens ascendent in doua faze distincte
o faza 1 (durata Ti=5-10 min)
o faza 2 - limpezire (durata Ti=10-15 min)
51
in ultimii 30-40 de ani in lume a existat o preocupare constants pentru perfectionarea procesului in sensul obtinerii performantei in calitatea apei filtrate (turbiditatea sa se incadreze in domeniulOl - 10 NTU)
Mecanismele de retinere in filtrele rapide se pot sintetiza ca in schema urmatoare
3101 Mediul filtrant
Calitatile materialului filtrant sunt urmatoarele
bull domeniul de granulozitate dg = 085 - 2 mm
bull coeficientul de neuniformitate u=d6odio lt 15
bull fractiunile inferioare diametrului 085 mm si superioare dmax 2 mm inferioare procentual la 10 in greutate
bull diametrul efectiv def = dio = 09-1 mm
bull sa realizeze un numar de goluri (porozitate) mare (pgt40)
bull forma granulelor apropiata de sfera pentru obtinerea unui grad de acoperire ridicat
bull continut de roci cuartoase recomandabil peste 95
bull sa aiba duritate (gt 7 in scara Mohs) pentru a nu se sfarama la spalare
Calitatea materialului filtrant influenteaza viteza de filtrare O serie de studii au indicat domeniul optim de granulozitate al nisipului de filtru conform figurii 328
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 52
3102 Calitatea influentului fn corelatie cu materialul filtrant
Pentru realizarea unei retineri eficiente a suspensiilor se impune ca in influentul filtrelor acestea sa fie floculate Aceasta se caracterizeaza prin coeficientul de coeziune al suspensiilor floculate (namol retinut) aceasta caracterizeaza capacitatea de rezistenta la forfecare si depinde de doza de floculant si natura (minerala sau organica a suspensiilor)
Procesul de optimizare a filtrarii rapide a apei ia in considerate principiul un filtru va functiona optim cand va produce cea mai mare cantitate de apa intre doua spalari succesive aceasta se va realiza cand timpul in care se atinge pierderea de sarcina limita este egal cu timpul in care se calitatea apei filtrate se inrautateste la limita maxim acceptabila (Ti = T2) sau penetrarea impuritatilor in interiorul masei filtrante se va efectua cu aceeasi viteza cu care creste pierderea de sarcina Expresiile celor doua perioade au fost determinate de cercetatorii Richard si Croce-Spinelli
Tx = a bull σ - 0 9 5 bull k-075bull def-045bull h0
n95bull v -185 (316)
T l = b bull σ-075 k - 0 7 5 bull dlef
1 5 Δhr05 bull vF
-065 (317)
In care Ti - perioada in care turbiditatea apei filtrate atinge valoarea limita (1 NTU)
T2 - perioada in care se atinge pierderea de sarcina limita (15 - 18 m)
a b - coeficienti empirici (experimentali)
hn - grosime strat nisip
Δhr- viteza de crestere a pierderii de sarcina
INSPECTIA SANITARA SI MOMTORIZAREA CALITATII APEI
VF - viteza de filtrare
k - coeficient de coeziune al namolului
a - depozitul specific (volumul de suspensii raportat la volumul de material filtrant)
Se constata ca fiecare filtru poate conduce la un ciclu optim functie de calitatea nisipului grosimea stratului calitatea flocularii suspensiilor din apa influenta si viteza de filtrare
3103 Variatia pierderii de sarcina
Urmarirea pierderii de sarcina este importanta pentru ca poate pune in evidenta functionarea filtrului Operarea optima a unui filtru se realizeaza prin urmarirea in timp a variatiei pierderii de sarcina si turbiditatii Masurile pentru realizarea acestui optim sunt
53
bull reducerea vitezei - cele mai performante filtre lucreaza cu viteze de filtrare variabile astfel incat colmatarea stratului sa se realizeze fara socuri
bull adaugarea unui polimer (doze 01 - 02 mgl) in influent pentru a mari rezistenta particulelor floculate
bull imbunatatirea calitatii nisipului
Presiune (m col H20)
Figura 329 Estimarea pierderii de sarcina Tn
stratul filtrant
3104 Spalarea filtrelor
Se realizeaza in contra curent de apa si aer comprimat Elementele tehnice care intervin esential in obtinerea performantelor spalarii sunt
bull calitate drenaj - din punct de vedere al uniformitatii debitelor de apa si aer
bull colectarea uniforma a apei de la spalare
bull metoda de spalare care sa asigure eliminarea totala a suspensiilor retinute in strat cu resurse minime
bull drenaj de mare rezistenta hidraulica (cu placi cu crepine)
Se bazeaza pe principiul introducerii unei rezistente hidraulice de 15 - 20 cm coloana de apa (reducerea brusca de sectiune la intrarea apei in tija crepinei) care asigura uniformizarea intensitatilor de spalare pe suprafata cuvei (abateri de plusmn 3-5) In figura 330 se prezinta schema drenajului cu placi cu crepine
Se pun conditii severe din punct de vedere constructiv pentru realizarea drenajului
bull asigurarea etansarii perfecte
bull asigurarea cotei exacte si unice pentru pozitia orificiilor de aer
bull rezistenta cosurilor crepinelor
bull asigurarea formarii unui nivel de separatie apa - aer uniform si constant pe toata suprafata cuvei
Cele mai performante filtre din punct de vedere al spalarii sunt filtrele cu baleiaj la spalare (figura 331)
INSPECTIA SANITARA SI MOMTORIZAREA CALITATII APEI
55
55
in perioada de spalare a filtrului nivelul in cuva se afla la cota NS jgheaburile J nu mai deverseaza si prin orificiile de la baza jgheaburilor se creeaza un curent de baleiaj (1-2 dm3sm2) cu apa decantata care impinge suspensiile spre jgheabul de colectare Se reduc astfel timpii de spalare (cu 50) si intensitatile si volumele de apa de spalare
Prin curgerea ascendenta a aerului masa de nisip vibreaza si peliculele de namol se desprind de granule Curentul ascendent de apa le antreneaza Spalarea numai cu aer induce vibrarea masei de nisip si depunerea namolului in zona inferioara a stratului De aceea este contraindicata spalarea numai cu aer in faza 1
In general echipamentele pentru asigurarea debitelor apa de spalare se adopta un utilaj (pompa) in faza 1 si inca o pompa de acelasi tip pentru faza a Il-a
3105 Asigurarea repartitiei uniforme a influentului
Pentru asigurarea repartitiei uniforme a apei decantate se utilizeaza diverse sisteme Cel mai performant este sistemul cu deversori neinecati conform cu schema din figura 332
3106 Sistemele hidraulice
Sistemele hidraulice asigura deservirea statiei de filtre atat in procesul de filtrare cat si in procesul de spalare Acestea se vor dimensiona conform vitezelor economice prezentate in tabelul urmator
3107 Reglajului debitului si nivelului de apa in cuva
Pentru filtrele care functioneaza cu nivel constant si debit variabil este foarte important ca nivelul apei in filtru se fie mentinut pseudo-constant Aceasta se asigura cu diverse sisteme de plutitori (regulator de nivel amonte) care comanda vana de pe conducta de apa filtrata sau cu sisteme electronice si hidraulice conform figurii 333
Figura 333 Sistem de reglare electronic al nivelului apei Tn filtru
Legends 1 Strat filtrant 2 Vana apa filtrata 3 Parghie comanda vana 4 Electrovana de comanda 5 Regulator electronic 6 Senzor de presiune pentru nivel filtru 7 Senzor de presiune sub planseu 8 Potentiometru 9 Indicator de
colmatare 10 Alimentare cu fluid de comanda
313 Afin area apei
Procesul de afmare a apei este constituit din combinatia intre procesul de post-oxidare cu ozon a apei filtrate urmat de adsorbtie pe carbune activ granular
3131 Post-oxidarea cu ozon
Ozonul (O3) se obtine din aer sau oxigen supus la descarcari electrice printr-un dielectric In figura 334 se prezinta un element dintr-un ozonor
figura 334 Element tubular de ozonor
1 - Intrare gaz vector (aeroxigen) 2 3 - Electrozi 4 - Dielectric 5 - Spatiu de descarcare electrica 6 - Gaz vector +
ozon 7 - Apa racire
Diferentele de potential la care se lucreaza sunt cuprinse intre 6000 - 18000 V functie de natura si grosimea dielectricului marimea spatiului de descarcare si presiunea absoluta de functionare
Concentratiile de ozon in gazul vector obisnuite sunt
bull 10-40gm - in cazul utilizarii aerului
bull 10-140 gm3 - in cazul utilizarii oxigenului
Pentru a realiza concentratii optime si stabilitatea procesului se cere punct de roua -60degC -80degC
Energia specifics pentru productia de ozon
bull 13-18 kWhkg O3 - produs din aer
bull 8-10 kWhkg O3 - produs din oxigen
Actiunea O3 asupra apelor de consum se poate sintetiza
bull imbunatatirea calitatilor organoleptice (gust miros culoare)
bull activitate bactericide si virulicida
bull oxidarea materiilor organice
bull oxidare micro-poluanti
bull imbunatatirea biodegradabilitatii in amonte de CAG
3132 Adsorbtie pe carbune activ granular (CAG)
Carbunele activ se poate obtine din carbuni minieri sau din coaja de nuca de cocos Majoritatea carbunilor minieri pot fi convertiti in carbune activ insa proprietatile carbunelui activ depind esential de calitatea initiala a carbunilor in special in ceea ce priveste duritatea acestora in acest sens se utilizeaza adesea coaja nucilor de cocos pentru fabricarea carbunelui activ
Exista o multitudine de procese de fabricare a carbunelui activ insa eel mai dezvoltat este piroliza urmata de activarea cu gaze de oxidare Piroliza (carbonizarea) presupune incalzirea materialului la temperaturi intre 600 si 900 degC in absenta aerului Pentru obtinerea unei porozitati ridicate se pot utiliza adaosuri de cloruri metalice (de exemplu ZnCl) Piroliza poate reprezenta unicul pas de activare in cazul in care se doreste obtinerea unui material cu 0 porozitate ridicata
A doua etapa este cea de oxidare care se realizeaza de obicei cu abur sau uneori cu aer Temperaturile sunt uzuale in gama de 600 - 900 degC Pe parcursul acestei etape se realizeaza 0 erodare a suprafetei interne a carbunelui si dezvoltarea unei retele extensive de micropori care cresc capacitatea de adsorbtie
58
Printre proprietatile principale ale carbunelui activ se enumera continutul de cenusa umiditatea densitatea marimea particulelor duritatea volumul si distributia dupa marime a porilor suprafata interna
31321 Continutul in cenusa
Continutul in cenusa este reprezentat de reziduul obtinut prin calcinarea la temperatura de 954 degC timp de 3 ore in aer Uzual continutul de cenusa variaza intre 3 si 10 Pentru reducerea cantitatii de cenusa se poate utiliza spalarea cu acid
31322 Umiditatea
Umiditatea se determina prin uscarea in cuptor timp de 3 ore a unei cantitati de 5 sau 10 g de carbune activ la temperatura 150 degC Se determina greutatea inainte si dupa uscare si racire in exicator Umiditatea in vrac a carbunelui activ este recomandabil sa fie limitata la maxim 5
31323 Densitatea
Sunt mai multe tipuri de densitati printre care se mentioneaza densitatea in vrac densitatea aparenta densitatea particulei si densitatea reala Densitatea in vrac sau densitatea aparenta reprezinta greutatea carbunelui activ uscat raportata la volumul pe care acesta il ocupa Aceasta se determina prin umplerea unui cilindru cu volumul de 100 ml cu carbune prin cadere libera dintr-o masina vibratoare si cantarirea volumului respectiv Valorile uzuale sunt in gama 05 - 06 gml pentru carbune activ fabricat din carbune minier respectiv 024 - 030 mg1 pentru carbune activ fabricat din lemn
Densitatea particulei reprezinta densitatea unei particule singulare Volumul pe care se bazeaza include volumul porilor precum si volumul materialului Densitatea particulei se determina in mod uzual cu mercur la presiunea atmosferica (mercurul umple spatiile goale din particula de carbune activ dar nu umple porii) Valorile uzuale sunt in gama 074 - 080 gml
Densitatea reala sau densitatea scheletului este cea determinate numai pe materialul (carbunele) propriu-zis Pentru determinarea acesteia se utilizeaza uzual o metoda de inlocuire cu heliu (heliul intra practic in toti porii materialului) Valorile uzuale sunt in gama 21 - 22 gml
31324 Marimea particulelor
Aceasta se determina prin cernerea a 100 sau 200 g de carbune printr-un sistem de site mecanice timp de 10 minute dupa care se cantaresc retinerile pe fiecare sita in parte Carbunele activ pudra se incadreaza de obicei in domeniul 005 mm - 15 mm
31325 Friabilitatea
Capacitatea carbunelui activ de a rezista la abraziune este unul dintre parametrii cei mai importanti Procedura de determinare a friabilitatii carbunelui activ presupune determinarea granulozitatii acestora inainte si dupa testul propriu-zis care consta in concasarea succesiva a carbunelui intr-un recipient alaturi de bile de otel inoxidabil Valorile uzuale ale indicelui de friabilitate sunt 65 - 80 (practic 70 - 75) ceea ce atesta faptul ca materialul este foarte usor friabil si este necesar atentie la procedura de spalare
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATIIAPEI 59
31326 Volumul si distributia dupa marime a porilor
Volumul porilor reprezinta volumul total al porilor din particula de carbune activ granular raportat la greutate Valorile uzuale sunt de ordinul 08 - 12 mlg pentru carbune activ fabricat din carbuni minieri respectiv 22-25 mlg pentru carbune activ fabricat din lemn Volumul total al porilor poate fi determinat printr-un test de adsorbtie cu azot desfasurate astfel incat azotul condensat sa intre in totalitate in porii carbunelui
Carbunele activ confine o structura complexa de pori de forme si marimi diferite Porii au de obicei o geometrie neregulata si sunt interconectati Dimensiunile porilor sunt uzual intre 10 A si 100000 A (001 cm) Distributia dupa marime a porilor depinde de tipul de material utilizat si de metoda si de durata procesului de activare
31327 Suprafata internaSuprafata interna a materialelor poroase in general se determinS cu ecuatia BET stabilita de
Brunauer Emmett si Teller Ecuatia descrie formarea de strate multiple de gaz condensat care apar atunci cand un gaz adsorbabil (de exemplu azotul) este in contact cu materialul poros Intr-un astfel de test se utilizeaza azot la temperatura de fierbere si presiunea atmosferica (-196 degC sau 77 K)
Ecuatia BET (expresia 318) a fost derivata presupunand urmatoarelebull rata de condensare a moleculelor din primul strat este egala cu rata de evaporare a
moleculelor din zonele acoperite cu un singur strat de moleculebull caldura de adsorbtie peste primul strat este constants si egala cu caldura de lichefiere
qqm=b(PPS)(1-PPs)(1-PPS+bPPS) ( 3 1 8 )
In care Ps - presiunea de vaporizare la saturatie la temperatura utilizata in test uzual 1 atm
q - cantitatea de substanta adsorbita la presiunea P
qm - cantitatea de substanta adsorbita numai cand se constata acoperirea totala a suprafetei cu un strat monomolecular
b - constanta determinata experimental
In figura 336 se prezinta o relatie tipica intre marimea porilor si suprafata totala Suprafata cumulativa este data de insumarea suprafetelor tuturor porilor cu un diametru dat sau mai mare Se remarca faptul ca marea majoritate a suprafetei este atribuita porilor de mici dimensiuni
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI60
3133 Teste uzuale de adsorbtie
In practica se utilizeaza o serie intreaga de teste pentru a determina capacitatea de adsorbtie pentru diferite tipuri de carbune activ Printre acestea se mentioneaza
- Indicele Iod reprezinta cantitatea de iod in miligrame pe gram adsorbit de un carbune activ la echilibru cu o solutie I2-KI cu concentratia 002 N indicele iod indica suprafata totala a porilor cu diametru de 10 A sau mai mare valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 800 - 1000 mgg
Indicele Melasa reprezinta un indicator al puterii de decolorare a carbunelui activ granular in contact cu 0 solutie de melasa la fierbere indicele melasa este in stricta legatura cu suprafata totala a porilor cu diametrul mai mare de 28 A valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 200 - 300
- Indicele Albastru de Metilen reprezinta cantitatea de albastru de metilen adsorbita de 1 g de carbune activ la echilibru in contact cu o solutie cu concentratia 1 mg1 de albastru de metilen Albastrul de metilen are greutatea moleculara 320 si indica suprafata totala a porilor cu diametrul de 15 A
- Activitatea tetraclorurii de carbon tetraclorura de carbon CC14 este un compus molecular mic si poate intra in toti porii In acest test un curent de aer este saturat cu CCI4 la 0 degC si este trecut printr-un strat de carbune activ mentinut la 25 degC pana cand nu se mai detecteaza nici o schimbare in greutate Activitatea este greutatea CCI4 adsorbita pe unitatea de greutate de carbune activ exprimata procentual Valorile uzuale ale acestui indicator sunt in gama 60 -80
- Indicele butan este similar activitatii tetraclorurii de carbon valoarea acestuia este exprimata grame de butan adsorbite pe 100 ml carbune activ valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 7 - 8 g 100 ml carbune activ
- Indicele FINAD stabilit de cercetatorul C Gomella si reprezinta un produs al mai multor indici F - fenol I - iod N - indol A - antipirina D - detergent
316 Deferizarea si demanganizarea apei
Fierul (Fe) si manganul (Mn) sunt elemente care se gasesc frecvent in mediul subteran si in apa apar in concentratii pana la 10 mg1 (Fe) si 2 mg1 (Mn) Prezenta fierului si manganului in apele potabile pot genera urmatoarele probleme
bull produce gust metalic dezagreabil
bull coloreaza tesaturile si echipamentele sanitare
bull formeaza precipitate in conducte care favorizeaza dezvoltarea bacteriilor feruginoase (Chrenothrix) acestea modifica regimul hidraulic calitatea apei distribute si favorizeaza fenomenele de coroziune
3161 Echilibrul fierului si manganului in apa
Fierul si manganul sunt prezente dizolvate in solutiile apoase sub forma Fe2+si Mn2+ Concentratia in oxigen a apelor subterane care contin Fe si Mn este nula Din namolurile situate in
2+ ~
zona anaeroba din hipolimnion se elibereaza ioni de Fe2+ si Mnz+ in apele lacurilor In numeroase ape naturale se remarca prezenta Fe3+ asociata cu substantele humice Stabilitatea fierului si manganului in apa depinde de numeroase variabile
bull pH-ul apei
bull concentratia diferitelor elemente chimice
bull potentialul de oxido-reducere (Eh) al solutiei
In figura 341 se prezinta diagrama de stabilitate a formelor fierului in solutie in aceasta diagrama o curba (linie) reprezinta locul geometric pentru care concentratia celor doua substante este aceeasi De exemplu linia 1 reprezinta solutia pentru care O2 si H2O au aceeasi valoare Aria cuprinsa intre curbele 1 si 2 reprezinta aria de stabilitate a compusilor de Fe Chimia manganului este asemanatoare cu cea a Fe Astfel la pH si Eh reduse Fe si Mn sunt stabile in forme bivalente
Captarea este relativ simpla usor de executat si cu rezultate bune in exploatare Trebuie insa data o atentie deosebita posibilei colmatari a zonei de acces la elementul drenant din cauza apei ce confine fibre de dimensiuni mici (celuloza si hartie) material ce se colmateaza etc
26 Captari din lacuri
Tara noastra nu dispune de lacuri naturale de volume importante care sa poata folosi drept sursa de apa Din aceasta cauza captarile vor fi analizate din punct de vedere al prelevarii apei din lacurile artificiale
In etapa actuala in tara noastra executarea de captari cu debite importante din majoritatea raurilor interioare nu se pot face fara o regularizare a debitului deoarece desi regimul precipitatiilor este relativ uniform (200-2000 mman) distributia in timp este foarte neuniforma Aceasta face ca in perioadele de primavara si toamna debitele sa fie foarte mari iar in perioada de vara si mai ales iarna debitele sa scada la valori extrem de mici cu totul insuficiente pentru alimentarea folosintelor Regularizarea debitelor se face prin lacuri de acumulare special create (bazine uriase cu volume de zeci de milioane-miliarde de metri cubi) care acumuleaza apa din rau in perioadele de viitura si permit folosirea acesteia la debitele dorite
Este insa evident ca un asemenea lac nu se poate crea decat printr-o constructie specials de blocare a albiei numita baraj constructie care prin amploare si efort de investitie pune probleme deosebite Din aceasta cauza executarea unor asemenea lucrari se face prin cooperare cu alti beneficiari lacul urmand sa aiba o folosinta complexa dupa cum urmeaza
bull va reduce viiturile si va permite protej area localitatilor si scoaterea unor suprafete de sub efectul inundatilor redandu-le circuitului agricol
bull volumul de apa acumulat confine o cantitate mare de energie hidraulica energie care poate fi transformata in cadrul centralelor hidroelectrice in energie electrica si data in circuitul energetic al tarii
bull o parte din volumul de apa acumulat poate fi preluat pentru irigarea unor importante suprafete de teren
bull parte din lac poate fi amenajat ca zona de agrement dezvoltand zona din punct de vedere turistic
bull se poate imbunatati regimul de curgere in aval cu efect si asupra calitatii apei
Din punct de vedere al alimentarii cu apa lacul are eel putin in prima perioada un efect favorabil apa prelevata fiind in general mai limpede si mai constants sub raport calitativ Aceasta presupune insa preluarea apei direct din lac (varianta I din figura 216) lucru care poate dezavantaja pe alti beneficiari (cei care se ocupa de producerea energiei de exemplu)
Pe de alta parte apa stationand mult timp in lac isi modifica calitatea iar prin descompunerea depunerilor si dezvoltarea unor microorganisme specifice apa poate sa capete gust neplacut (gustul este diferit de eel al apei de rau care este apa curgatoare) De aceea uneori apa este acumulata dar nu este captata din lac ci uzinata si lasata sa curga pe vechea albie pentru a se aera (varianta Il-a din figura 216) Solutia este
Figura 215 Captari speciale a - captare tiroleza b - captare cu galerie transversala pe fundul albiei c -
dren sub fundul albiei
favorabila in cazul in care utilizatorul de apa se afla la distanta mare Daca centrala functioneaza continuu atunci captarea se poate face in curent liber daca insa centrala (UHE) functioneaza in regim de varf (cum de obicei functioneaza asemenea centrale cateva ore in cursul zilei) atunci avalul inainte de priza trebuie prevazut un lac de compensare zilnica a debitelor lac care sa retina apa uzinata in regim neuniform si sa permita captarea unui debit relativ constant Cele doua variante aratate schematic in figura 216 trebuie comparate ca avantaje si dezavantaje
Priza de apa poate fi realizata in corpul barajului in aval de baraj sau in lac Elementele care conduc la stabilirea solutiei sunt
bull pozitia utilizatorului de apa fata de lac captare din lac daca acesta este amplasat amonte si departe de baraj in baraj sau aval pentru un consumator aval sau din alt bazin hidrografic
bull marimea lacului variatia nivelului apei in lac
bull existenta unei salbe de lacuri pe raul respectiv
bull utilizarea rationala complexa a apei acumulate (de regula la stabilirea amplasamentului lacului se statueaza si modul de folosire al apei)
bull tipul de baraj si simultaneitatea executiei barajului cu priza pentru folosinte de apa in general dupa executarea barajului priza poate fi numai in aval sau in lac
bull conditiile reale de teren trebuie tinut seama ca baraj ele cu lacuri mari de acumulare sunt situate in zona de deal - munte
bull conditiile rationale de tratare a apei obtinute din lac
261 Priza tn aval de baraj
Se poate executa oricand inainte si dupa executia barajului in forme si la debite adecvate Sunt posibile urmatoarele tipuri de captari
bull captari in curent liber de forma celor descrise anterior pe raul pe care debitul regularizat prin lac are valori mult mai mari
bull captari in baraj sau in lac in cazul in care lacul are ca principals folosinta alimentarea cu apa sau cand barajul este realizat pentru un lac de compensare a debitelor rezultate de la functionarea unor centrale hidroelectrice din amonte
bull captari in lac in cazul in care lacul compenseaza folosinta energetica iar beneficiarul este departe de baraj in amonte
262 Prize Tn corpul barajului
Sunt gandite si executate odata cu barajul astfel incat sa nu pericliteze siguranta in functionare a acestuia dar sa poata preleva apa de calitatea cea mai buna existenta la un moment dat in lac
In cele ce urmeaza sunt date exemple de captari de apa executate in baraj Daca barajul este din beton priza este de regula comuna cu barajul (figura 217)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 27
apa curgatoare Barajul care realizeaza lacul de compensare este din materiale locale cu un sistem de stavile pentru spalarea depunerilor de viitura (figura 219)
In figura 220 este schitata captarea dintr-un lac al carui baraj este executat din materiale locale cu miez de etansare din argila Captarea se executa total izolat de baraj (in malul natural sau in lac figura 221 - pentru a nu-i produce dificultati barajului prin exfiltrarea apei pe langa sistemul de transport al apei) si pentru ca priza sa nu aiba dificultati la tasari neuniforme ale barajului Apa captata din priza turn de la cote diferite functie de calitatea acesteia este evacuata prin conducte sau galerii amplasate in malul natural
Acest tip de captare poate fi aplicata si in alta pozitie in cuprinsul lacului pentru beneficiari riverani - amonte de baraj
Cand principala folosinta a lacului este de combatere a undei de viitura captarea poate avea o forma speciala (figura 222) Captarea este amplasata la o cota deasupra rezervei destinata acumularii depunerilor din lac si trebuie sa evite blocarea cu corpuri mari ce pot cadea prin apa intrucat nu este accesibila decat la ape mici - lac gol sau lac golit
263 Captari in lac
Se utilizeaza atunci cand in amplasament nivelul apei este asigurat intotdeauna deasupra unor valori limita Se pot practica o captare de tip turn (figura 221) cand debitul captat este important iar nivelul lacului relativ constant o captare plutitoare cand alimentarea cu apa este sezoniera sau conditiile de iarna nu sunt severe o captare de fund cand lacul este de adancime mare si cu un volum de apa important (figura 223a)
Captarea de fund este formata dintr-un sorb (pot fi prevazute mai multe asemenea constructii separate) asezat pe o confectie metalica stabila de tip tetrapod Se amplaseaza deasupra nivelului (apreciat) de colmatare si sub nivelul minim al apei din lac (acoperire mai mare pentru a o feri de plutitori) Zona captarii va fi balizata pentru a fi ferita de accesul plutitorilor si a putea fi usor reperata pentru control se marcheaza si zona de protectie daca este cazul Conducta de legatura (suficient de elastica daca are lungime mare) se lanseaza prin plutire si poate permite ridicarea prizei in caz de nevoie Captarea va fi amplasata la o asemenea adancime incat sa nu fie deplasata de valuri si totodata nu intr-o zona in care valurile pot pune in miscare depunerile de pe fund si deteriora calitatea apei Captarea este tipica pentru prelevarea apei din lacurile naturale (figura 223b)
Existenta lacurilor de acumulare ridicS probleme importante sub trei aspecte generale aspecte care pot influenta calitatea apei captate siguranta in functionare a prizei sau si a zonelor vecine
bull pentru lacurile mici problema cea mai importanta este legata de colmatarea cu aluviuni lipsa masurilor de protejare amenajare si stabilizare a solului in bazinul hidrografic conduce la antrenarea unei mari cantitati de sol (mai ales fertil) care blocheaza in scurt timp volumul lacului
bull pentru lacurile cu volum mediu (milioane de m3) problema cea mai importanta este eutrofizarea apei lacului
bull pentru lacurile mari (sute de milioane m3) problema importanta este imbdtrdnirea lacului (o eutrofizare lenta avand ca punct final obtinerea unei ape de calitate total deosebitS de aceea a raului din care pro vine)
Eutrofizarea lacurilor este o problema acuta a multor lacuri din zone de ses si colinare Cauza principals este aportul de substante fertilizante (fosfor carbon azot) Fosforul (adus in apa in special din apele uzate orSaenesti - neepurate adecvat) in cantitSti mici favorizeaza randamentul de functionare a fitoplanctonului care la randul lui favorizeazS fixarea azotului cu ajutorul bacteriilor Dezvoltarea fitoplanctonului favorizeazS dezvoltarea zooplanctonului si deci a populatiei de pesti
DacS fluxul energetic si aportul de substante este moderat atunci ciclul se incheie devine stabil si lacul isi pSatreaza calitatea de lac oligotrof (figura 224a) In cazul in care cantitatea de fosfor creste creste volumul de fitoplancton deoarece nu exista suficient azot si lantul se rupe Zooplanctonul si pesti mor substantia organicS creste bacteriile consumS oxigenul si lacul devine eutrof acoperindu-se cu vegetatie (care are rSdacinile in malul situat pe fundul lacului si frunzele la suprafata realizand fotosinteza figura 224b) Consumarea oxigenului de cStre substantele in descompunere si capacitatea redusa de aerare fac ca apa lacului sa aibS de regulS un continut mai redus de oxigen
Daca se reduce cantitatea de nutrient (in special fosforul) dupa un timp calitatea apei se imbunatateste neajungand insa la calitatea initials (se considers ca un continut Tn fosfor de 10-20 mgl este acceptabil)
Imbdtrdnirea lacurilor este fenomenul de modificare continuS a calitatii apei lacului ca urmare a noului echilibru ce se realizeazS intre aportul de substante si circulatia apei Apa care ajunge in lac este o apa cu continut ridicat de substante minerale si organice Acestea se depun se descompun intra in reactie formand substante noi cu continut de Fe N S C (H2S CH4) substante care modifies chimismul apei Pe baza aportului de substante si sub influenta luminii creste productia de masa organica (schema lacului oligotrof) Apare un fenomen nou de circulatie a apei in lac vara apa de la suprafata este calda deci mai usoarS toamna insa apa se rSceste devine mai rece decat apa de la fundul lacului (are cca 4degC sub 15 - 20 m temperature ramane relativ constants) deci devine mai grea (densitatea creste la scaderea temperaturii) si coboarS inlocuind apa mai calda de adancime apa care se ridicS (depunerile mai pot fi agitate si de valurile de la suprafata)
Pozitia captarii in lacurile adanci trebuie sa fie totdeauna in zona medie cu temperature relativ constants (6 - 12degC) si unde nu se simte direct influenta descompunerilor ce se produc la fundul lacului (sau tulbureala datS de depunerile rSacolite)
28 Procese de pre-tratare aplicarea de algicide
Algele sau cianobacteriile (algele verzi-albastre) din lacurile si acumularile de stocare pot crea probleme de gust si miros precum si aparitia unor substante ce provoaca imbolnaviri (toxine) Pentru controlul dezvoltarii algelor sau cianobacteriilor se pot folosi compusi care distrug algele (algicidele) Daca are loc un eveniment legat de utilizarea algicidelor (calitatea apei este afectata de utilizarea unui algicid) pot avea loc urmatoarele
bull daca se utilizeaza algicide in exces substanta chimica poate provoca imbolnaviri
bull daca volumul de alge sau cianobacterii este prea mare si nu poate fi controlat de algicid toxinele din alge cianobacterii pot provoca imbolnaviri
bull daca se utilizeaza ca algicid paiele de orz substantele din paie pot reactiona cu dezinfectantele si forma subproduse ce provoaca imbolnaviri
Aplicarea de algicide in sursa de apa poate prezenta riscuri pentru sanatatea si siguranta muncii operatorilor Acestea sunt recunoscute dar nu vor fi discutate deoarece astfel de riscuri fac obiectul legislatiei muncii si protectiei muncii Algele sau cianobacteriile din sursa de apa pot interfera cu functionarea statiei de tratare Un bun control al cresterii lor face sa se diminueze necesitatea pre-oxidarii Se reduce de asemenea cantitatea de dezinfectant ce se pierde in reactia cu algele sau cu substantele pe care acestea le elimina in apa
31 Alcatuirea statiilor de tratare a apei
Rolul statiei de tratare este de a corecta calitatea apei brute pana la atingerea cerintelor utilizatorului Exista o multitudine de procese de tratare care se utilizeaza in practica insa schema generala a unei statii de tratare (figura 31) cuprinde
bull trepte multiple de oxidare (pre-oxidare post-oxidare) cu scopul de a oxida compusi chimici dar si de a realiza bariere succesive in calea micro-organismelor
bull procese de limpezire a apei care constau in
o coagulare-floculare cu reactivi chimici in camere de reactie special amenajate
o decantarea apei pentru retinerea suspensiilor coagulate
o filtrarea pe strat de nisip pentru finalizarea procesului de limpezire
bull afinarea apei constituita din oxidare cu ozon urmata de adsorbtie pe carbune activ granular cu scopul indepartarii anumitor compusi chimici toxici
bull dezinfectia apei pentru indepartarea totala a virusurilor bacteriilor si altor micro-organisme din apa treapta obligatorie in Romania conform Legii privind Calitatea Apei Potabile nr 4582002
3
Pentru eliminarea duritatii se pot adopta scheme cu schimbatori de ioni sau cu reactivi chimici (var si soda) in functie de tipul duritatii (temporara sau permanenta)
Orice statie de tratare este deservita de anumite facilitati pentru intretinerea proprie Printre acestea se mentioneaza
bull statia de reactivi chimici cu rolul de a stoca prepara si doza reactivii necesari procesului de tratare (coagulanti floculanti agenti dezinfectanti corectie pH etc)
bull sisteme de spalare filtre rapide constituite din statii de pompe si de suflante
bull laborator pentru a determina corectitudinea procesului de tratare dar si calitatea apei produse
bull alte facilitati printre care se mentioneaza sisteme de recuperare a apei de la spalare filtre si a namolului din decantoare
311 Exemple de statii de tratare
O schema de tratare cu filtrare directa este prezentata in figura 32 Uzina de apa a orasului Los Angeles - SUA (Los Angeles Aqueduct Filtration Plant) are o capacitate instalata de 185 m3s filiera tratare fiind prezentata in cele ce urmeaza
bull pre-oxidare cu ozon 4 generatoare care produc 3780 kg CVzi (doza medie ozon 15 mgdm3) 4 bazine de contact (timp de contact minim 49 min)
bull coagulare (amestec rapid) 8 camere de reactie echipate cu agitatoare dinamice timp minim de amestec 086 s pentru doua camere inseriate Reactivi utilizati clorura ferica sulfat de aluminiu polimeri anionici si neionici soda caustica clor
bull floculare 36 camere de reactie lenta timp minim de reactie lenta 8 min pentru 3 bazine inseriate
bull filtrare 24 unitati (aria unei unitati A=160 m2) strat de antracit cu inaltimea de 24 m viteza de filtrare 175 mh care asigura un timp de contact de 10 minute
bull dezinfectie finala cu clor (doza maxima clor 56 mgdm3)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 3
Un alt exemplu de schema de tratare care nu cuprinde treapta de decantare este uzina de apa Ivry (Franta) modernizata in 1987 (debit instalat Q = 300000 m3zi) Dupa modernizare uzina cuprinde urmatoarele procese (figura 33)
bull pre-oxidare cu ozon doza uzuala 10 mg CVdm3
bull coagulare (amestec rapid) cu clorura ferica (5 - 10 mgdm3) si polimer anionic (0025 -005 mgdm3)
bull pre-filtrare faza I - (coagulare pe masa de contact) 18 unitati de 815 m2 strat biolit 10 m viteza de filtrare maxima 10 mh
bull floculare cu clorura ferica (2-6 mg Fe3+dm3) si polimer (005 - 10 mgdm3)
bull pre-filtrare faza II - nisip 22 unitati de 81 m viteza de filtrare 9 mh
bull filtrare lenta 30 cuve (23000 m2) viteza maxima de filtrare 13 mzi inaltime strat 07 m
bull post-ozonare timp de contact 4 minute doza uzuala 04 - 06 mg CVdm3
bull filtrare pe CAG inaltime strat 10 m viteza de filtrare 10 mh
bull dezinfectare finala cu hipoclorit de sodiu
In figura 34 este prezentata o schema tehnologica a unei uzine de apa aplicata in cateva mari uzine de tratare (Qgt2000 m3h) ce preiau apa bruta direct din fluviul Ruhr Schema asigura o eliminare optima a microorganismelor Concentratia de Cryptosporidium in apa raului Ruhr variaza de la 0 la 5 unit(100 dm3) iar concentratia chisturilor Giardia de la 8 la 250 unitdm3 Nu au fost detectate aceste organisme in treptele premergatoare dezinfectarii Se remarca prezenta treptelor de filtrare incepand cu filtrarea mecanica pe microsite in capatul amonte al filierei de tratare si continuand cu un pachet de trei trepte de filtrare (dublu strat carbune activ granular si filtre lente) care asigura o eficienta foarte mare din punct de vedere microbiologic
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 3
Figura 34 Filiera tehnologica uzina de apa Mulheim an der Ruhr
(Germania)
Un exemplu de schema tehnologica combinata (Q=32 m3s) este prezentata in figura 35 Apa bruta (fluviul Elba) este puternic incarcata in poluanti Filtrarea primara (bazine de infiltratie) reduce de cateva ori incarcarea microbiologica iar in cazul folosirii treptelor de floculare sedimentare si filtrare reducerea incarcarii microbiologice este de circa 9999
Prin curgerea in stratul subteran se obtine o apa ce se incadreaza in normele privind calitatea apei potabile Dezinfectia finala este aplicata pentru a preveni cresterea masei bacteriene in sistemele de distributie Uzina este prevazuta a fi modernizata cu treapta de oxidare cu ozon si filtre multistrat
In Elvetia sunt intalnite in principal scheme complexe de tratare avand la baza procese biologice (figura 36) Treptele de tratare clasice (pre-oxidare cu ozon coagulare-floculare filtrare rapida) sunt urmate de corectia pH-ului si postozonare in fmalul filierei de tratare se prevad reactoare biologice inseriate (filtre CAG activate biologic urmate de filtre lente) Se urmareste in principal reducerea indicatorilor biologici si bacteriologici prin reducerea concentratiilor de carbon organic asimilabil (AOC lt 10 ug Cdm ) Se remarca absenta dezinfectarii finale Se obtine o apa biostabila introducerea acesteia intr-o retea de distributie nu necesita prezenta unui dezinfectant rezidual Se asigura in acest mod o siguranta ridicata la consumator in ceea ce priveste potentialul de formare al trihalometanilor
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 3
33 Procese de oxidare
Procesele de oxidare pot fi intalnite in toate statiile de tratare in doua sectiuni caracteristice ale schemei
bull pre-oxidare in capatul amonte al filierei pentru oxidarea substantei organice plancton inactivare microorganisme obiectul principal este asigurarea functionarii optime a proceselor de tratare si evitarea contaminarii acesteia
bull post-oxidarea amplasat dupa procesele de tratare conventionale (decantare si filtrare rapida pe strat de nisip) urmareste oxidarea totala a micro poluantilor reducerea materiilor organice naturale si inactivarea totala in ape limpezi a compusilor biologici si bacteriologici
331 Pre-oxidare
In mod obisnuit se utilizeaza urmatorii agenti oxidanti clor ozon dioxid de clor 3311 Clorul(Ch)
Clorul se utilizeaza in mod uzual cu doze cuprinse in domeniul 1 - 3 mgl cu timp de contact minim Tc=30 minute in anumite situatii (inflorire algala sau poluare accidentala) dozele pot fi mai mari dar se urmareste evitarea formarii sub-produsilor organo-clorurati (de exemplu trihalometani THM) prin efectuarea de incercari pe apa sursei pentru a se stabili potentialul de formare
Clorul este adoptat frecvent datorita costurilor reduse implicate Reactia clorului trebuie urmarita cu atentie luand in consideratie agentii reducatori (H2S Mn2+ Fe3+) si materiile organice naturale in diagrama din figura 37 se poate urmari procesul de reactie al clorului in apa (clorare la breakpoint) Punctul critic se atinge daca raportul masic intre clor si amoniac variaza intre 81 -101 (teoretic 761)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 40
3312 Ozonul(03)
Ozonul este un gaz violet instabil care degaja un miros iritant caracteristic
Se produce prin descarcari electrice la diferente de potential ridicate intre doi electrozi intre care curge aer sau oxigen pur Eficienta productiei depinde de diferenta de potential frecventa caracteristicile materialului dielectric si spatiul care separa dielectricele Progresele tehnologice din ultimii 20-30 ani au condus la reducerea consumului de energie la 10 - 12 kWh 1 kg O3
Dozele uzuale de ozon sunt in gama 1 - 3 mgCVdm3 iar timpul de contact uzual este Tc=10 minute Se tinde spre adoptarea solutiei cu doua reactoare in serie ca in figura 38 Adancimea apei in reactoare poate atinge 6-75 m
Conceptual reactoarele de ozon functioneaza pe baza interceptarii curentului de apa descendent de catre voalul de bule mici de ozon in miscare ascendents
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
0
4
3313 Dioxidul de clor (CIO2)
Se poate obtine din clorit de sodiu si clor conform reactiei
2NaC102 + Cl2rarr2C102 + 2NaCl (31)
Stoechiometric 1 g dioxid de clor se obtine din 134 g clorita de sodiu si 05 g de clor
Este instabil si exploziv la temperaturi T gt (-40degC) Se produce imediat inainte de injectia in apa La 20degC si presiune partiala de 53 kPa solubilitatea este 4 gdm3
Avantajele utilizarii CIO2 sunt
bull nu formeaza sub-produsi de tip trihalometani (THM)
bull are putere oxidanta mai buna oxideaza fenoli si este foarte eficace la pH peste 85
Dozele utilizate frecvent 01 - 05 mgl timpul de contact fiind Tc = 10 min Se mentioneaza ca pentru doze mai mare de 05 mgl exista riscul formarii de sub-produsi de tip clorati
Reactoarele de pre-oxidare utilizeaza agitatoare mecanice (rezistente la coroziune) care asigura amestecul mecanic cu randamente ridicate intre apa de tratat si solutia de CIO2
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 4
332 Post-oxidare
In filierele de tratare se dezvolta din ce in ce mai mult conceptul de post-oxidare cu ozon pe apa limpezita dupa filtrele rapide de nisip pentru ca eficienta transferului creste se reduc dozele de ozon si oxidarea micro-poluantilor devine mai eficienta
incadrarea procesului de post-oxidare in schema statiei de tratare se realizeaza totdeauna ca infigura 310 n
Dozele de 03 in post-oxidare nu depasesc 2 mgl Principiile reactoarelor de ozon sunt identice cu cele utilizate in pre-oxidare
Post-oxidarea cu ozon combinata cu adsorbtia pe CAG este procesul (denumit afinare) capabil sa asigure
- eliminare totala compusi biologici microbiologici si micropoluanti
- reducere materiilor organice naturale astfel incat TOC lt 25 g Cl
- eliminare pesticide
333 Alegerea oxidantului
Alegerea oxidantului se bazeaza pe analiza calitatii apei caracterizarea marimii poluarii care poate apare (continut materii organice naturale carbon organic total numar de microorganisme perioade duraf deg ce aparitie)
Alegerea agentului oxidant are la baza costuri si implicatii in filiera tehnologica
Tabelul 35 Caracteristici principale Tn alegerea oxidantilor Nr crt
Oxidant Avantaje Dezavantaje
1 Clor-Cl2 - costuri reduse- cunoastere operare- este remanent (rezidual) in reteaua de
distributie
formeaza THM - necesita timpi de contact mari
2 Dioxid de clor - C102 - capacitate de oxidare mai ridicata in raport cu Cl2
- nu formeaza THM- este remanent (rezidual) in reteaua de
distributie
- necesita preparare si dozare instantanee- la doze prea mari poate forma cloraticosturi mai mari in raport cu Cl2
3 Ozon - 03 - cea mai mare capacitate de oxidare- nu formeaza THM
- necesita preparare si dozare instantaneeconsumuri energetice mari- poate forma subprodusi de tip bromaji sau
aldehide- nu este remanent (rezidual) in reteaua de
distributie
4
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 4
Figura 311 Fortele
ce actioneaza asupra
particulelor aflate Tn
apa
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
3511 Deznisipatoare
Sunt destinate sa retina particulele de tip nisip pentru protectia utilajelor din schema statiei de tratare Schema unui deznisipator orizontal este data in figura 313
Figura 313 Deznisipator orizontal longitudinal
1 Gratar 2 Bare de linistire 3 Nisa pentru reparatii Tn caz de avarie 4 Stavilar de intrare 5 Vane de golire 6 Stavilarde iesire 7 Galerie de golire
In zona de intrare a apei in deznisipator se monteaza un gratar rar pentru impiedicarea accesului corpurilor mari in interiorul bazinului Pentru linistirea curentului se monteaza bare verticale de linistire Peretii laterali ai deznisipatorului se executa cu evazare catre exterior pentru a permite preluarea impingerilor survenite din podul de gheata care se formeaza pe timp de iarna la suprafata bazinului Panta radierului bazinului trebuie sa permita evacuarea depunerilor in zona din aval a bazinului Evacuarea depunerilor se poate realiza cu mai multe sisteme
bull prin hidro-mecanizare cu scoaterea din functiune a unui compartiment
bull prin golirea totala a compartimentului (numai pentru debite foarte reduse)
bull cu electro-pompe speciale purtate de o grinda rulanta
3512 Decantoare statice
Sunt destinate surselor cu variatii mari de turbiditate la care 50 - 60 din suspensii sunt de natura minerala (gravimetrice) in figura 314 se prezinta schema unui decantor orizontal longitudinal Elementele principale ale bazinului sunt
bull zona de intrare in care se gaseste un perete de linistire a curentului in partea superioara respectiv canalul de evacuare a depunerilor in partea inferioara
bull decantorul propriu-zis cu radier cu panta catre basa de evacuare a namolului amplasata in zona incipienta a bazinului
bull zona de evacuare a apei decantate care este bordata de un gratar cu rolul impiedicarii accesului plutitorilor
Curatirea decantoarelor orizontale se realizeaza
bull Intermitent prin golire si evacuare depuneri hidraulic sau mecanic
bull Continuu cu ajutorul podurilor racloare care strang depunerile in base special amenajate
Dificultatile in operarea decantoarelor statice se pot sintetiza
bull sunt influentate de factori atmosferici vant gheata insorire
bull miscarea este turbulenta ca structura si particule fine pot fi repuse in stare de suspensie
bull echilibrarea fluxului hidraulic se realizeaza cu dificultate
bull eficienta retinerii nu depaseste 10-15 NTU la apa decantata
37 Filtrarea apei - generalitati
Filtrarea este procesul de limpezire finala a apei (stadiul II) la curgerea printr-un mediu poros de obicei format din nisip cuartos Procesul simuleaza infiltratia apelor superficiale in mediile poroase din subsolul pamantului Procesul este cunoscut si aplicat de mult timp (primul brevet s-a emis in 1830)
Schema generala (figura 323) indica filtrul ca fiind format dintr-un bazin (cuva) in care apa curge in sens descendent traverseaza mediul poros sustinut de un drenaj si ajunge intr-un rezervor de apa filtrata amplasat sub drenaj Sistemul este dotat cu toate instalatiile de introducere -prelevare apa preaplin si golire
Parametrii fundamentali ai procesului de filtrare sunt
bull viteza de filtrare definita (ca viteza aparenta) cu relatia urmatoare
vF = Q A [ m h ] [mzi] (313)
In care
Q - debitul de apa filtrata
A - suprafata orizontala a stratului filtrant in
functie de viteza de filtrare se pot clasifica in
o filtre lente (biologice) - VF = 01 - 025 [mh]
o filtre rapide - vF = 4 - 10 [mh|
o filtre ultra-rapide
bull mediul filtrant - in general nisip cuartos care sa realizeze prin uniformitatea granulelor un volum de goluri in care sa se acumuleze suspensia retinuta din apa caracteristicile sunt diferite pe tipuri de filtre
bull pierderea de sarcina (hr) exprimata ca diferenta intre nivelul apei in cuva filtrului si nivelul apei in rezervorul de apa filtrata este data de colmatarea stratului si este variabila in timp
49
38 Filtre lente
Se bazeaza pe formarea unei membrane biologice constituita din colonii de bacterii aerobe -amplasata la suprafata stratului de nisip (pe primii 2-3 cm) Elementul fundamental este dezvoltarea membranei (in 1 - 3 zile) functie de caracteristicile apei Dupa o perioada (30 - 50 zile) membrana se colmateaza si incepe sa se rupa degradand calitatea apei Aceasta se razuieste (se curata) manual sau mecanic si procesul este reluat In figura 52 se indica schema unui filtru lent
Dispoizitiv de curatat_____________________________membrana biologtca
Figura 325 indica tipurile de organisme care pot fi intalnite pe o adancime de 30 cm in nisipul filtrului lent
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
Nisipul din filtrul lent trebuie sa aiba urmatorii parametri
bull granulozitatea in domeniul dg = 035 - 050 mm
bull coeficientul de neuniformitate ult 15
(314)
In care d6o - diametral ochiurilor sitei prin care trece 60 din materialul cernut
d1o - diametral ochiurilor sitei prin care trece 10 din materialul cernut
01
50
bull inaltimea stratului de nisip H=90-100 cm cand grosimea stratului de nisip ajunge dupa curatiri succesive la 70 - 80 cm este necesara completarea la inaltimea initiala
Solutia filtrelor lente se prevede la debite relativ mici (max 10000 m zi) si surse de apa in general curate (lipsite de alge culoare poluanti toxici) Se pot obtine rezultate performante la ape necoagulate Operarea sistemelor de filtre lente este simpla Procesul de filtrare lenta este asimilat cu procese fizice si biologice Acestea din urma necesita o atentie si urmarire continua in etapele de operare a filtrelor in special referitor la starea coloniilor de bacterii aerobe din membrana biologica
310Filtre rapide
In figura 326 se prezinta schema unui filtru rapid Acesta este constituit din urmatoarele elemente componente
bull sistem admisie apa in cuva - are rolul echirepartitiei debitului catre cuvele de filtre
bull stratul filtrant peste care exista un strat de apa
bull drenaj cu rolul de a sustine stratul filtrant si de a transforma bulele mari in bule fine in procesul de spalare inversa
bull sistem de mentinere a nivelului apei in filtru (pentru filtrele cu functionare in sistem nivel constant si debit variabil)
bull statie de pompare apa de la spalare filtre si statie de suflante
bull instalatii hidraulice grupate in galeria tehnologica cu rolul de a asigura toate utilitatile necesare functionarii corecte a procesului (conducte si vane apa filtrata apa spalare aer spalare preaplin golire etc)
bull rezervor de apa filtrata amplasat de obicei sub toata statia sau in anumite cazuri numai sub galeria tehnologica
Procesul consta in doua etape
bull filtrarea apei parcurgand in sens descendent stratul de nisip si drenajul
bull spalarea filtrului in sens ascendent in doua faze distincte
o faza 1 (durata Ti=5-10 min)
o faza 2 - limpezire (durata Ti=10-15 min)
51
in ultimii 30-40 de ani in lume a existat o preocupare constants pentru perfectionarea procesului in sensul obtinerii performantei in calitatea apei filtrate (turbiditatea sa se incadreze in domeniulOl - 10 NTU)
Mecanismele de retinere in filtrele rapide se pot sintetiza ca in schema urmatoare
3101 Mediul filtrant
Calitatile materialului filtrant sunt urmatoarele
bull domeniul de granulozitate dg = 085 - 2 mm
bull coeficientul de neuniformitate u=d6odio lt 15
bull fractiunile inferioare diametrului 085 mm si superioare dmax 2 mm inferioare procentual la 10 in greutate
bull diametrul efectiv def = dio = 09-1 mm
bull sa realizeze un numar de goluri (porozitate) mare (pgt40)
bull forma granulelor apropiata de sfera pentru obtinerea unui grad de acoperire ridicat
bull continut de roci cuartoase recomandabil peste 95
bull sa aiba duritate (gt 7 in scara Mohs) pentru a nu se sfarama la spalare
Calitatea materialului filtrant influenteaza viteza de filtrare O serie de studii au indicat domeniul optim de granulozitate al nisipului de filtru conform figurii 328
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 52
3102 Calitatea influentului fn corelatie cu materialul filtrant
Pentru realizarea unei retineri eficiente a suspensiilor se impune ca in influentul filtrelor acestea sa fie floculate Aceasta se caracterizeaza prin coeficientul de coeziune al suspensiilor floculate (namol retinut) aceasta caracterizeaza capacitatea de rezistenta la forfecare si depinde de doza de floculant si natura (minerala sau organica a suspensiilor)
Procesul de optimizare a filtrarii rapide a apei ia in considerate principiul un filtru va functiona optim cand va produce cea mai mare cantitate de apa intre doua spalari succesive aceasta se va realiza cand timpul in care se atinge pierderea de sarcina limita este egal cu timpul in care se calitatea apei filtrate se inrautateste la limita maxim acceptabila (Ti = T2) sau penetrarea impuritatilor in interiorul masei filtrante se va efectua cu aceeasi viteza cu care creste pierderea de sarcina Expresiile celor doua perioade au fost determinate de cercetatorii Richard si Croce-Spinelli
Tx = a bull σ - 0 9 5 bull k-075bull def-045bull h0
n95bull v -185 (316)
T l = b bull σ-075 k - 0 7 5 bull dlef
1 5 Δhr05 bull vF
-065 (317)
In care Ti - perioada in care turbiditatea apei filtrate atinge valoarea limita (1 NTU)
T2 - perioada in care se atinge pierderea de sarcina limita (15 - 18 m)
a b - coeficienti empirici (experimentali)
hn - grosime strat nisip
Δhr- viteza de crestere a pierderii de sarcina
INSPECTIA SANITARA SI MOMTORIZAREA CALITATII APEI
VF - viteza de filtrare
k - coeficient de coeziune al namolului
a - depozitul specific (volumul de suspensii raportat la volumul de material filtrant)
Se constata ca fiecare filtru poate conduce la un ciclu optim functie de calitatea nisipului grosimea stratului calitatea flocularii suspensiilor din apa influenta si viteza de filtrare
3103 Variatia pierderii de sarcina
Urmarirea pierderii de sarcina este importanta pentru ca poate pune in evidenta functionarea filtrului Operarea optima a unui filtru se realizeaza prin urmarirea in timp a variatiei pierderii de sarcina si turbiditatii Masurile pentru realizarea acestui optim sunt
53
bull reducerea vitezei - cele mai performante filtre lucreaza cu viteze de filtrare variabile astfel incat colmatarea stratului sa se realizeze fara socuri
bull adaugarea unui polimer (doze 01 - 02 mgl) in influent pentru a mari rezistenta particulelor floculate
bull imbunatatirea calitatii nisipului
Presiune (m col H20)
Figura 329 Estimarea pierderii de sarcina Tn
stratul filtrant
3104 Spalarea filtrelor
Se realizeaza in contra curent de apa si aer comprimat Elementele tehnice care intervin esential in obtinerea performantelor spalarii sunt
bull calitate drenaj - din punct de vedere al uniformitatii debitelor de apa si aer
bull colectarea uniforma a apei de la spalare
bull metoda de spalare care sa asigure eliminarea totala a suspensiilor retinute in strat cu resurse minime
bull drenaj de mare rezistenta hidraulica (cu placi cu crepine)
Se bazeaza pe principiul introducerii unei rezistente hidraulice de 15 - 20 cm coloana de apa (reducerea brusca de sectiune la intrarea apei in tija crepinei) care asigura uniformizarea intensitatilor de spalare pe suprafata cuvei (abateri de plusmn 3-5) In figura 330 se prezinta schema drenajului cu placi cu crepine
Se pun conditii severe din punct de vedere constructiv pentru realizarea drenajului
bull asigurarea etansarii perfecte
bull asigurarea cotei exacte si unice pentru pozitia orificiilor de aer
bull rezistenta cosurilor crepinelor
bull asigurarea formarii unui nivel de separatie apa - aer uniform si constant pe toata suprafata cuvei
Cele mai performante filtre din punct de vedere al spalarii sunt filtrele cu baleiaj la spalare (figura 331)
INSPECTIA SANITARA SI MOMTORIZAREA CALITATII APEI
55
55
in perioada de spalare a filtrului nivelul in cuva se afla la cota NS jgheaburile J nu mai deverseaza si prin orificiile de la baza jgheaburilor se creeaza un curent de baleiaj (1-2 dm3sm2) cu apa decantata care impinge suspensiile spre jgheabul de colectare Se reduc astfel timpii de spalare (cu 50) si intensitatile si volumele de apa de spalare
Prin curgerea ascendenta a aerului masa de nisip vibreaza si peliculele de namol se desprind de granule Curentul ascendent de apa le antreneaza Spalarea numai cu aer induce vibrarea masei de nisip si depunerea namolului in zona inferioara a stratului De aceea este contraindicata spalarea numai cu aer in faza 1
In general echipamentele pentru asigurarea debitelor apa de spalare se adopta un utilaj (pompa) in faza 1 si inca o pompa de acelasi tip pentru faza a Il-a
3105 Asigurarea repartitiei uniforme a influentului
Pentru asigurarea repartitiei uniforme a apei decantate se utilizeaza diverse sisteme Cel mai performant este sistemul cu deversori neinecati conform cu schema din figura 332
3106 Sistemele hidraulice
Sistemele hidraulice asigura deservirea statiei de filtre atat in procesul de filtrare cat si in procesul de spalare Acestea se vor dimensiona conform vitezelor economice prezentate in tabelul urmator
3107 Reglajului debitului si nivelului de apa in cuva
Pentru filtrele care functioneaza cu nivel constant si debit variabil este foarte important ca nivelul apei in filtru se fie mentinut pseudo-constant Aceasta se asigura cu diverse sisteme de plutitori (regulator de nivel amonte) care comanda vana de pe conducta de apa filtrata sau cu sisteme electronice si hidraulice conform figurii 333
Figura 333 Sistem de reglare electronic al nivelului apei Tn filtru
Legends 1 Strat filtrant 2 Vana apa filtrata 3 Parghie comanda vana 4 Electrovana de comanda 5 Regulator electronic 6 Senzor de presiune pentru nivel filtru 7 Senzor de presiune sub planseu 8 Potentiometru 9 Indicator de
colmatare 10 Alimentare cu fluid de comanda
313 Afin area apei
Procesul de afmare a apei este constituit din combinatia intre procesul de post-oxidare cu ozon a apei filtrate urmat de adsorbtie pe carbune activ granular
3131 Post-oxidarea cu ozon
Ozonul (O3) se obtine din aer sau oxigen supus la descarcari electrice printr-un dielectric In figura 334 se prezinta un element dintr-un ozonor
figura 334 Element tubular de ozonor
1 - Intrare gaz vector (aeroxigen) 2 3 - Electrozi 4 - Dielectric 5 - Spatiu de descarcare electrica 6 - Gaz vector +
ozon 7 - Apa racire
Diferentele de potential la care se lucreaza sunt cuprinse intre 6000 - 18000 V functie de natura si grosimea dielectricului marimea spatiului de descarcare si presiunea absoluta de functionare
Concentratiile de ozon in gazul vector obisnuite sunt
bull 10-40gm - in cazul utilizarii aerului
bull 10-140 gm3 - in cazul utilizarii oxigenului
Pentru a realiza concentratii optime si stabilitatea procesului se cere punct de roua -60degC -80degC
Energia specifics pentru productia de ozon
bull 13-18 kWhkg O3 - produs din aer
bull 8-10 kWhkg O3 - produs din oxigen
Actiunea O3 asupra apelor de consum se poate sintetiza
bull imbunatatirea calitatilor organoleptice (gust miros culoare)
bull activitate bactericide si virulicida
bull oxidarea materiilor organice
bull oxidare micro-poluanti
bull imbunatatirea biodegradabilitatii in amonte de CAG
3132 Adsorbtie pe carbune activ granular (CAG)
Carbunele activ se poate obtine din carbuni minieri sau din coaja de nuca de cocos Majoritatea carbunilor minieri pot fi convertiti in carbune activ insa proprietatile carbunelui activ depind esential de calitatea initiala a carbunilor in special in ceea ce priveste duritatea acestora in acest sens se utilizeaza adesea coaja nucilor de cocos pentru fabricarea carbunelui activ
Exista o multitudine de procese de fabricare a carbunelui activ insa eel mai dezvoltat este piroliza urmata de activarea cu gaze de oxidare Piroliza (carbonizarea) presupune incalzirea materialului la temperaturi intre 600 si 900 degC in absenta aerului Pentru obtinerea unei porozitati ridicate se pot utiliza adaosuri de cloruri metalice (de exemplu ZnCl) Piroliza poate reprezenta unicul pas de activare in cazul in care se doreste obtinerea unui material cu 0 porozitate ridicata
A doua etapa este cea de oxidare care se realizeaza de obicei cu abur sau uneori cu aer Temperaturile sunt uzuale in gama de 600 - 900 degC Pe parcursul acestei etape se realizeaza 0 erodare a suprafetei interne a carbunelui si dezvoltarea unei retele extensive de micropori care cresc capacitatea de adsorbtie
58
Printre proprietatile principale ale carbunelui activ se enumera continutul de cenusa umiditatea densitatea marimea particulelor duritatea volumul si distributia dupa marime a porilor suprafata interna
31321 Continutul in cenusa
Continutul in cenusa este reprezentat de reziduul obtinut prin calcinarea la temperatura de 954 degC timp de 3 ore in aer Uzual continutul de cenusa variaza intre 3 si 10 Pentru reducerea cantitatii de cenusa se poate utiliza spalarea cu acid
31322 Umiditatea
Umiditatea se determina prin uscarea in cuptor timp de 3 ore a unei cantitati de 5 sau 10 g de carbune activ la temperatura 150 degC Se determina greutatea inainte si dupa uscare si racire in exicator Umiditatea in vrac a carbunelui activ este recomandabil sa fie limitata la maxim 5
31323 Densitatea
Sunt mai multe tipuri de densitati printre care se mentioneaza densitatea in vrac densitatea aparenta densitatea particulei si densitatea reala Densitatea in vrac sau densitatea aparenta reprezinta greutatea carbunelui activ uscat raportata la volumul pe care acesta il ocupa Aceasta se determina prin umplerea unui cilindru cu volumul de 100 ml cu carbune prin cadere libera dintr-o masina vibratoare si cantarirea volumului respectiv Valorile uzuale sunt in gama 05 - 06 gml pentru carbune activ fabricat din carbune minier respectiv 024 - 030 mg1 pentru carbune activ fabricat din lemn
Densitatea particulei reprezinta densitatea unei particule singulare Volumul pe care se bazeaza include volumul porilor precum si volumul materialului Densitatea particulei se determina in mod uzual cu mercur la presiunea atmosferica (mercurul umple spatiile goale din particula de carbune activ dar nu umple porii) Valorile uzuale sunt in gama 074 - 080 gml
Densitatea reala sau densitatea scheletului este cea determinate numai pe materialul (carbunele) propriu-zis Pentru determinarea acesteia se utilizeaza uzual o metoda de inlocuire cu heliu (heliul intra practic in toti porii materialului) Valorile uzuale sunt in gama 21 - 22 gml
31324 Marimea particulelor
Aceasta se determina prin cernerea a 100 sau 200 g de carbune printr-un sistem de site mecanice timp de 10 minute dupa care se cantaresc retinerile pe fiecare sita in parte Carbunele activ pudra se incadreaza de obicei in domeniul 005 mm - 15 mm
31325 Friabilitatea
Capacitatea carbunelui activ de a rezista la abraziune este unul dintre parametrii cei mai importanti Procedura de determinare a friabilitatii carbunelui activ presupune determinarea granulozitatii acestora inainte si dupa testul propriu-zis care consta in concasarea succesiva a carbunelui intr-un recipient alaturi de bile de otel inoxidabil Valorile uzuale ale indicelui de friabilitate sunt 65 - 80 (practic 70 - 75) ceea ce atesta faptul ca materialul este foarte usor friabil si este necesar atentie la procedura de spalare
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATIIAPEI 59
31326 Volumul si distributia dupa marime a porilor
Volumul porilor reprezinta volumul total al porilor din particula de carbune activ granular raportat la greutate Valorile uzuale sunt de ordinul 08 - 12 mlg pentru carbune activ fabricat din carbuni minieri respectiv 22-25 mlg pentru carbune activ fabricat din lemn Volumul total al porilor poate fi determinat printr-un test de adsorbtie cu azot desfasurate astfel incat azotul condensat sa intre in totalitate in porii carbunelui
Carbunele activ confine o structura complexa de pori de forme si marimi diferite Porii au de obicei o geometrie neregulata si sunt interconectati Dimensiunile porilor sunt uzual intre 10 A si 100000 A (001 cm) Distributia dupa marime a porilor depinde de tipul de material utilizat si de metoda si de durata procesului de activare
31327 Suprafata internaSuprafata interna a materialelor poroase in general se determinS cu ecuatia BET stabilita de
Brunauer Emmett si Teller Ecuatia descrie formarea de strate multiple de gaz condensat care apar atunci cand un gaz adsorbabil (de exemplu azotul) este in contact cu materialul poros Intr-un astfel de test se utilizeaza azot la temperatura de fierbere si presiunea atmosferica (-196 degC sau 77 K)
Ecuatia BET (expresia 318) a fost derivata presupunand urmatoarelebull rata de condensare a moleculelor din primul strat este egala cu rata de evaporare a
moleculelor din zonele acoperite cu un singur strat de moleculebull caldura de adsorbtie peste primul strat este constants si egala cu caldura de lichefiere
qqm=b(PPS)(1-PPs)(1-PPS+bPPS) ( 3 1 8 )
In care Ps - presiunea de vaporizare la saturatie la temperatura utilizata in test uzual 1 atm
q - cantitatea de substanta adsorbita la presiunea P
qm - cantitatea de substanta adsorbita numai cand se constata acoperirea totala a suprafetei cu un strat monomolecular
b - constanta determinata experimental
In figura 336 se prezinta o relatie tipica intre marimea porilor si suprafata totala Suprafata cumulativa este data de insumarea suprafetelor tuturor porilor cu un diametru dat sau mai mare Se remarca faptul ca marea majoritate a suprafetei este atribuita porilor de mici dimensiuni
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI60
3133 Teste uzuale de adsorbtie
In practica se utilizeaza o serie intreaga de teste pentru a determina capacitatea de adsorbtie pentru diferite tipuri de carbune activ Printre acestea se mentioneaza
- Indicele Iod reprezinta cantitatea de iod in miligrame pe gram adsorbit de un carbune activ la echilibru cu o solutie I2-KI cu concentratia 002 N indicele iod indica suprafata totala a porilor cu diametru de 10 A sau mai mare valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 800 - 1000 mgg
Indicele Melasa reprezinta un indicator al puterii de decolorare a carbunelui activ granular in contact cu 0 solutie de melasa la fierbere indicele melasa este in stricta legatura cu suprafata totala a porilor cu diametrul mai mare de 28 A valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 200 - 300
- Indicele Albastru de Metilen reprezinta cantitatea de albastru de metilen adsorbita de 1 g de carbune activ la echilibru in contact cu o solutie cu concentratia 1 mg1 de albastru de metilen Albastrul de metilen are greutatea moleculara 320 si indica suprafata totala a porilor cu diametrul de 15 A
- Activitatea tetraclorurii de carbon tetraclorura de carbon CC14 este un compus molecular mic si poate intra in toti porii In acest test un curent de aer este saturat cu CCI4 la 0 degC si este trecut printr-un strat de carbune activ mentinut la 25 degC pana cand nu se mai detecteaza nici o schimbare in greutate Activitatea este greutatea CCI4 adsorbita pe unitatea de greutate de carbune activ exprimata procentual Valorile uzuale ale acestui indicator sunt in gama 60 -80
- Indicele butan este similar activitatii tetraclorurii de carbon valoarea acestuia este exprimata grame de butan adsorbite pe 100 ml carbune activ valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 7 - 8 g 100 ml carbune activ
- Indicele FINAD stabilit de cercetatorul C Gomella si reprezinta un produs al mai multor indici F - fenol I - iod N - indol A - antipirina D - detergent
316 Deferizarea si demanganizarea apei
Fierul (Fe) si manganul (Mn) sunt elemente care se gasesc frecvent in mediul subteran si in apa apar in concentratii pana la 10 mg1 (Fe) si 2 mg1 (Mn) Prezenta fierului si manganului in apele potabile pot genera urmatoarele probleme
bull produce gust metalic dezagreabil
bull coloreaza tesaturile si echipamentele sanitare
bull formeaza precipitate in conducte care favorizeaza dezvoltarea bacteriilor feruginoase (Chrenothrix) acestea modifica regimul hidraulic calitatea apei distribute si favorizeaza fenomenele de coroziune
3161 Echilibrul fierului si manganului in apa
Fierul si manganul sunt prezente dizolvate in solutiile apoase sub forma Fe2+si Mn2+ Concentratia in oxigen a apelor subterane care contin Fe si Mn este nula Din namolurile situate in
2+ ~
zona anaeroba din hipolimnion se elibereaza ioni de Fe2+ si Mnz+ in apele lacurilor In numeroase ape naturale se remarca prezenta Fe3+ asociata cu substantele humice Stabilitatea fierului si manganului in apa depinde de numeroase variabile
bull pH-ul apei
bull concentratia diferitelor elemente chimice
bull potentialul de oxido-reducere (Eh) al solutiei
In figura 341 se prezinta diagrama de stabilitate a formelor fierului in solutie in aceasta diagrama o curba (linie) reprezinta locul geometric pentru care concentratia celor doua substante este aceeasi De exemplu linia 1 reprezinta solutia pentru care O2 si H2O au aceeasi valoare Aria cuprinsa intre curbele 1 si 2 reprezinta aria de stabilitate a compusilor de Fe Chimia manganului este asemanatoare cu cea a Fe Astfel la pH si Eh reduse Fe si Mn sunt stabile in forme bivalente
favorabila in cazul in care utilizatorul de apa se afla la distanta mare Daca centrala functioneaza continuu atunci captarea se poate face in curent liber daca insa centrala (UHE) functioneaza in regim de varf (cum de obicei functioneaza asemenea centrale cateva ore in cursul zilei) atunci avalul inainte de priza trebuie prevazut un lac de compensare zilnica a debitelor lac care sa retina apa uzinata in regim neuniform si sa permita captarea unui debit relativ constant Cele doua variante aratate schematic in figura 216 trebuie comparate ca avantaje si dezavantaje
Priza de apa poate fi realizata in corpul barajului in aval de baraj sau in lac Elementele care conduc la stabilirea solutiei sunt
bull pozitia utilizatorului de apa fata de lac captare din lac daca acesta este amplasat amonte si departe de baraj in baraj sau aval pentru un consumator aval sau din alt bazin hidrografic
bull marimea lacului variatia nivelului apei in lac
bull existenta unei salbe de lacuri pe raul respectiv
bull utilizarea rationala complexa a apei acumulate (de regula la stabilirea amplasamentului lacului se statueaza si modul de folosire al apei)
bull tipul de baraj si simultaneitatea executiei barajului cu priza pentru folosinte de apa in general dupa executarea barajului priza poate fi numai in aval sau in lac
bull conditiile reale de teren trebuie tinut seama ca baraj ele cu lacuri mari de acumulare sunt situate in zona de deal - munte
bull conditiile rationale de tratare a apei obtinute din lac
261 Priza tn aval de baraj
Se poate executa oricand inainte si dupa executia barajului in forme si la debite adecvate Sunt posibile urmatoarele tipuri de captari
bull captari in curent liber de forma celor descrise anterior pe raul pe care debitul regularizat prin lac are valori mult mai mari
bull captari in baraj sau in lac in cazul in care lacul are ca principals folosinta alimentarea cu apa sau cand barajul este realizat pentru un lac de compensare a debitelor rezultate de la functionarea unor centrale hidroelectrice din amonte
bull captari in lac in cazul in care lacul compenseaza folosinta energetica iar beneficiarul este departe de baraj in amonte
262 Prize Tn corpul barajului
Sunt gandite si executate odata cu barajul astfel incat sa nu pericliteze siguranta in functionare a acestuia dar sa poata preleva apa de calitatea cea mai buna existenta la un moment dat in lac
In cele ce urmeaza sunt date exemple de captari de apa executate in baraj Daca barajul este din beton priza este de regula comuna cu barajul (figura 217)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 27
apa curgatoare Barajul care realizeaza lacul de compensare este din materiale locale cu un sistem de stavile pentru spalarea depunerilor de viitura (figura 219)
In figura 220 este schitata captarea dintr-un lac al carui baraj este executat din materiale locale cu miez de etansare din argila Captarea se executa total izolat de baraj (in malul natural sau in lac figura 221 - pentru a nu-i produce dificultati barajului prin exfiltrarea apei pe langa sistemul de transport al apei) si pentru ca priza sa nu aiba dificultati la tasari neuniforme ale barajului Apa captata din priza turn de la cote diferite functie de calitatea acesteia este evacuata prin conducte sau galerii amplasate in malul natural
Acest tip de captare poate fi aplicata si in alta pozitie in cuprinsul lacului pentru beneficiari riverani - amonte de baraj
Cand principala folosinta a lacului este de combatere a undei de viitura captarea poate avea o forma speciala (figura 222) Captarea este amplasata la o cota deasupra rezervei destinata acumularii depunerilor din lac si trebuie sa evite blocarea cu corpuri mari ce pot cadea prin apa intrucat nu este accesibila decat la ape mici - lac gol sau lac golit
263 Captari in lac
Se utilizeaza atunci cand in amplasament nivelul apei este asigurat intotdeauna deasupra unor valori limita Se pot practica o captare de tip turn (figura 221) cand debitul captat este important iar nivelul lacului relativ constant o captare plutitoare cand alimentarea cu apa este sezoniera sau conditiile de iarna nu sunt severe o captare de fund cand lacul este de adancime mare si cu un volum de apa important (figura 223a)
Captarea de fund este formata dintr-un sorb (pot fi prevazute mai multe asemenea constructii separate) asezat pe o confectie metalica stabila de tip tetrapod Se amplaseaza deasupra nivelului (apreciat) de colmatare si sub nivelul minim al apei din lac (acoperire mai mare pentru a o feri de plutitori) Zona captarii va fi balizata pentru a fi ferita de accesul plutitorilor si a putea fi usor reperata pentru control se marcheaza si zona de protectie daca este cazul Conducta de legatura (suficient de elastica daca are lungime mare) se lanseaza prin plutire si poate permite ridicarea prizei in caz de nevoie Captarea va fi amplasata la o asemenea adancime incat sa nu fie deplasata de valuri si totodata nu intr-o zona in care valurile pot pune in miscare depunerile de pe fund si deteriora calitatea apei Captarea este tipica pentru prelevarea apei din lacurile naturale (figura 223b)
Existenta lacurilor de acumulare ridicS probleme importante sub trei aspecte generale aspecte care pot influenta calitatea apei captate siguranta in functionare a prizei sau si a zonelor vecine
bull pentru lacurile mici problema cea mai importanta este legata de colmatarea cu aluviuni lipsa masurilor de protejare amenajare si stabilizare a solului in bazinul hidrografic conduce la antrenarea unei mari cantitati de sol (mai ales fertil) care blocheaza in scurt timp volumul lacului
bull pentru lacurile cu volum mediu (milioane de m3) problema cea mai importanta este eutrofizarea apei lacului
bull pentru lacurile mari (sute de milioane m3) problema importanta este imbdtrdnirea lacului (o eutrofizare lenta avand ca punct final obtinerea unei ape de calitate total deosebitS de aceea a raului din care pro vine)
Eutrofizarea lacurilor este o problema acuta a multor lacuri din zone de ses si colinare Cauza principals este aportul de substante fertilizante (fosfor carbon azot) Fosforul (adus in apa in special din apele uzate orSaenesti - neepurate adecvat) in cantitSti mici favorizeaza randamentul de functionare a fitoplanctonului care la randul lui favorizeazS fixarea azotului cu ajutorul bacteriilor Dezvoltarea fitoplanctonului favorizeazS dezvoltarea zooplanctonului si deci a populatiei de pesti
DacS fluxul energetic si aportul de substante este moderat atunci ciclul se incheie devine stabil si lacul isi pSatreaza calitatea de lac oligotrof (figura 224a) In cazul in care cantitatea de fosfor creste creste volumul de fitoplancton deoarece nu exista suficient azot si lantul se rupe Zooplanctonul si pesti mor substantia organicS creste bacteriile consumS oxigenul si lacul devine eutrof acoperindu-se cu vegetatie (care are rSdacinile in malul situat pe fundul lacului si frunzele la suprafata realizand fotosinteza figura 224b) Consumarea oxigenului de cStre substantele in descompunere si capacitatea redusa de aerare fac ca apa lacului sa aibS de regulS un continut mai redus de oxigen
Daca se reduce cantitatea de nutrient (in special fosforul) dupa un timp calitatea apei se imbunatateste neajungand insa la calitatea initials (se considers ca un continut Tn fosfor de 10-20 mgl este acceptabil)
Imbdtrdnirea lacurilor este fenomenul de modificare continuS a calitatii apei lacului ca urmare a noului echilibru ce se realizeazS intre aportul de substante si circulatia apei Apa care ajunge in lac este o apa cu continut ridicat de substante minerale si organice Acestea se depun se descompun intra in reactie formand substante noi cu continut de Fe N S C (H2S CH4) substante care modifies chimismul apei Pe baza aportului de substante si sub influenta luminii creste productia de masa organica (schema lacului oligotrof) Apare un fenomen nou de circulatie a apei in lac vara apa de la suprafata este calda deci mai usoarS toamna insa apa se rSceste devine mai rece decat apa de la fundul lacului (are cca 4degC sub 15 - 20 m temperature ramane relativ constants) deci devine mai grea (densitatea creste la scaderea temperaturii) si coboarS inlocuind apa mai calda de adancime apa care se ridicS (depunerile mai pot fi agitate si de valurile de la suprafata)
Pozitia captarii in lacurile adanci trebuie sa fie totdeauna in zona medie cu temperature relativ constants (6 - 12degC) si unde nu se simte direct influenta descompunerilor ce se produc la fundul lacului (sau tulbureala datS de depunerile rSacolite)
28 Procese de pre-tratare aplicarea de algicide
Algele sau cianobacteriile (algele verzi-albastre) din lacurile si acumularile de stocare pot crea probleme de gust si miros precum si aparitia unor substante ce provoaca imbolnaviri (toxine) Pentru controlul dezvoltarii algelor sau cianobacteriilor se pot folosi compusi care distrug algele (algicidele) Daca are loc un eveniment legat de utilizarea algicidelor (calitatea apei este afectata de utilizarea unui algicid) pot avea loc urmatoarele
bull daca se utilizeaza algicide in exces substanta chimica poate provoca imbolnaviri
bull daca volumul de alge sau cianobacterii este prea mare si nu poate fi controlat de algicid toxinele din alge cianobacterii pot provoca imbolnaviri
bull daca se utilizeaza ca algicid paiele de orz substantele din paie pot reactiona cu dezinfectantele si forma subproduse ce provoaca imbolnaviri
Aplicarea de algicide in sursa de apa poate prezenta riscuri pentru sanatatea si siguranta muncii operatorilor Acestea sunt recunoscute dar nu vor fi discutate deoarece astfel de riscuri fac obiectul legislatiei muncii si protectiei muncii Algele sau cianobacteriile din sursa de apa pot interfera cu functionarea statiei de tratare Un bun control al cresterii lor face sa se diminueze necesitatea pre-oxidarii Se reduce de asemenea cantitatea de dezinfectant ce se pierde in reactia cu algele sau cu substantele pe care acestea le elimina in apa
31 Alcatuirea statiilor de tratare a apei
Rolul statiei de tratare este de a corecta calitatea apei brute pana la atingerea cerintelor utilizatorului Exista o multitudine de procese de tratare care se utilizeaza in practica insa schema generala a unei statii de tratare (figura 31) cuprinde
bull trepte multiple de oxidare (pre-oxidare post-oxidare) cu scopul de a oxida compusi chimici dar si de a realiza bariere succesive in calea micro-organismelor
bull procese de limpezire a apei care constau in
o coagulare-floculare cu reactivi chimici in camere de reactie special amenajate
o decantarea apei pentru retinerea suspensiilor coagulate
o filtrarea pe strat de nisip pentru finalizarea procesului de limpezire
bull afinarea apei constituita din oxidare cu ozon urmata de adsorbtie pe carbune activ granular cu scopul indepartarii anumitor compusi chimici toxici
bull dezinfectia apei pentru indepartarea totala a virusurilor bacteriilor si altor micro-organisme din apa treapta obligatorie in Romania conform Legii privind Calitatea Apei Potabile nr 4582002
3
Pentru eliminarea duritatii se pot adopta scheme cu schimbatori de ioni sau cu reactivi chimici (var si soda) in functie de tipul duritatii (temporara sau permanenta)
Orice statie de tratare este deservita de anumite facilitati pentru intretinerea proprie Printre acestea se mentioneaza
bull statia de reactivi chimici cu rolul de a stoca prepara si doza reactivii necesari procesului de tratare (coagulanti floculanti agenti dezinfectanti corectie pH etc)
bull sisteme de spalare filtre rapide constituite din statii de pompe si de suflante
bull laborator pentru a determina corectitudinea procesului de tratare dar si calitatea apei produse
bull alte facilitati printre care se mentioneaza sisteme de recuperare a apei de la spalare filtre si a namolului din decantoare
311 Exemple de statii de tratare
O schema de tratare cu filtrare directa este prezentata in figura 32 Uzina de apa a orasului Los Angeles - SUA (Los Angeles Aqueduct Filtration Plant) are o capacitate instalata de 185 m3s filiera tratare fiind prezentata in cele ce urmeaza
bull pre-oxidare cu ozon 4 generatoare care produc 3780 kg CVzi (doza medie ozon 15 mgdm3) 4 bazine de contact (timp de contact minim 49 min)
bull coagulare (amestec rapid) 8 camere de reactie echipate cu agitatoare dinamice timp minim de amestec 086 s pentru doua camere inseriate Reactivi utilizati clorura ferica sulfat de aluminiu polimeri anionici si neionici soda caustica clor
bull floculare 36 camere de reactie lenta timp minim de reactie lenta 8 min pentru 3 bazine inseriate
bull filtrare 24 unitati (aria unei unitati A=160 m2) strat de antracit cu inaltimea de 24 m viteza de filtrare 175 mh care asigura un timp de contact de 10 minute
bull dezinfectie finala cu clor (doza maxima clor 56 mgdm3)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 3
Un alt exemplu de schema de tratare care nu cuprinde treapta de decantare este uzina de apa Ivry (Franta) modernizata in 1987 (debit instalat Q = 300000 m3zi) Dupa modernizare uzina cuprinde urmatoarele procese (figura 33)
bull pre-oxidare cu ozon doza uzuala 10 mg CVdm3
bull coagulare (amestec rapid) cu clorura ferica (5 - 10 mgdm3) si polimer anionic (0025 -005 mgdm3)
bull pre-filtrare faza I - (coagulare pe masa de contact) 18 unitati de 815 m2 strat biolit 10 m viteza de filtrare maxima 10 mh
bull floculare cu clorura ferica (2-6 mg Fe3+dm3) si polimer (005 - 10 mgdm3)
bull pre-filtrare faza II - nisip 22 unitati de 81 m viteza de filtrare 9 mh
bull filtrare lenta 30 cuve (23000 m2) viteza maxima de filtrare 13 mzi inaltime strat 07 m
bull post-ozonare timp de contact 4 minute doza uzuala 04 - 06 mg CVdm3
bull filtrare pe CAG inaltime strat 10 m viteza de filtrare 10 mh
bull dezinfectare finala cu hipoclorit de sodiu
In figura 34 este prezentata o schema tehnologica a unei uzine de apa aplicata in cateva mari uzine de tratare (Qgt2000 m3h) ce preiau apa bruta direct din fluviul Ruhr Schema asigura o eliminare optima a microorganismelor Concentratia de Cryptosporidium in apa raului Ruhr variaza de la 0 la 5 unit(100 dm3) iar concentratia chisturilor Giardia de la 8 la 250 unitdm3 Nu au fost detectate aceste organisme in treptele premergatoare dezinfectarii Se remarca prezenta treptelor de filtrare incepand cu filtrarea mecanica pe microsite in capatul amonte al filierei de tratare si continuand cu un pachet de trei trepte de filtrare (dublu strat carbune activ granular si filtre lente) care asigura o eficienta foarte mare din punct de vedere microbiologic
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 3
Figura 34 Filiera tehnologica uzina de apa Mulheim an der Ruhr
(Germania)
Un exemplu de schema tehnologica combinata (Q=32 m3s) este prezentata in figura 35 Apa bruta (fluviul Elba) este puternic incarcata in poluanti Filtrarea primara (bazine de infiltratie) reduce de cateva ori incarcarea microbiologica iar in cazul folosirii treptelor de floculare sedimentare si filtrare reducerea incarcarii microbiologice este de circa 9999
Prin curgerea in stratul subteran se obtine o apa ce se incadreaza in normele privind calitatea apei potabile Dezinfectia finala este aplicata pentru a preveni cresterea masei bacteriene in sistemele de distributie Uzina este prevazuta a fi modernizata cu treapta de oxidare cu ozon si filtre multistrat
In Elvetia sunt intalnite in principal scheme complexe de tratare avand la baza procese biologice (figura 36) Treptele de tratare clasice (pre-oxidare cu ozon coagulare-floculare filtrare rapida) sunt urmate de corectia pH-ului si postozonare in fmalul filierei de tratare se prevad reactoare biologice inseriate (filtre CAG activate biologic urmate de filtre lente) Se urmareste in principal reducerea indicatorilor biologici si bacteriologici prin reducerea concentratiilor de carbon organic asimilabil (AOC lt 10 ug Cdm ) Se remarca absenta dezinfectarii finale Se obtine o apa biostabila introducerea acesteia intr-o retea de distributie nu necesita prezenta unui dezinfectant rezidual Se asigura in acest mod o siguranta ridicata la consumator in ceea ce priveste potentialul de formare al trihalometanilor
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 3
33 Procese de oxidare
Procesele de oxidare pot fi intalnite in toate statiile de tratare in doua sectiuni caracteristice ale schemei
bull pre-oxidare in capatul amonte al filierei pentru oxidarea substantei organice plancton inactivare microorganisme obiectul principal este asigurarea functionarii optime a proceselor de tratare si evitarea contaminarii acesteia
bull post-oxidarea amplasat dupa procesele de tratare conventionale (decantare si filtrare rapida pe strat de nisip) urmareste oxidarea totala a micro poluantilor reducerea materiilor organice naturale si inactivarea totala in ape limpezi a compusilor biologici si bacteriologici
331 Pre-oxidare
In mod obisnuit se utilizeaza urmatorii agenti oxidanti clor ozon dioxid de clor 3311 Clorul(Ch)
Clorul se utilizeaza in mod uzual cu doze cuprinse in domeniul 1 - 3 mgl cu timp de contact minim Tc=30 minute in anumite situatii (inflorire algala sau poluare accidentala) dozele pot fi mai mari dar se urmareste evitarea formarii sub-produsilor organo-clorurati (de exemplu trihalometani THM) prin efectuarea de incercari pe apa sursei pentru a se stabili potentialul de formare
Clorul este adoptat frecvent datorita costurilor reduse implicate Reactia clorului trebuie urmarita cu atentie luand in consideratie agentii reducatori (H2S Mn2+ Fe3+) si materiile organice naturale in diagrama din figura 37 se poate urmari procesul de reactie al clorului in apa (clorare la breakpoint) Punctul critic se atinge daca raportul masic intre clor si amoniac variaza intre 81 -101 (teoretic 761)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 40
3312 Ozonul(03)
Ozonul este un gaz violet instabil care degaja un miros iritant caracteristic
Se produce prin descarcari electrice la diferente de potential ridicate intre doi electrozi intre care curge aer sau oxigen pur Eficienta productiei depinde de diferenta de potential frecventa caracteristicile materialului dielectric si spatiul care separa dielectricele Progresele tehnologice din ultimii 20-30 ani au condus la reducerea consumului de energie la 10 - 12 kWh 1 kg O3
Dozele uzuale de ozon sunt in gama 1 - 3 mgCVdm3 iar timpul de contact uzual este Tc=10 minute Se tinde spre adoptarea solutiei cu doua reactoare in serie ca in figura 38 Adancimea apei in reactoare poate atinge 6-75 m
Conceptual reactoarele de ozon functioneaza pe baza interceptarii curentului de apa descendent de catre voalul de bule mici de ozon in miscare ascendents
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
0
4
3313 Dioxidul de clor (CIO2)
Se poate obtine din clorit de sodiu si clor conform reactiei
2NaC102 + Cl2rarr2C102 + 2NaCl (31)
Stoechiometric 1 g dioxid de clor se obtine din 134 g clorita de sodiu si 05 g de clor
Este instabil si exploziv la temperaturi T gt (-40degC) Se produce imediat inainte de injectia in apa La 20degC si presiune partiala de 53 kPa solubilitatea este 4 gdm3
Avantajele utilizarii CIO2 sunt
bull nu formeaza sub-produsi de tip trihalometani (THM)
bull are putere oxidanta mai buna oxideaza fenoli si este foarte eficace la pH peste 85
Dozele utilizate frecvent 01 - 05 mgl timpul de contact fiind Tc = 10 min Se mentioneaza ca pentru doze mai mare de 05 mgl exista riscul formarii de sub-produsi de tip clorati
Reactoarele de pre-oxidare utilizeaza agitatoare mecanice (rezistente la coroziune) care asigura amestecul mecanic cu randamente ridicate intre apa de tratat si solutia de CIO2
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 4
332 Post-oxidare
In filierele de tratare se dezvolta din ce in ce mai mult conceptul de post-oxidare cu ozon pe apa limpezita dupa filtrele rapide de nisip pentru ca eficienta transferului creste se reduc dozele de ozon si oxidarea micro-poluantilor devine mai eficienta
incadrarea procesului de post-oxidare in schema statiei de tratare se realizeaza totdeauna ca infigura 310 n
Dozele de 03 in post-oxidare nu depasesc 2 mgl Principiile reactoarelor de ozon sunt identice cu cele utilizate in pre-oxidare
Post-oxidarea cu ozon combinata cu adsorbtia pe CAG este procesul (denumit afinare) capabil sa asigure
- eliminare totala compusi biologici microbiologici si micropoluanti
- reducere materiilor organice naturale astfel incat TOC lt 25 g Cl
- eliminare pesticide
333 Alegerea oxidantului
Alegerea oxidantului se bazeaza pe analiza calitatii apei caracterizarea marimii poluarii care poate apare (continut materii organice naturale carbon organic total numar de microorganisme perioade duraf deg ce aparitie)
Alegerea agentului oxidant are la baza costuri si implicatii in filiera tehnologica
Tabelul 35 Caracteristici principale Tn alegerea oxidantilor Nr crt
Oxidant Avantaje Dezavantaje
1 Clor-Cl2 - costuri reduse- cunoastere operare- este remanent (rezidual) in reteaua de
distributie
formeaza THM - necesita timpi de contact mari
2 Dioxid de clor - C102 - capacitate de oxidare mai ridicata in raport cu Cl2
- nu formeaza THM- este remanent (rezidual) in reteaua de
distributie
- necesita preparare si dozare instantanee- la doze prea mari poate forma cloraticosturi mai mari in raport cu Cl2
3 Ozon - 03 - cea mai mare capacitate de oxidare- nu formeaza THM
- necesita preparare si dozare instantaneeconsumuri energetice mari- poate forma subprodusi de tip bromaji sau
aldehide- nu este remanent (rezidual) in reteaua de
distributie
4
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 4
Figura 311 Fortele
ce actioneaza asupra
particulelor aflate Tn
apa
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
3511 Deznisipatoare
Sunt destinate sa retina particulele de tip nisip pentru protectia utilajelor din schema statiei de tratare Schema unui deznisipator orizontal este data in figura 313
Figura 313 Deznisipator orizontal longitudinal
1 Gratar 2 Bare de linistire 3 Nisa pentru reparatii Tn caz de avarie 4 Stavilar de intrare 5 Vane de golire 6 Stavilarde iesire 7 Galerie de golire
In zona de intrare a apei in deznisipator se monteaza un gratar rar pentru impiedicarea accesului corpurilor mari in interiorul bazinului Pentru linistirea curentului se monteaza bare verticale de linistire Peretii laterali ai deznisipatorului se executa cu evazare catre exterior pentru a permite preluarea impingerilor survenite din podul de gheata care se formeaza pe timp de iarna la suprafata bazinului Panta radierului bazinului trebuie sa permita evacuarea depunerilor in zona din aval a bazinului Evacuarea depunerilor se poate realiza cu mai multe sisteme
bull prin hidro-mecanizare cu scoaterea din functiune a unui compartiment
bull prin golirea totala a compartimentului (numai pentru debite foarte reduse)
bull cu electro-pompe speciale purtate de o grinda rulanta
3512 Decantoare statice
Sunt destinate surselor cu variatii mari de turbiditate la care 50 - 60 din suspensii sunt de natura minerala (gravimetrice) in figura 314 se prezinta schema unui decantor orizontal longitudinal Elementele principale ale bazinului sunt
bull zona de intrare in care se gaseste un perete de linistire a curentului in partea superioara respectiv canalul de evacuare a depunerilor in partea inferioara
bull decantorul propriu-zis cu radier cu panta catre basa de evacuare a namolului amplasata in zona incipienta a bazinului
bull zona de evacuare a apei decantate care este bordata de un gratar cu rolul impiedicarii accesului plutitorilor
Curatirea decantoarelor orizontale se realizeaza
bull Intermitent prin golire si evacuare depuneri hidraulic sau mecanic
bull Continuu cu ajutorul podurilor racloare care strang depunerile in base special amenajate
Dificultatile in operarea decantoarelor statice se pot sintetiza
bull sunt influentate de factori atmosferici vant gheata insorire
bull miscarea este turbulenta ca structura si particule fine pot fi repuse in stare de suspensie
bull echilibrarea fluxului hidraulic se realizeaza cu dificultate
bull eficienta retinerii nu depaseste 10-15 NTU la apa decantata
37 Filtrarea apei - generalitati
Filtrarea este procesul de limpezire finala a apei (stadiul II) la curgerea printr-un mediu poros de obicei format din nisip cuartos Procesul simuleaza infiltratia apelor superficiale in mediile poroase din subsolul pamantului Procesul este cunoscut si aplicat de mult timp (primul brevet s-a emis in 1830)
Schema generala (figura 323) indica filtrul ca fiind format dintr-un bazin (cuva) in care apa curge in sens descendent traverseaza mediul poros sustinut de un drenaj si ajunge intr-un rezervor de apa filtrata amplasat sub drenaj Sistemul este dotat cu toate instalatiile de introducere -prelevare apa preaplin si golire
Parametrii fundamentali ai procesului de filtrare sunt
bull viteza de filtrare definita (ca viteza aparenta) cu relatia urmatoare
vF = Q A [ m h ] [mzi] (313)
In care
Q - debitul de apa filtrata
A - suprafata orizontala a stratului filtrant in
functie de viteza de filtrare se pot clasifica in
o filtre lente (biologice) - VF = 01 - 025 [mh]
o filtre rapide - vF = 4 - 10 [mh|
o filtre ultra-rapide
bull mediul filtrant - in general nisip cuartos care sa realizeze prin uniformitatea granulelor un volum de goluri in care sa se acumuleze suspensia retinuta din apa caracteristicile sunt diferite pe tipuri de filtre
bull pierderea de sarcina (hr) exprimata ca diferenta intre nivelul apei in cuva filtrului si nivelul apei in rezervorul de apa filtrata este data de colmatarea stratului si este variabila in timp
49
38 Filtre lente
Se bazeaza pe formarea unei membrane biologice constituita din colonii de bacterii aerobe -amplasata la suprafata stratului de nisip (pe primii 2-3 cm) Elementul fundamental este dezvoltarea membranei (in 1 - 3 zile) functie de caracteristicile apei Dupa o perioada (30 - 50 zile) membrana se colmateaza si incepe sa se rupa degradand calitatea apei Aceasta se razuieste (se curata) manual sau mecanic si procesul este reluat In figura 52 se indica schema unui filtru lent
Dispoizitiv de curatat_____________________________membrana biologtca
Figura 325 indica tipurile de organisme care pot fi intalnite pe o adancime de 30 cm in nisipul filtrului lent
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
Nisipul din filtrul lent trebuie sa aiba urmatorii parametri
bull granulozitatea in domeniul dg = 035 - 050 mm
bull coeficientul de neuniformitate ult 15
(314)
In care d6o - diametral ochiurilor sitei prin care trece 60 din materialul cernut
d1o - diametral ochiurilor sitei prin care trece 10 din materialul cernut
01
50
bull inaltimea stratului de nisip H=90-100 cm cand grosimea stratului de nisip ajunge dupa curatiri succesive la 70 - 80 cm este necesara completarea la inaltimea initiala
Solutia filtrelor lente se prevede la debite relativ mici (max 10000 m zi) si surse de apa in general curate (lipsite de alge culoare poluanti toxici) Se pot obtine rezultate performante la ape necoagulate Operarea sistemelor de filtre lente este simpla Procesul de filtrare lenta este asimilat cu procese fizice si biologice Acestea din urma necesita o atentie si urmarire continua in etapele de operare a filtrelor in special referitor la starea coloniilor de bacterii aerobe din membrana biologica
310Filtre rapide
In figura 326 se prezinta schema unui filtru rapid Acesta este constituit din urmatoarele elemente componente
bull sistem admisie apa in cuva - are rolul echirepartitiei debitului catre cuvele de filtre
bull stratul filtrant peste care exista un strat de apa
bull drenaj cu rolul de a sustine stratul filtrant si de a transforma bulele mari in bule fine in procesul de spalare inversa
bull sistem de mentinere a nivelului apei in filtru (pentru filtrele cu functionare in sistem nivel constant si debit variabil)
bull statie de pompare apa de la spalare filtre si statie de suflante
bull instalatii hidraulice grupate in galeria tehnologica cu rolul de a asigura toate utilitatile necesare functionarii corecte a procesului (conducte si vane apa filtrata apa spalare aer spalare preaplin golire etc)
bull rezervor de apa filtrata amplasat de obicei sub toata statia sau in anumite cazuri numai sub galeria tehnologica
Procesul consta in doua etape
bull filtrarea apei parcurgand in sens descendent stratul de nisip si drenajul
bull spalarea filtrului in sens ascendent in doua faze distincte
o faza 1 (durata Ti=5-10 min)
o faza 2 - limpezire (durata Ti=10-15 min)
51
in ultimii 30-40 de ani in lume a existat o preocupare constants pentru perfectionarea procesului in sensul obtinerii performantei in calitatea apei filtrate (turbiditatea sa se incadreze in domeniulOl - 10 NTU)
Mecanismele de retinere in filtrele rapide se pot sintetiza ca in schema urmatoare
3101 Mediul filtrant
Calitatile materialului filtrant sunt urmatoarele
bull domeniul de granulozitate dg = 085 - 2 mm
bull coeficientul de neuniformitate u=d6odio lt 15
bull fractiunile inferioare diametrului 085 mm si superioare dmax 2 mm inferioare procentual la 10 in greutate
bull diametrul efectiv def = dio = 09-1 mm
bull sa realizeze un numar de goluri (porozitate) mare (pgt40)
bull forma granulelor apropiata de sfera pentru obtinerea unui grad de acoperire ridicat
bull continut de roci cuartoase recomandabil peste 95
bull sa aiba duritate (gt 7 in scara Mohs) pentru a nu se sfarama la spalare
Calitatea materialului filtrant influenteaza viteza de filtrare O serie de studii au indicat domeniul optim de granulozitate al nisipului de filtru conform figurii 328
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 52
3102 Calitatea influentului fn corelatie cu materialul filtrant
Pentru realizarea unei retineri eficiente a suspensiilor se impune ca in influentul filtrelor acestea sa fie floculate Aceasta se caracterizeaza prin coeficientul de coeziune al suspensiilor floculate (namol retinut) aceasta caracterizeaza capacitatea de rezistenta la forfecare si depinde de doza de floculant si natura (minerala sau organica a suspensiilor)
Procesul de optimizare a filtrarii rapide a apei ia in considerate principiul un filtru va functiona optim cand va produce cea mai mare cantitate de apa intre doua spalari succesive aceasta se va realiza cand timpul in care se atinge pierderea de sarcina limita este egal cu timpul in care se calitatea apei filtrate se inrautateste la limita maxim acceptabila (Ti = T2) sau penetrarea impuritatilor in interiorul masei filtrante se va efectua cu aceeasi viteza cu care creste pierderea de sarcina Expresiile celor doua perioade au fost determinate de cercetatorii Richard si Croce-Spinelli
Tx = a bull σ - 0 9 5 bull k-075bull def-045bull h0
n95bull v -185 (316)
T l = b bull σ-075 k - 0 7 5 bull dlef
1 5 Δhr05 bull vF
-065 (317)
In care Ti - perioada in care turbiditatea apei filtrate atinge valoarea limita (1 NTU)
T2 - perioada in care se atinge pierderea de sarcina limita (15 - 18 m)
a b - coeficienti empirici (experimentali)
hn - grosime strat nisip
Δhr- viteza de crestere a pierderii de sarcina
INSPECTIA SANITARA SI MOMTORIZAREA CALITATII APEI
VF - viteza de filtrare
k - coeficient de coeziune al namolului
a - depozitul specific (volumul de suspensii raportat la volumul de material filtrant)
Se constata ca fiecare filtru poate conduce la un ciclu optim functie de calitatea nisipului grosimea stratului calitatea flocularii suspensiilor din apa influenta si viteza de filtrare
3103 Variatia pierderii de sarcina
Urmarirea pierderii de sarcina este importanta pentru ca poate pune in evidenta functionarea filtrului Operarea optima a unui filtru se realizeaza prin urmarirea in timp a variatiei pierderii de sarcina si turbiditatii Masurile pentru realizarea acestui optim sunt
53
bull reducerea vitezei - cele mai performante filtre lucreaza cu viteze de filtrare variabile astfel incat colmatarea stratului sa se realizeze fara socuri
bull adaugarea unui polimer (doze 01 - 02 mgl) in influent pentru a mari rezistenta particulelor floculate
bull imbunatatirea calitatii nisipului
Presiune (m col H20)
Figura 329 Estimarea pierderii de sarcina Tn
stratul filtrant
3104 Spalarea filtrelor
Se realizeaza in contra curent de apa si aer comprimat Elementele tehnice care intervin esential in obtinerea performantelor spalarii sunt
bull calitate drenaj - din punct de vedere al uniformitatii debitelor de apa si aer
bull colectarea uniforma a apei de la spalare
bull metoda de spalare care sa asigure eliminarea totala a suspensiilor retinute in strat cu resurse minime
bull drenaj de mare rezistenta hidraulica (cu placi cu crepine)
Se bazeaza pe principiul introducerii unei rezistente hidraulice de 15 - 20 cm coloana de apa (reducerea brusca de sectiune la intrarea apei in tija crepinei) care asigura uniformizarea intensitatilor de spalare pe suprafata cuvei (abateri de plusmn 3-5) In figura 330 se prezinta schema drenajului cu placi cu crepine
Se pun conditii severe din punct de vedere constructiv pentru realizarea drenajului
bull asigurarea etansarii perfecte
bull asigurarea cotei exacte si unice pentru pozitia orificiilor de aer
bull rezistenta cosurilor crepinelor
bull asigurarea formarii unui nivel de separatie apa - aer uniform si constant pe toata suprafata cuvei
Cele mai performante filtre din punct de vedere al spalarii sunt filtrele cu baleiaj la spalare (figura 331)
INSPECTIA SANITARA SI MOMTORIZAREA CALITATII APEI
55
55
in perioada de spalare a filtrului nivelul in cuva se afla la cota NS jgheaburile J nu mai deverseaza si prin orificiile de la baza jgheaburilor se creeaza un curent de baleiaj (1-2 dm3sm2) cu apa decantata care impinge suspensiile spre jgheabul de colectare Se reduc astfel timpii de spalare (cu 50) si intensitatile si volumele de apa de spalare
Prin curgerea ascendenta a aerului masa de nisip vibreaza si peliculele de namol se desprind de granule Curentul ascendent de apa le antreneaza Spalarea numai cu aer induce vibrarea masei de nisip si depunerea namolului in zona inferioara a stratului De aceea este contraindicata spalarea numai cu aer in faza 1
In general echipamentele pentru asigurarea debitelor apa de spalare se adopta un utilaj (pompa) in faza 1 si inca o pompa de acelasi tip pentru faza a Il-a
3105 Asigurarea repartitiei uniforme a influentului
Pentru asigurarea repartitiei uniforme a apei decantate se utilizeaza diverse sisteme Cel mai performant este sistemul cu deversori neinecati conform cu schema din figura 332
3106 Sistemele hidraulice
Sistemele hidraulice asigura deservirea statiei de filtre atat in procesul de filtrare cat si in procesul de spalare Acestea se vor dimensiona conform vitezelor economice prezentate in tabelul urmator
3107 Reglajului debitului si nivelului de apa in cuva
Pentru filtrele care functioneaza cu nivel constant si debit variabil este foarte important ca nivelul apei in filtru se fie mentinut pseudo-constant Aceasta se asigura cu diverse sisteme de plutitori (regulator de nivel amonte) care comanda vana de pe conducta de apa filtrata sau cu sisteme electronice si hidraulice conform figurii 333
Figura 333 Sistem de reglare electronic al nivelului apei Tn filtru
Legends 1 Strat filtrant 2 Vana apa filtrata 3 Parghie comanda vana 4 Electrovana de comanda 5 Regulator electronic 6 Senzor de presiune pentru nivel filtru 7 Senzor de presiune sub planseu 8 Potentiometru 9 Indicator de
colmatare 10 Alimentare cu fluid de comanda
313 Afin area apei
Procesul de afmare a apei este constituit din combinatia intre procesul de post-oxidare cu ozon a apei filtrate urmat de adsorbtie pe carbune activ granular
3131 Post-oxidarea cu ozon
Ozonul (O3) se obtine din aer sau oxigen supus la descarcari electrice printr-un dielectric In figura 334 se prezinta un element dintr-un ozonor
figura 334 Element tubular de ozonor
1 - Intrare gaz vector (aeroxigen) 2 3 - Electrozi 4 - Dielectric 5 - Spatiu de descarcare electrica 6 - Gaz vector +
ozon 7 - Apa racire
Diferentele de potential la care se lucreaza sunt cuprinse intre 6000 - 18000 V functie de natura si grosimea dielectricului marimea spatiului de descarcare si presiunea absoluta de functionare
Concentratiile de ozon in gazul vector obisnuite sunt
bull 10-40gm - in cazul utilizarii aerului
bull 10-140 gm3 - in cazul utilizarii oxigenului
Pentru a realiza concentratii optime si stabilitatea procesului se cere punct de roua -60degC -80degC
Energia specifics pentru productia de ozon
bull 13-18 kWhkg O3 - produs din aer
bull 8-10 kWhkg O3 - produs din oxigen
Actiunea O3 asupra apelor de consum se poate sintetiza
bull imbunatatirea calitatilor organoleptice (gust miros culoare)
bull activitate bactericide si virulicida
bull oxidarea materiilor organice
bull oxidare micro-poluanti
bull imbunatatirea biodegradabilitatii in amonte de CAG
3132 Adsorbtie pe carbune activ granular (CAG)
Carbunele activ se poate obtine din carbuni minieri sau din coaja de nuca de cocos Majoritatea carbunilor minieri pot fi convertiti in carbune activ insa proprietatile carbunelui activ depind esential de calitatea initiala a carbunilor in special in ceea ce priveste duritatea acestora in acest sens se utilizeaza adesea coaja nucilor de cocos pentru fabricarea carbunelui activ
Exista o multitudine de procese de fabricare a carbunelui activ insa eel mai dezvoltat este piroliza urmata de activarea cu gaze de oxidare Piroliza (carbonizarea) presupune incalzirea materialului la temperaturi intre 600 si 900 degC in absenta aerului Pentru obtinerea unei porozitati ridicate se pot utiliza adaosuri de cloruri metalice (de exemplu ZnCl) Piroliza poate reprezenta unicul pas de activare in cazul in care se doreste obtinerea unui material cu 0 porozitate ridicata
A doua etapa este cea de oxidare care se realizeaza de obicei cu abur sau uneori cu aer Temperaturile sunt uzuale in gama de 600 - 900 degC Pe parcursul acestei etape se realizeaza 0 erodare a suprafetei interne a carbunelui si dezvoltarea unei retele extensive de micropori care cresc capacitatea de adsorbtie
58
Printre proprietatile principale ale carbunelui activ se enumera continutul de cenusa umiditatea densitatea marimea particulelor duritatea volumul si distributia dupa marime a porilor suprafata interna
31321 Continutul in cenusa
Continutul in cenusa este reprezentat de reziduul obtinut prin calcinarea la temperatura de 954 degC timp de 3 ore in aer Uzual continutul de cenusa variaza intre 3 si 10 Pentru reducerea cantitatii de cenusa se poate utiliza spalarea cu acid
31322 Umiditatea
Umiditatea se determina prin uscarea in cuptor timp de 3 ore a unei cantitati de 5 sau 10 g de carbune activ la temperatura 150 degC Se determina greutatea inainte si dupa uscare si racire in exicator Umiditatea in vrac a carbunelui activ este recomandabil sa fie limitata la maxim 5
31323 Densitatea
Sunt mai multe tipuri de densitati printre care se mentioneaza densitatea in vrac densitatea aparenta densitatea particulei si densitatea reala Densitatea in vrac sau densitatea aparenta reprezinta greutatea carbunelui activ uscat raportata la volumul pe care acesta il ocupa Aceasta se determina prin umplerea unui cilindru cu volumul de 100 ml cu carbune prin cadere libera dintr-o masina vibratoare si cantarirea volumului respectiv Valorile uzuale sunt in gama 05 - 06 gml pentru carbune activ fabricat din carbune minier respectiv 024 - 030 mg1 pentru carbune activ fabricat din lemn
Densitatea particulei reprezinta densitatea unei particule singulare Volumul pe care se bazeaza include volumul porilor precum si volumul materialului Densitatea particulei se determina in mod uzual cu mercur la presiunea atmosferica (mercurul umple spatiile goale din particula de carbune activ dar nu umple porii) Valorile uzuale sunt in gama 074 - 080 gml
Densitatea reala sau densitatea scheletului este cea determinate numai pe materialul (carbunele) propriu-zis Pentru determinarea acesteia se utilizeaza uzual o metoda de inlocuire cu heliu (heliul intra practic in toti porii materialului) Valorile uzuale sunt in gama 21 - 22 gml
31324 Marimea particulelor
Aceasta se determina prin cernerea a 100 sau 200 g de carbune printr-un sistem de site mecanice timp de 10 minute dupa care se cantaresc retinerile pe fiecare sita in parte Carbunele activ pudra se incadreaza de obicei in domeniul 005 mm - 15 mm
31325 Friabilitatea
Capacitatea carbunelui activ de a rezista la abraziune este unul dintre parametrii cei mai importanti Procedura de determinare a friabilitatii carbunelui activ presupune determinarea granulozitatii acestora inainte si dupa testul propriu-zis care consta in concasarea succesiva a carbunelui intr-un recipient alaturi de bile de otel inoxidabil Valorile uzuale ale indicelui de friabilitate sunt 65 - 80 (practic 70 - 75) ceea ce atesta faptul ca materialul este foarte usor friabil si este necesar atentie la procedura de spalare
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATIIAPEI 59
31326 Volumul si distributia dupa marime a porilor
Volumul porilor reprezinta volumul total al porilor din particula de carbune activ granular raportat la greutate Valorile uzuale sunt de ordinul 08 - 12 mlg pentru carbune activ fabricat din carbuni minieri respectiv 22-25 mlg pentru carbune activ fabricat din lemn Volumul total al porilor poate fi determinat printr-un test de adsorbtie cu azot desfasurate astfel incat azotul condensat sa intre in totalitate in porii carbunelui
Carbunele activ confine o structura complexa de pori de forme si marimi diferite Porii au de obicei o geometrie neregulata si sunt interconectati Dimensiunile porilor sunt uzual intre 10 A si 100000 A (001 cm) Distributia dupa marime a porilor depinde de tipul de material utilizat si de metoda si de durata procesului de activare
31327 Suprafata internaSuprafata interna a materialelor poroase in general se determinS cu ecuatia BET stabilita de
Brunauer Emmett si Teller Ecuatia descrie formarea de strate multiple de gaz condensat care apar atunci cand un gaz adsorbabil (de exemplu azotul) este in contact cu materialul poros Intr-un astfel de test se utilizeaza azot la temperatura de fierbere si presiunea atmosferica (-196 degC sau 77 K)
Ecuatia BET (expresia 318) a fost derivata presupunand urmatoarelebull rata de condensare a moleculelor din primul strat este egala cu rata de evaporare a
moleculelor din zonele acoperite cu un singur strat de moleculebull caldura de adsorbtie peste primul strat este constants si egala cu caldura de lichefiere
qqm=b(PPS)(1-PPs)(1-PPS+bPPS) ( 3 1 8 )
In care Ps - presiunea de vaporizare la saturatie la temperatura utilizata in test uzual 1 atm
q - cantitatea de substanta adsorbita la presiunea P
qm - cantitatea de substanta adsorbita numai cand se constata acoperirea totala a suprafetei cu un strat monomolecular
b - constanta determinata experimental
In figura 336 se prezinta o relatie tipica intre marimea porilor si suprafata totala Suprafata cumulativa este data de insumarea suprafetelor tuturor porilor cu un diametru dat sau mai mare Se remarca faptul ca marea majoritate a suprafetei este atribuita porilor de mici dimensiuni
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI60
3133 Teste uzuale de adsorbtie
In practica se utilizeaza o serie intreaga de teste pentru a determina capacitatea de adsorbtie pentru diferite tipuri de carbune activ Printre acestea se mentioneaza
- Indicele Iod reprezinta cantitatea de iod in miligrame pe gram adsorbit de un carbune activ la echilibru cu o solutie I2-KI cu concentratia 002 N indicele iod indica suprafata totala a porilor cu diametru de 10 A sau mai mare valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 800 - 1000 mgg
Indicele Melasa reprezinta un indicator al puterii de decolorare a carbunelui activ granular in contact cu 0 solutie de melasa la fierbere indicele melasa este in stricta legatura cu suprafata totala a porilor cu diametrul mai mare de 28 A valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 200 - 300
- Indicele Albastru de Metilen reprezinta cantitatea de albastru de metilen adsorbita de 1 g de carbune activ la echilibru in contact cu o solutie cu concentratia 1 mg1 de albastru de metilen Albastrul de metilen are greutatea moleculara 320 si indica suprafata totala a porilor cu diametrul de 15 A
- Activitatea tetraclorurii de carbon tetraclorura de carbon CC14 este un compus molecular mic si poate intra in toti porii In acest test un curent de aer este saturat cu CCI4 la 0 degC si este trecut printr-un strat de carbune activ mentinut la 25 degC pana cand nu se mai detecteaza nici o schimbare in greutate Activitatea este greutatea CCI4 adsorbita pe unitatea de greutate de carbune activ exprimata procentual Valorile uzuale ale acestui indicator sunt in gama 60 -80
- Indicele butan este similar activitatii tetraclorurii de carbon valoarea acestuia este exprimata grame de butan adsorbite pe 100 ml carbune activ valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 7 - 8 g 100 ml carbune activ
- Indicele FINAD stabilit de cercetatorul C Gomella si reprezinta un produs al mai multor indici F - fenol I - iod N - indol A - antipirina D - detergent
316 Deferizarea si demanganizarea apei
Fierul (Fe) si manganul (Mn) sunt elemente care se gasesc frecvent in mediul subteran si in apa apar in concentratii pana la 10 mg1 (Fe) si 2 mg1 (Mn) Prezenta fierului si manganului in apele potabile pot genera urmatoarele probleme
bull produce gust metalic dezagreabil
bull coloreaza tesaturile si echipamentele sanitare
bull formeaza precipitate in conducte care favorizeaza dezvoltarea bacteriilor feruginoase (Chrenothrix) acestea modifica regimul hidraulic calitatea apei distribute si favorizeaza fenomenele de coroziune
3161 Echilibrul fierului si manganului in apa
Fierul si manganul sunt prezente dizolvate in solutiile apoase sub forma Fe2+si Mn2+ Concentratia in oxigen a apelor subterane care contin Fe si Mn este nula Din namolurile situate in
2+ ~
zona anaeroba din hipolimnion se elibereaza ioni de Fe2+ si Mnz+ in apele lacurilor In numeroase ape naturale se remarca prezenta Fe3+ asociata cu substantele humice Stabilitatea fierului si manganului in apa depinde de numeroase variabile
bull pH-ul apei
bull concentratia diferitelor elemente chimice
bull potentialul de oxido-reducere (Eh) al solutiei
In figura 341 se prezinta diagrama de stabilitate a formelor fierului in solutie in aceasta diagrama o curba (linie) reprezinta locul geometric pentru care concentratia celor doua substante este aceeasi De exemplu linia 1 reprezinta solutia pentru care O2 si H2O au aceeasi valoare Aria cuprinsa intre curbele 1 si 2 reprezinta aria de stabilitate a compusilor de Fe Chimia manganului este asemanatoare cu cea a Fe Astfel la pH si Eh reduse Fe si Mn sunt stabile in forme bivalente
apa curgatoare Barajul care realizeaza lacul de compensare este din materiale locale cu un sistem de stavile pentru spalarea depunerilor de viitura (figura 219)
In figura 220 este schitata captarea dintr-un lac al carui baraj este executat din materiale locale cu miez de etansare din argila Captarea se executa total izolat de baraj (in malul natural sau in lac figura 221 - pentru a nu-i produce dificultati barajului prin exfiltrarea apei pe langa sistemul de transport al apei) si pentru ca priza sa nu aiba dificultati la tasari neuniforme ale barajului Apa captata din priza turn de la cote diferite functie de calitatea acesteia este evacuata prin conducte sau galerii amplasate in malul natural
Acest tip de captare poate fi aplicata si in alta pozitie in cuprinsul lacului pentru beneficiari riverani - amonte de baraj
Cand principala folosinta a lacului este de combatere a undei de viitura captarea poate avea o forma speciala (figura 222) Captarea este amplasata la o cota deasupra rezervei destinata acumularii depunerilor din lac si trebuie sa evite blocarea cu corpuri mari ce pot cadea prin apa intrucat nu este accesibila decat la ape mici - lac gol sau lac golit
263 Captari in lac
Se utilizeaza atunci cand in amplasament nivelul apei este asigurat intotdeauna deasupra unor valori limita Se pot practica o captare de tip turn (figura 221) cand debitul captat este important iar nivelul lacului relativ constant o captare plutitoare cand alimentarea cu apa este sezoniera sau conditiile de iarna nu sunt severe o captare de fund cand lacul este de adancime mare si cu un volum de apa important (figura 223a)
Captarea de fund este formata dintr-un sorb (pot fi prevazute mai multe asemenea constructii separate) asezat pe o confectie metalica stabila de tip tetrapod Se amplaseaza deasupra nivelului (apreciat) de colmatare si sub nivelul minim al apei din lac (acoperire mai mare pentru a o feri de plutitori) Zona captarii va fi balizata pentru a fi ferita de accesul plutitorilor si a putea fi usor reperata pentru control se marcheaza si zona de protectie daca este cazul Conducta de legatura (suficient de elastica daca are lungime mare) se lanseaza prin plutire si poate permite ridicarea prizei in caz de nevoie Captarea va fi amplasata la o asemenea adancime incat sa nu fie deplasata de valuri si totodata nu intr-o zona in care valurile pot pune in miscare depunerile de pe fund si deteriora calitatea apei Captarea este tipica pentru prelevarea apei din lacurile naturale (figura 223b)
Existenta lacurilor de acumulare ridicS probleme importante sub trei aspecte generale aspecte care pot influenta calitatea apei captate siguranta in functionare a prizei sau si a zonelor vecine
bull pentru lacurile mici problema cea mai importanta este legata de colmatarea cu aluviuni lipsa masurilor de protejare amenajare si stabilizare a solului in bazinul hidrografic conduce la antrenarea unei mari cantitati de sol (mai ales fertil) care blocheaza in scurt timp volumul lacului
bull pentru lacurile cu volum mediu (milioane de m3) problema cea mai importanta este eutrofizarea apei lacului
bull pentru lacurile mari (sute de milioane m3) problema importanta este imbdtrdnirea lacului (o eutrofizare lenta avand ca punct final obtinerea unei ape de calitate total deosebitS de aceea a raului din care pro vine)
Eutrofizarea lacurilor este o problema acuta a multor lacuri din zone de ses si colinare Cauza principals este aportul de substante fertilizante (fosfor carbon azot) Fosforul (adus in apa in special din apele uzate orSaenesti - neepurate adecvat) in cantitSti mici favorizeaza randamentul de functionare a fitoplanctonului care la randul lui favorizeazS fixarea azotului cu ajutorul bacteriilor Dezvoltarea fitoplanctonului favorizeazS dezvoltarea zooplanctonului si deci a populatiei de pesti
DacS fluxul energetic si aportul de substante este moderat atunci ciclul se incheie devine stabil si lacul isi pSatreaza calitatea de lac oligotrof (figura 224a) In cazul in care cantitatea de fosfor creste creste volumul de fitoplancton deoarece nu exista suficient azot si lantul se rupe Zooplanctonul si pesti mor substantia organicS creste bacteriile consumS oxigenul si lacul devine eutrof acoperindu-se cu vegetatie (care are rSdacinile in malul situat pe fundul lacului si frunzele la suprafata realizand fotosinteza figura 224b) Consumarea oxigenului de cStre substantele in descompunere si capacitatea redusa de aerare fac ca apa lacului sa aibS de regulS un continut mai redus de oxigen
Daca se reduce cantitatea de nutrient (in special fosforul) dupa un timp calitatea apei se imbunatateste neajungand insa la calitatea initials (se considers ca un continut Tn fosfor de 10-20 mgl este acceptabil)
Imbdtrdnirea lacurilor este fenomenul de modificare continuS a calitatii apei lacului ca urmare a noului echilibru ce se realizeazS intre aportul de substante si circulatia apei Apa care ajunge in lac este o apa cu continut ridicat de substante minerale si organice Acestea se depun se descompun intra in reactie formand substante noi cu continut de Fe N S C (H2S CH4) substante care modifies chimismul apei Pe baza aportului de substante si sub influenta luminii creste productia de masa organica (schema lacului oligotrof) Apare un fenomen nou de circulatie a apei in lac vara apa de la suprafata este calda deci mai usoarS toamna insa apa se rSceste devine mai rece decat apa de la fundul lacului (are cca 4degC sub 15 - 20 m temperature ramane relativ constants) deci devine mai grea (densitatea creste la scaderea temperaturii) si coboarS inlocuind apa mai calda de adancime apa care se ridicS (depunerile mai pot fi agitate si de valurile de la suprafata)
Pozitia captarii in lacurile adanci trebuie sa fie totdeauna in zona medie cu temperature relativ constants (6 - 12degC) si unde nu se simte direct influenta descompunerilor ce se produc la fundul lacului (sau tulbureala datS de depunerile rSacolite)
28 Procese de pre-tratare aplicarea de algicide
Algele sau cianobacteriile (algele verzi-albastre) din lacurile si acumularile de stocare pot crea probleme de gust si miros precum si aparitia unor substante ce provoaca imbolnaviri (toxine) Pentru controlul dezvoltarii algelor sau cianobacteriilor se pot folosi compusi care distrug algele (algicidele) Daca are loc un eveniment legat de utilizarea algicidelor (calitatea apei este afectata de utilizarea unui algicid) pot avea loc urmatoarele
bull daca se utilizeaza algicide in exces substanta chimica poate provoca imbolnaviri
bull daca volumul de alge sau cianobacterii este prea mare si nu poate fi controlat de algicid toxinele din alge cianobacterii pot provoca imbolnaviri
bull daca se utilizeaza ca algicid paiele de orz substantele din paie pot reactiona cu dezinfectantele si forma subproduse ce provoaca imbolnaviri
Aplicarea de algicide in sursa de apa poate prezenta riscuri pentru sanatatea si siguranta muncii operatorilor Acestea sunt recunoscute dar nu vor fi discutate deoarece astfel de riscuri fac obiectul legislatiei muncii si protectiei muncii Algele sau cianobacteriile din sursa de apa pot interfera cu functionarea statiei de tratare Un bun control al cresterii lor face sa se diminueze necesitatea pre-oxidarii Se reduce de asemenea cantitatea de dezinfectant ce se pierde in reactia cu algele sau cu substantele pe care acestea le elimina in apa
31 Alcatuirea statiilor de tratare a apei
Rolul statiei de tratare este de a corecta calitatea apei brute pana la atingerea cerintelor utilizatorului Exista o multitudine de procese de tratare care se utilizeaza in practica insa schema generala a unei statii de tratare (figura 31) cuprinde
bull trepte multiple de oxidare (pre-oxidare post-oxidare) cu scopul de a oxida compusi chimici dar si de a realiza bariere succesive in calea micro-organismelor
bull procese de limpezire a apei care constau in
o coagulare-floculare cu reactivi chimici in camere de reactie special amenajate
o decantarea apei pentru retinerea suspensiilor coagulate
o filtrarea pe strat de nisip pentru finalizarea procesului de limpezire
bull afinarea apei constituita din oxidare cu ozon urmata de adsorbtie pe carbune activ granular cu scopul indepartarii anumitor compusi chimici toxici
bull dezinfectia apei pentru indepartarea totala a virusurilor bacteriilor si altor micro-organisme din apa treapta obligatorie in Romania conform Legii privind Calitatea Apei Potabile nr 4582002
3
Pentru eliminarea duritatii se pot adopta scheme cu schimbatori de ioni sau cu reactivi chimici (var si soda) in functie de tipul duritatii (temporara sau permanenta)
Orice statie de tratare este deservita de anumite facilitati pentru intretinerea proprie Printre acestea se mentioneaza
bull statia de reactivi chimici cu rolul de a stoca prepara si doza reactivii necesari procesului de tratare (coagulanti floculanti agenti dezinfectanti corectie pH etc)
bull sisteme de spalare filtre rapide constituite din statii de pompe si de suflante
bull laborator pentru a determina corectitudinea procesului de tratare dar si calitatea apei produse
bull alte facilitati printre care se mentioneaza sisteme de recuperare a apei de la spalare filtre si a namolului din decantoare
311 Exemple de statii de tratare
O schema de tratare cu filtrare directa este prezentata in figura 32 Uzina de apa a orasului Los Angeles - SUA (Los Angeles Aqueduct Filtration Plant) are o capacitate instalata de 185 m3s filiera tratare fiind prezentata in cele ce urmeaza
bull pre-oxidare cu ozon 4 generatoare care produc 3780 kg CVzi (doza medie ozon 15 mgdm3) 4 bazine de contact (timp de contact minim 49 min)
bull coagulare (amestec rapid) 8 camere de reactie echipate cu agitatoare dinamice timp minim de amestec 086 s pentru doua camere inseriate Reactivi utilizati clorura ferica sulfat de aluminiu polimeri anionici si neionici soda caustica clor
bull floculare 36 camere de reactie lenta timp minim de reactie lenta 8 min pentru 3 bazine inseriate
bull filtrare 24 unitati (aria unei unitati A=160 m2) strat de antracit cu inaltimea de 24 m viteza de filtrare 175 mh care asigura un timp de contact de 10 minute
bull dezinfectie finala cu clor (doza maxima clor 56 mgdm3)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 3
Un alt exemplu de schema de tratare care nu cuprinde treapta de decantare este uzina de apa Ivry (Franta) modernizata in 1987 (debit instalat Q = 300000 m3zi) Dupa modernizare uzina cuprinde urmatoarele procese (figura 33)
bull pre-oxidare cu ozon doza uzuala 10 mg CVdm3
bull coagulare (amestec rapid) cu clorura ferica (5 - 10 mgdm3) si polimer anionic (0025 -005 mgdm3)
bull pre-filtrare faza I - (coagulare pe masa de contact) 18 unitati de 815 m2 strat biolit 10 m viteza de filtrare maxima 10 mh
bull floculare cu clorura ferica (2-6 mg Fe3+dm3) si polimer (005 - 10 mgdm3)
bull pre-filtrare faza II - nisip 22 unitati de 81 m viteza de filtrare 9 mh
bull filtrare lenta 30 cuve (23000 m2) viteza maxima de filtrare 13 mzi inaltime strat 07 m
bull post-ozonare timp de contact 4 minute doza uzuala 04 - 06 mg CVdm3
bull filtrare pe CAG inaltime strat 10 m viteza de filtrare 10 mh
bull dezinfectare finala cu hipoclorit de sodiu
In figura 34 este prezentata o schema tehnologica a unei uzine de apa aplicata in cateva mari uzine de tratare (Qgt2000 m3h) ce preiau apa bruta direct din fluviul Ruhr Schema asigura o eliminare optima a microorganismelor Concentratia de Cryptosporidium in apa raului Ruhr variaza de la 0 la 5 unit(100 dm3) iar concentratia chisturilor Giardia de la 8 la 250 unitdm3 Nu au fost detectate aceste organisme in treptele premergatoare dezinfectarii Se remarca prezenta treptelor de filtrare incepand cu filtrarea mecanica pe microsite in capatul amonte al filierei de tratare si continuand cu un pachet de trei trepte de filtrare (dublu strat carbune activ granular si filtre lente) care asigura o eficienta foarte mare din punct de vedere microbiologic
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 3
Figura 34 Filiera tehnologica uzina de apa Mulheim an der Ruhr
(Germania)
Un exemplu de schema tehnologica combinata (Q=32 m3s) este prezentata in figura 35 Apa bruta (fluviul Elba) este puternic incarcata in poluanti Filtrarea primara (bazine de infiltratie) reduce de cateva ori incarcarea microbiologica iar in cazul folosirii treptelor de floculare sedimentare si filtrare reducerea incarcarii microbiologice este de circa 9999
Prin curgerea in stratul subteran se obtine o apa ce se incadreaza in normele privind calitatea apei potabile Dezinfectia finala este aplicata pentru a preveni cresterea masei bacteriene in sistemele de distributie Uzina este prevazuta a fi modernizata cu treapta de oxidare cu ozon si filtre multistrat
In Elvetia sunt intalnite in principal scheme complexe de tratare avand la baza procese biologice (figura 36) Treptele de tratare clasice (pre-oxidare cu ozon coagulare-floculare filtrare rapida) sunt urmate de corectia pH-ului si postozonare in fmalul filierei de tratare se prevad reactoare biologice inseriate (filtre CAG activate biologic urmate de filtre lente) Se urmareste in principal reducerea indicatorilor biologici si bacteriologici prin reducerea concentratiilor de carbon organic asimilabil (AOC lt 10 ug Cdm ) Se remarca absenta dezinfectarii finale Se obtine o apa biostabila introducerea acesteia intr-o retea de distributie nu necesita prezenta unui dezinfectant rezidual Se asigura in acest mod o siguranta ridicata la consumator in ceea ce priveste potentialul de formare al trihalometanilor
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 3
33 Procese de oxidare
Procesele de oxidare pot fi intalnite in toate statiile de tratare in doua sectiuni caracteristice ale schemei
bull pre-oxidare in capatul amonte al filierei pentru oxidarea substantei organice plancton inactivare microorganisme obiectul principal este asigurarea functionarii optime a proceselor de tratare si evitarea contaminarii acesteia
bull post-oxidarea amplasat dupa procesele de tratare conventionale (decantare si filtrare rapida pe strat de nisip) urmareste oxidarea totala a micro poluantilor reducerea materiilor organice naturale si inactivarea totala in ape limpezi a compusilor biologici si bacteriologici
331 Pre-oxidare
In mod obisnuit se utilizeaza urmatorii agenti oxidanti clor ozon dioxid de clor 3311 Clorul(Ch)
Clorul se utilizeaza in mod uzual cu doze cuprinse in domeniul 1 - 3 mgl cu timp de contact minim Tc=30 minute in anumite situatii (inflorire algala sau poluare accidentala) dozele pot fi mai mari dar se urmareste evitarea formarii sub-produsilor organo-clorurati (de exemplu trihalometani THM) prin efectuarea de incercari pe apa sursei pentru a se stabili potentialul de formare
Clorul este adoptat frecvent datorita costurilor reduse implicate Reactia clorului trebuie urmarita cu atentie luand in consideratie agentii reducatori (H2S Mn2+ Fe3+) si materiile organice naturale in diagrama din figura 37 se poate urmari procesul de reactie al clorului in apa (clorare la breakpoint) Punctul critic se atinge daca raportul masic intre clor si amoniac variaza intre 81 -101 (teoretic 761)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 40
3312 Ozonul(03)
Ozonul este un gaz violet instabil care degaja un miros iritant caracteristic
Se produce prin descarcari electrice la diferente de potential ridicate intre doi electrozi intre care curge aer sau oxigen pur Eficienta productiei depinde de diferenta de potential frecventa caracteristicile materialului dielectric si spatiul care separa dielectricele Progresele tehnologice din ultimii 20-30 ani au condus la reducerea consumului de energie la 10 - 12 kWh 1 kg O3
Dozele uzuale de ozon sunt in gama 1 - 3 mgCVdm3 iar timpul de contact uzual este Tc=10 minute Se tinde spre adoptarea solutiei cu doua reactoare in serie ca in figura 38 Adancimea apei in reactoare poate atinge 6-75 m
Conceptual reactoarele de ozon functioneaza pe baza interceptarii curentului de apa descendent de catre voalul de bule mici de ozon in miscare ascendents
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
0
4
3313 Dioxidul de clor (CIO2)
Se poate obtine din clorit de sodiu si clor conform reactiei
2NaC102 + Cl2rarr2C102 + 2NaCl (31)
Stoechiometric 1 g dioxid de clor se obtine din 134 g clorita de sodiu si 05 g de clor
Este instabil si exploziv la temperaturi T gt (-40degC) Se produce imediat inainte de injectia in apa La 20degC si presiune partiala de 53 kPa solubilitatea este 4 gdm3
Avantajele utilizarii CIO2 sunt
bull nu formeaza sub-produsi de tip trihalometani (THM)
bull are putere oxidanta mai buna oxideaza fenoli si este foarte eficace la pH peste 85
Dozele utilizate frecvent 01 - 05 mgl timpul de contact fiind Tc = 10 min Se mentioneaza ca pentru doze mai mare de 05 mgl exista riscul formarii de sub-produsi de tip clorati
Reactoarele de pre-oxidare utilizeaza agitatoare mecanice (rezistente la coroziune) care asigura amestecul mecanic cu randamente ridicate intre apa de tratat si solutia de CIO2
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 4
332 Post-oxidare
In filierele de tratare se dezvolta din ce in ce mai mult conceptul de post-oxidare cu ozon pe apa limpezita dupa filtrele rapide de nisip pentru ca eficienta transferului creste se reduc dozele de ozon si oxidarea micro-poluantilor devine mai eficienta
incadrarea procesului de post-oxidare in schema statiei de tratare se realizeaza totdeauna ca infigura 310 n
Dozele de 03 in post-oxidare nu depasesc 2 mgl Principiile reactoarelor de ozon sunt identice cu cele utilizate in pre-oxidare
Post-oxidarea cu ozon combinata cu adsorbtia pe CAG este procesul (denumit afinare) capabil sa asigure
- eliminare totala compusi biologici microbiologici si micropoluanti
- reducere materiilor organice naturale astfel incat TOC lt 25 g Cl
- eliminare pesticide
333 Alegerea oxidantului
Alegerea oxidantului se bazeaza pe analiza calitatii apei caracterizarea marimii poluarii care poate apare (continut materii organice naturale carbon organic total numar de microorganisme perioade duraf deg ce aparitie)
Alegerea agentului oxidant are la baza costuri si implicatii in filiera tehnologica
Tabelul 35 Caracteristici principale Tn alegerea oxidantilor Nr crt
Oxidant Avantaje Dezavantaje
1 Clor-Cl2 - costuri reduse- cunoastere operare- este remanent (rezidual) in reteaua de
distributie
formeaza THM - necesita timpi de contact mari
2 Dioxid de clor - C102 - capacitate de oxidare mai ridicata in raport cu Cl2
- nu formeaza THM- este remanent (rezidual) in reteaua de
distributie
- necesita preparare si dozare instantanee- la doze prea mari poate forma cloraticosturi mai mari in raport cu Cl2
3 Ozon - 03 - cea mai mare capacitate de oxidare- nu formeaza THM
- necesita preparare si dozare instantaneeconsumuri energetice mari- poate forma subprodusi de tip bromaji sau
aldehide- nu este remanent (rezidual) in reteaua de
distributie
4
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 4
Figura 311 Fortele
ce actioneaza asupra
particulelor aflate Tn
apa
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
3511 Deznisipatoare
Sunt destinate sa retina particulele de tip nisip pentru protectia utilajelor din schema statiei de tratare Schema unui deznisipator orizontal este data in figura 313
Figura 313 Deznisipator orizontal longitudinal
1 Gratar 2 Bare de linistire 3 Nisa pentru reparatii Tn caz de avarie 4 Stavilar de intrare 5 Vane de golire 6 Stavilarde iesire 7 Galerie de golire
In zona de intrare a apei in deznisipator se monteaza un gratar rar pentru impiedicarea accesului corpurilor mari in interiorul bazinului Pentru linistirea curentului se monteaza bare verticale de linistire Peretii laterali ai deznisipatorului se executa cu evazare catre exterior pentru a permite preluarea impingerilor survenite din podul de gheata care se formeaza pe timp de iarna la suprafata bazinului Panta radierului bazinului trebuie sa permita evacuarea depunerilor in zona din aval a bazinului Evacuarea depunerilor se poate realiza cu mai multe sisteme
bull prin hidro-mecanizare cu scoaterea din functiune a unui compartiment
bull prin golirea totala a compartimentului (numai pentru debite foarte reduse)
bull cu electro-pompe speciale purtate de o grinda rulanta
3512 Decantoare statice
Sunt destinate surselor cu variatii mari de turbiditate la care 50 - 60 din suspensii sunt de natura minerala (gravimetrice) in figura 314 se prezinta schema unui decantor orizontal longitudinal Elementele principale ale bazinului sunt
bull zona de intrare in care se gaseste un perete de linistire a curentului in partea superioara respectiv canalul de evacuare a depunerilor in partea inferioara
bull decantorul propriu-zis cu radier cu panta catre basa de evacuare a namolului amplasata in zona incipienta a bazinului
bull zona de evacuare a apei decantate care este bordata de un gratar cu rolul impiedicarii accesului plutitorilor
Curatirea decantoarelor orizontale se realizeaza
bull Intermitent prin golire si evacuare depuneri hidraulic sau mecanic
bull Continuu cu ajutorul podurilor racloare care strang depunerile in base special amenajate
Dificultatile in operarea decantoarelor statice se pot sintetiza
bull sunt influentate de factori atmosferici vant gheata insorire
bull miscarea este turbulenta ca structura si particule fine pot fi repuse in stare de suspensie
bull echilibrarea fluxului hidraulic se realizeaza cu dificultate
bull eficienta retinerii nu depaseste 10-15 NTU la apa decantata
37 Filtrarea apei - generalitati
Filtrarea este procesul de limpezire finala a apei (stadiul II) la curgerea printr-un mediu poros de obicei format din nisip cuartos Procesul simuleaza infiltratia apelor superficiale in mediile poroase din subsolul pamantului Procesul este cunoscut si aplicat de mult timp (primul brevet s-a emis in 1830)
Schema generala (figura 323) indica filtrul ca fiind format dintr-un bazin (cuva) in care apa curge in sens descendent traverseaza mediul poros sustinut de un drenaj si ajunge intr-un rezervor de apa filtrata amplasat sub drenaj Sistemul este dotat cu toate instalatiile de introducere -prelevare apa preaplin si golire
Parametrii fundamentali ai procesului de filtrare sunt
bull viteza de filtrare definita (ca viteza aparenta) cu relatia urmatoare
vF = Q A [ m h ] [mzi] (313)
In care
Q - debitul de apa filtrata
A - suprafata orizontala a stratului filtrant in
functie de viteza de filtrare se pot clasifica in
o filtre lente (biologice) - VF = 01 - 025 [mh]
o filtre rapide - vF = 4 - 10 [mh|
o filtre ultra-rapide
bull mediul filtrant - in general nisip cuartos care sa realizeze prin uniformitatea granulelor un volum de goluri in care sa se acumuleze suspensia retinuta din apa caracteristicile sunt diferite pe tipuri de filtre
bull pierderea de sarcina (hr) exprimata ca diferenta intre nivelul apei in cuva filtrului si nivelul apei in rezervorul de apa filtrata este data de colmatarea stratului si este variabila in timp
49
38 Filtre lente
Se bazeaza pe formarea unei membrane biologice constituita din colonii de bacterii aerobe -amplasata la suprafata stratului de nisip (pe primii 2-3 cm) Elementul fundamental este dezvoltarea membranei (in 1 - 3 zile) functie de caracteristicile apei Dupa o perioada (30 - 50 zile) membrana se colmateaza si incepe sa se rupa degradand calitatea apei Aceasta se razuieste (se curata) manual sau mecanic si procesul este reluat In figura 52 se indica schema unui filtru lent
Dispoizitiv de curatat_____________________________membrana biologtca
Figura 325 indica tipurile de organisme care pot fi intalnite pe o adancime de 30 cm in nisipul filtrului lent
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
Nisipul din filtrul lent trebuie sa aiba urmatorii parametri
bull granulozitatea in domeniul dg = 035 - 050 mm
bull coeficientul de neuniformitate ult 15
(314)
In care d6o - diametral ochiurilor sitei prin care trece 60 din materialul cernut
d1o - diametral ochiurilor sitei prin care trece 10 din materialul cernut
01
50
bull inaltimea stratului de nisip H=90-100 cm cand grosimea stratului de nisip ajunge dupa curatiri succesive la 70 - 80 cm este necesara completarea la inaltimea initiala
Solutia filtrelor lente se prevede la debite relativ mici (max 10000 m zi) si surse de apa in general curate (lipsite de alge culoare poluanti toxici) Se pot obtine rezultate performante la ape necoagulate Operarea sistemelor de filtre lente este simpla Procesul de filtrare lenta este asimilat cu procese fizice si biologice Acestea din urma necesita o atentie si urmarire continua in etapele de operare a filtrelor in special referitor la starea coloniilor de bacterii aerobe din membrana biologica
310Filtre rapide
In figura 326 se prezinta schema unui filtru rapid Acesta este constituit din urmatoarele elemente componente
bull sistem admisie apa in cuva - are rolul echirepartitiei debitului catre cuvele de filtre
bull stratul filtrant peste care exista un strat de apa
bull drenaj cu rolul de a sustine stratul filtrant si de a transforma bulele mari in bule fine in procesul de spalare inversa
bull sistem de mentinere a nivelului apei in filtru (pentru filtrele cu functionare in sistem nivel constant si debit variabil)
bull statie de pompare apa de la spalare filtre si statie de suflante
bull instalatii hidraulice grupate in galeria tehnologica cu rolul de a asigura toate utilitatile necesare functionarii corecte a procesului (conducte si vane apa filtrata apa spalare aer spalare preaplin golire etc)
bull rezervor de apa filtrata amplasat de obicei sub toata statia sau in anumite cazuri numai sub galeria tehnologica
Procesul consta in doua etape
bull filtrarea apei parcurgand in sens descendent stratul de nisip si drenajul
bull spalarea filtrului in sens ascendent in doua faze distincte
o faza 1 (durata Ti=5-10 min)
o faza 2 - limpezire (durata Ti=10-15 min)
51
in ultimii 30-40 de ani in lume a existat o preocupare constants pentru perfectionarea procesului in sensul obtinerii performantei in calitatea apei filtrate (turbiditatea sa se incadreze in domeniulOl - 10 NTU)
Mecanismele de retinere in filtrele rapide se pot sintetiza ca in schema urmatoare
3101 Mediul filtrant
Calitatile materialului filtrant sunt urmatoarele
bull domeniul de granulozitate dg = 085 - 2 mm
bull coeficientul de neuniformitate u=d6odio lt 15
bull fractiunile inferioare diametrului 085 mm si superioare dmax 2 mm inferioare procentual la 10 in greutate
bull diametrul efectiv def = dio = 09-1 mm
bull sa realizeze un numar de goluri (porozitate) mare (pgt40)
bull forma granulelor apropiata de sfera pentru obtinerea unui grad de acoperire ridicat
bull continut de roci cuartoase recomandabil peste 95
bull sa aiba duritate (gt 7 in scara Mohs) pentru a nu se sfarama la spalare
Calitatea materialului filtrant influenteaza viteza de filtrare O serie de studii au indicat domeniul optim de granulozitate al nisipului de filtru conform figurii 328
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 52
3102 Calitatea influentului fn corelatie cu materialul filtrant
Pentru realizarea unei retineri eficiente a suspensiilor se impune ca in influentul filtrelor acestea sa fie floculate Aceasta se caracterizeaza prin coeficientul de coeziune al suspensiilor floculate (namol retinut) aceasta caracterizeaza capacitatea de rezistenta la forfecare si depinde de doza de floculant si natura (minerala sau organica a suspensiilor)
Procesul de optimizare a filtrarii rapide a apei ia in considerate principiul un filtru va functiona optim cand va produce cea mai mare cantitate de apa intre doua spalari succesive aceasta se va realiza cand timpul in care se atinge pierderea de sarcina limita este egal cu timpul in care se calitatea apei filtrate se inrautateste la limita maxim acceptabila (Ti = T2) sau penetrarea impuritatilor in interiorul masei filtrante se va efectua cu aceeasi viteza cu care creste pierderea de sarcina Expresiile celor doua perioade au fost determinate de cercetatorii Richard si Croce-Spinelli
Tx = a bull σ - 0 9 5 bull k-075bull def-045bull h0
n95bull v -185 (316)
T l = b bull σ-075 k - 0 7 5 bull dlef
1 5 Δhr05 bull vF
-065 (317)
In care Ti - perioada in care turbiditatea apei filtrate atinge valoarea limita (1 NTU)
T2 - perioada in care se atinge pierderea de sarcina limita (15 - 18 m)
a b - coeficienti empirici (experimentali)
hn - grosime strat nisip
Δhr- viteza de crestere a pierderii de sarcina
INSPECTIA SANITARA SI MOMTORIZAREA CALITATII APEI
VF - viteza de filtrare
k - coeficient de coeziune al namolului
a - depozitul specific (volumul de suspensii raportat la volumul de material filtrant)
Se constata ca fiecare filtru poate conduce la un ciclu optim functie de calitatea nisipului grosimea stratului calitatea flocularii suspensiilor din apa influenta si viteza de filtrare
3103 Variatia pierderii de sarcina
Urmarirea pierderii de sarcina este importanta pentru ca poate pune in evidenta functionarea filtrului Operarea optima a unui filtru se realizeaza prin urmarirea in timp a variatiei pierderii de sarcina si turbiditatii Masurile pentru realizarea acestui optim sunt
53
bull reducerea vitezei - cele mai performante filtre lucreaza cu viteze de filtrare variabile astfel incat colmatarea stratului sa se realizeze fara socuri
bull adaugarea unui polimer (doze 01 - 02 mgl) in influent pentru a mari rezistenta particulelor floculate
bull imbunatatirea calitatii nisipului
Presiune (m col H20)
Figura 329 Estimarea pierderii de sarcina Tn
stratul filtrant
3104 Spalarea filtrelor
Se realizeaza in contra curent de apa si aer comprimat Elementele tehnice care intervin esential in obtinerea performantelor spalarii sunt
bull calitate drenaj - din punct de vedere al uniformitatii debitelor de apa si aer
bull colectarea uniforma a apei de la spalare
bull metoda de spalare care sa asigure eliminarea totala a suspensiilor retinute in strat cu resurse minime
bull drenaj de mare rezistenta hidraulica (cu placi cu crepine)
Se bazeaza pe principiul introducerii unei rezistente hidraulice de 15 - 20 cm coloana de apa (reducerea brusca de sectiune la intrarea apei in tija crepinei) care asigura uniformizarea intensitatilor de spalare pe suprafata cuvei (abateri de plusmn 3-5) In figura 330 se prezinta schema drenajului cu placi cu crepine
Se pun conditii severe din punct de vedere constructiv pentru realizarea drenajului
bull asigurarea etansarii perfecte
bull asigurarea cotei exacte si unice pentru pozitia orificiilor de aer
bull rezistenta cosurilor crepinelor
bull asigurarea formarii unui nivel de separatie apa - aer uniform si constant pe toata suprafata cuvei
Cele mai performante filtre din punct de vedere al spalarii sunt filtrele cu baleiaj la spalare (figura 331)
INSPECTIA SANITARA SI MOMTORIZAREA CALITATII APEI
55
55
in perioada de spalare a filtrului nivelul in cuva se afla la cota NS jgheaburile J nu mai deverseaza si prin orificiile de la baza jgheaburilor se creeaza un curent de baleiaj (1-2 dm3sm2) cu apa decantata care impinge suspensiile spre jgheabul de colectare Se reduc astfel timpii de spalare (cu 50) si intensitatile si volumele de apa de spalare
Prin curgerea ascendenta a aerului masa de nisip vibreaza si peliculele de namol se desprind de granule Curentul ascendent de apa le antreneaza Spalarea numai cu aer induce vibrarea masei de nisip si depunerea namolului in zona inferioara a stratului De aceea este contraindicata spalarea numai cu aer in faza 1
In general echipamentele pentru asigurarea debitelor apa de spalare se adopta un utilaj (pompa) in faza 1 si inca o pompa de acelasi tip pentru faza a Il-a
3105 Asigurarea repartitiei uniforme a influentului
Pentru asigurarea repartitiei uniforme a apei decantate se utilizeaza diverse sisteme Cel mai performant este sistemul cu deversori neinecati conform cu schema din figura 332
3106 Sistemele hidraulice
Sistemele hidraulice asigura deservirea statiei de filtre atat in procesul de filtrare cat si in procesul de spalare Acestea se vor dimensiona conform vitezelor economice prezentate in tabelul urmator
3107 Reglajului debitului si nivelului de apa in cuva
Pentru filtrele care functioneaza cu nivel constant si debit variabil este foarte important ca nivelul apei in filtru se fie mentinut pseudo-constant Aceasta se asigura cu diverse sisteme de plutitori (regulator de nivel amonte) care comanda vana de pe conducta de apa filtrata sau cu sisteme electronice si hidraulice conform figurii 333
Figura 333 Sistem de reglare electronic al nivelului apei Tn filtru
Legends 1 Strat filtrant 2 Vana apa filtrata 3 Parghie comanda vana 4 Electrovana de comanda 5 Regulator electronic 6 Senzor de presiune pentru nivel filtru 7 Senzor de presiune sub planseu 8 Potentiometru 9 Indicator de
colmatare 10 Alimentare cu fluid de comanda
313 Afin area apei
Procesul de afmare a apei este constituit din combinatia intre procesul de post-oxidare cu ozon a apei filtrate urmat de adsorbtie pe carbune activ granular
3131 Post-oxidarea cu ozon
Ozonul (O3) se obtine din aer sau oxigen supus la descarcari electrice printr-un dielectric In figura 334 se prezinta un element dintr-un ozonor
figura 334 Element tubular de ozonor
1 - Intrare gaz vector (aeroxigen) 2 3 - Electrozi 4 - Dielectric 5 - Spatiu de descarcare electrica 6 - Gaz vector +
ozon 7 - Apa racire
Diferentele de potential la care se lucreaza sunt cuprinse intre 6000 - 18000 V functie de natura si grosimea dielectricului marimea spatiului de descarcare si presiunea absoluta de functionare
Concentratiile de ozon in gazul vector obisnuite sunt
bull 10-40gm - in cazul utilizarii aerului
bull 10-140 gm3 - in cazul utilizarii oxigenului
Pentru a realiza concentratii optime si stabilitatea procesului se cere punct de roua -60degC -80degC
Energia specifics pentru productia de ozon
bull 13-18 kWhkg O3 - produs din aer
bull 8-10 kWhkg O3 - produs din oxigen
Actiunea O3 asupra apelor de consum se poate sintetiza
bull imbunatatirea calitatilor organoleptice (gust miros culoare)
bull activitate bactericide si virulicida
bull oxidarea materiilor organice
bull oxidare micro-poluanti
bull imbunatatirea biodegradabilitatii in amonte de CAG
3132 Adsorbtie pe carbune activ granular (CAG)
Carbunele activ se poate obtine din carbuni minieri sau din coaja de nuca de cocos Majoritatea carbunilor minieri pot fi convertiti in carbune activ insa proprietatile carbunelui activ depind esential de calitatea initiala a carbunilor in special in ceea ce priveste duritatea acestora in acest sens se utilizeaza adesea coaja nucilor de cocos pentru fabricarea carbunelui activ
Exista o multitudine de procese de fabricare a carbunelui activ insa eel mai dezvoltat este piroliza urmata de activarea cu gaze de oxidare Piroliza (carbonizarea) presupune incalzirea materialului la temperaturi intre 600 si 900 degC in absenta aerului Pentru obtinerea unei porozitati ridicate se pot utiliza adaosuri de cloruri metalice (de exemplu ZnCl) Piroliza poate reprezenta unicul pas de activare in cazul in care se doreste obtinerea unui material cu 0 porozitate ridicata
A doua etapa este cea de oxidare care se realizeaza de obicei cu abur sau uneori cu aer Temperaturile sunt uzuale in gama de 600 - 900 degC Pe parcursul acestei etape se realizeaza 0 erodare a suprafetei interne a carbunelui si dezvoltarea unei retele extensive de micropori care cresc capacitatea de adsorbtie
58
Printre proprietatile principale ale carbunelui activ se enumera continutul de cenusa umiditatea densitatea marimea particulelor duritatea volumul si distributia dupa marime a porilor suprafata interna
31321 Continutul in cenusa
Continutul in cenusa este reprezentat de reziduul obtinut prin calcinarea la temperatura de 954 degC timp de 3 ore in aer Uzual continutul de cenusa variaza intre 3 si 10 Pentru reducerea cantitatii de cenusa se poate utiliza spalarea cu acid
31322 Umiditatea
Umiditatea se determina prin uscarea in cuptor timp de 3 ore a unei cantitati de 5 sau 10 g de carbune activ la temperatura 150 degC Se determina greutatea inainte si dupa uscare si racire in exicator Umiditatea in vrac a carbunelui activ este recomandabil sa fie limitata la maxim 5
31323 Densitatea
Sunt mai multe tipuri de densitati printre care se mentioneaza densitatea in vrac densitatea aparenta densitatea particulei si densitatea reala Densitatea in vrac sau densitatea aparenta reprezinta greutatea carbunelui activ uscat raportata la volumul pe care acesta il ocupa Aceasta se determina prin umplerea unui cilindru cu volumul de 100 ml cu carbune prin cadere libera dintr-o masina vibratoare si cantarirea volumului respectiv Valorile uzuale sunt in gama 05 - 06 gml pentru carbune activ fabricat din carbune minier respectiv 024 - 030 mg1 pentru carbune activ fabricat din lemn
Densitatea particulei reprezinta densitatea unei particule singulare Volumul pe care se bazeaza include volumul porilor precum si volumul materialului Densitatea particulei se determina in mod uzual cu mercur la presiunea atmosferica (mercurul umple spatiile goale din particula de carbune activ dar nu umple porii) Valorile uzuale sunt in gama 074 - 080 gml
Densitatea reala sau densitatea scheletului este cea determinate numai pe materialul (carbunele) propriu-zis Pentru determinarea acesteia se utilizeaza uzual o metoda de inlocuire cu heliu (heliul intra practic in toti porii materialului) Valorile uzuale sunt in gama 21 - 22 gml
31324 Marimea particulelor
Aceasta se determina prin cernerea a 100 sau 200 g de carbune printr-un sistem de site mecanice timp de 10 minute dupa care se cantaresc retinerile pe fiecare sita in parte Carbunele activ pudra se incadreaza de obicei in domeniul 005 mm - 15 mm
31325 Friabilitatea
Capacitatea carbunelui activ de a rezista la abraziune este unul dintre parametrii cei mai importanti Procedura de determinare a friabilitatii carbunelui activ presupune determinarea granulozitatii acestora inainte si dupa testul propriu-zis care consta in concasarea succesiva a carbunelui intr-un recipient alaturi de bile de otel inoxidabil Valorile uzuale ale indicelui de friabilitate sunt 65 - 80 (practic 70 - 75) ceea ce atesta faptul ca materialul este foarte usor friabil si este necesar atentie la procedura de spalare
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATIIAPEI 59
31326 Volumul si distributia dupa marime a porilor
Volumul porilor reprezinta volumul total al porilor din particula de carbune activ granular raportat la greutate Valorile uzuale sunt de ordinul 08 - 12 mlg pentru carbune activ fabricat din carbuni minieri respectiv 22-25 mlg pentru carbune activ fabricat din lemn Volumul total al porilor poate fi determinat printr-un test de adsorbtie cu azot desfasurate astfel incat azotul condensat sa intre in totalitate in porii carbunelui
Carbunele activ confine o structura complexa de pori de forme si marimi diferite Porii au de obicei o geometrie neregulata si sunt interconectati Dimensiunile porilor sunt uzual intre 10 A si 100000 A (001 cm) Distributia dupa marime a porilor depinde de tipul de material utilizat si de metoda si de durata procesului de activare
31327 Suprafata internaSuprafata interna a materialelor poroase in general se determinS cu ecuatia BET stabilita de
Brunauer Emmett si Teller Ecuatia descrie formarea de strate multiple de gaz condensat care apar atunci cand un gaz adsorbabil (de exemplu azotul) este in contact cu materialul poros Intr-un astfel de test se utilizeaza azot la temperatura de fierbere si presiunea atmosferica (-196 degC sau 77 K)
Ecuatia BET (expresia 318) a fost derivata presupunand urmatoarelebull rata de condensare a moleculelor din primul strat este egala cu rata de evaporare a
moleculelor din zonele acoperite cu un singur strat de moleculebull caldura de adsorbtie peste primul strat este constants si egala cu caldura de lichefiere
qqm=b(PPS)(1-PPs)(1-PPS+bPPS) ( 3 1 8 )
In care Ps - presiunea de vaporizare la saturatie la temperatura utilizata in test uzual 1 atm
q - cantitatea de substanta adsorbita la presiunea P
qm - cantitatea de substanta adsorbita numai cand se constata acoperirea totala a suprafetei cu un strat monomolecular
b - constanta determinata experimental
In figura 336 se prezinta o relatie tipica intre marimea porilor si suprafata totala Suprafata cumulativa este data de insumarea suprafetelor tuturor porilor cu un diametru dat sau mai mare Se remarca faptul ca marea majoritate a suprafetei este atribuita porilor de mici dimensiuni
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI60
3133 Teste uzuale de adsorbtie
In practica se utilizeaza o serie intreaga de teste pentru a determina capacitatea de adsorbtie pentru diferite tipuri de carbune activ Printre acestea se mentioneaza
- Indicele Iod reprezinta cantitatea de iod in miligrame pe gram adsorbit de un carbune activ la echilibru cu o solutie I2-KI cu concentratia 002 N indicele iod indica suprafata totala a porilor cu diametru de 10 A sau mai mare valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 800 - 1000 mgg
Indicele Melasa reprezinta un indicator al puterii de decolorare a carbunelui activ granular in contact cu 0 solutie de melasa la fierbere indicele melasa este in stricta legatura cu suprafata totala a porilor cu diametrul mai mare de 28 A valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 200 - 300
- Indicele Albastru de Metilen reprezinta cantitatea de albastru de metilen adsorbita de 1 g de carbune activ la echilibru in contact cu o solutie cu concentratia 1 mg1 de albastru de metilen Albastrul de metilen are greutatea moleculara 320 si indica suprafata totala a porilor cu diametrul de 15 A
- Activitatea tetraclorurii de carbon tetraclorura de carbon CC14 este un compus molecular mic si poate intra in toti porii In acest test un curent de aer este saturat cu CCI4 la 0 degC si este trecut printr-un strat de carbune activ mentinut la 25 degC pana cand nu se mai detecteaza nici o schimbare in greutate Activitatea este greutatea CCI4 adsorbita pe unitatea de greutate de carbune activ exprimata procentual Valorile uzuale ale acestui indicator sunt in gama 60 -80
- Indicele butan este similar activitatii tetraclorurii de carbon valoarea acestuia este exprimata grame de butan adsorbite pe 100 ml carbune activ valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 7 - 8 g 100 ml carbune activ
- Indicele FINAD stabilit de cercetatorul C Gomella si reprezinta un produs al mai multor indici F - fenol I - iod N - indol A - antipirina D - detergent
316 Deferizarea si demanganizarea apei
Fierul (Fe) si manganul (Mn) sunt elemente care se gasesc frecvent in mediul subteran si in apa apar in concentratii pana la 10 mg1 (Fe) si 2 mg1 (Mn) Prezenta fierului si manganului in apele potabile pot genera urmatoarele probleme
bull produce gust metalic dezagreabil
bull coloreaza tesaturile si echipamentele sanitare
bull formeaza precipitate in conducte care favorizeaza dezvoltarea bacteriilor feruginoase (Chrenothrix) acestea modifica regimul hidraulic calitatea apei distribute si favorizeaza fenomenele de coroziune
3161 Echilibrul fierului si manganului in apa
Fierul si manganul sunt prezente dizolvate in solutiile apoase sub forma Fe2+si Mn2+ Concentratia in oxigen a apelor subterane care contin Fe si Mn este nula Din namolurile situate in
2+ ~
zona anaeroba din hipolimnion se elibereaza ioni de Fe2+ si Mnz+ in apele lacurilor In numeroase ape naturale se remarca prezenta Fe3+ asociata cu substantele humice Stabilitatea fierului si manganului in apa depinde de numeroase variabile
bull pH-ul apei
bull concentratia diferitelor elemente chimice
bull potentialul de oxido-reducere (Eh) al solutiei
In figura 341 se prezinta diagrama de stabilitate a formelor fierului in solutie in aceasta diagrama o curba (linie) reprezinta locul geometric pentru care concentratia celor doua substante este aceeasi De exemplu linia 1 reprezinta solutia pentru care O2 si H2O au aceeasi valoare Aria cuprinsa intre curbele 1 si 2 reprezinta aria de stabilitate a compusilor de Fe Chimia manganului este asemanatoare cu cea a Fe Astfel la pH si Eh reduse Fe si Mn sunt stabile in forme bivalente
263 Captari in lac
Se utilizeaza atunci cand in amplasament nivelul apei este asigurat intotdeauna deasupra unor valori limita Se pot practica o captare de tip turn (figura 221) cand debitul captat este important iar nivelul lacului relativ constant o captare plutitoare cand alimentarea cu apa este sezoniera sau conditiile de iarna nu sunt severe o captare de fund cand lacul este de adancime mare si cu un volum de apa important (figura 223a)
Captarea de fund este formata dintr-un sorb (pot fi prevazute mai multe asemenea constructii separate) asezat pe o confectie metalica stabila de tip tetrapod Se amplaseaza deasupra nivelului (apreciat) de colmatare si sub nivelul minim al apei din lac (acoperire mai mare pentru a o feri de plutitori) Zona captarii va fi balizata pentru a fi ferita de accesul plutitorilor si a putea fi usor reperata pentru control se marcheaza si zona de protectie daca este cazul Conducta de legatura (suficient de elastica daca are lungime mare) se lanseaza prin plutire si poate permite ridicarea prizei in caz de nevoie Captarea va fi amplasata la o asemenea adancime incat sa nu fie deplasata de valuri si totodata nu intr-o zona in care valurile pot pune in miscare depunerile de pe fund si deteriora calitatea apei Captarea este tipica pentru prelevarea apei din lacurile naturale (figura 223b)
Existenta lacurilor de acumulare ridicS probleme importante sub trei aspecte generale aspecte care pot influenta calitatea apei captate siguranta in functionare a prizei sau si a zonelor vecine
bull pentru lacurile mici problema cea mai importanta este legata de colmatarea cu aluviuni lipsa masurilor de protejare amenajare si stabilizare a solului in bazinul hidrografic conduce la antrenarea unei mari cantitati de sol (mai ales fertil) care blocheaza in scurt timp volumul lacului
bull pentru lacurile cu volum mediu (milioane de m3) problema cea mai importanta este eutrofizarea apei lacului
bull pentru lacurile mari (sute de milioane m3) problema importanta este imbdtrdnirea lacului (o eutrofizare lenta avand ca punct final obtinerea unei ape de calitate total deosebitS de aceea a raului din care pro vine)
Eutrofizarea lacurilor este o problema acuta a multor lacuri din zone de ses si colinare Cauza principals este aportul de substante fertilizante (fosfor carbon azot) Fosforul (adus in apa in special din apele uzate orSaenesti - neepurate adecvat) in cantitSti mici favorizeaza randamentul de functionare a fitoplanctonului care la randul lui favorizeazS fixarea azotului cu ajutorul bacteriilor Dezvoltarea fitoplanctonului favorizeazS dezvoltarea zooplanctonului si deci a populatiei de pesti
DacS fluxul energetic si aportul de substante este moderat atunci ciclul se incheie devine stabil si lacul isi pSatreaza calitatea de lac oligotrof (figura 224a) In cazul in care cantitatea de fosfor creste creste volumul de fitoplancton deoarece nu exista suficient azot si lantul se rupe Zooplanctonul si pesti mor substantia organicS creste bacteriile consumS oxigenul si lacul devine eutrof acoperindu-se cu vegetatie (care are rSdacinile in malul situat pe fundul lacului si frunzele la suprafata realizand fotosinteza figura 224b) Consumarea oxigenului de cStre substantele in descompunere si capacitatea redusa de aerare fac ca apa lacului sa aibS de regulS un continut mai redus de oxigen
Daca se reduce cantitatea de nutrient (in special fosforul) dupa un timp calitatea apei se imbunatateste neajungand insa la calitatea initials (se considers ca un continut Tn fosfor de 10-20 mgl este acceptabil)
Imbdtrdnirea lacurilor este fenomenul de modificare continuS a calitatii apei lacului ca urmare a noului echilibru ce se realizeazS intre aportul de substante si circulatia apei Apa care ajunge in lac este o apa cu continut ridicat de substante minerale si organice Acestea se depun se descompun intra in reactie formand substante noi cu continut de Fe N S C (H2S CH4) substante care modifies chimismul apei Pe baza aportului de substante si sub influenta luminii creste productia de masa organica (schema lacului oligotrof) Apare un fenomen nou de circulatie a apei in lac vara apa de la suprafata este calda deci mai usoarS toamna insa apa se rSceste devine mai rece decat apa de la fundul lacului (are cca 4degC sub 15 - 20 m temperature ramane relativ constants) deci devine mai grea (densitatea creste la scaderea temperaturii) si coboarS inlocuind apa mai calda de adancime apa care se ridicS (depunerile mai pot fi agitate si de valurile de la suprafata)
Pozitia captarii in lacurile adanci trebuie sa fie totdeauna in zona medie cu temperature relativ constants (6 - 12degC) si unde nu se simte direct influenta descompunerilor ce se produc la fundul lacului (sau tulbureala datS de depunerile rSacolite)
28 Procese de pre-tratare aplicarea de algicide
Algele sau cianobacteriile (algele verzi-albastre) din lacurile si acumularile de stocare pot crea probleme de gust si miros precum si aparitia unor substante ce provoaca imbolnaviri (toxine) Pentru controlul dezvoltarii algelor sau cianobacteriilor se pot folosi compusi care distrug algele (algicidele) Daca are loc un eveniment legat de utilizarea algicidelor (calitatea apei este afectata de utilizarea unui algicid) pot avea loc urmatoarele
bull daca se utilizeaza algicide in exces substanta chimica poate provoca imbolnaviri
bull daca volumul de alge sau cianobacterii este prea mare si nu poate fi controlat de algicid toxinele din alge cianobacterii pot provoca imbolnaviri
bull daca se utilizeaza ca algicid paiele de orz substantele din paie pot reactiona cu dezinfectantele si forma subproduse ce provoaca imbolnaviri
Aplicarea de algicide in sursa de apa poate prezenta riscuri pentru sanatatea si siguranta muncii operatorilor Acestea sunt recunoscute dar nu vor fi discutate deoarece astfel de riscuri fac obiectul legislatiei muncii si protectiei muncii Algele sau cianobacteriile din sursa de apa pot interfera cu functionarea statiei de tratare Un bun control al cresterii lor face sa se diminueze necesitatea pre-oxidarii Se reduce de asemenea cantitatea de dezinfectant ce se pierde in reactia cu algele sau cu substantele pe care acestea le elimina in apa
31 Alcatuirea statiilor de tratare a apei
Rolul statiei de tratare este de a corecta calitatea apei brute pana la atingerea cerintelor utilizatorului Exista o multitudine de procese de tratare care se utilizeaza in practica insa schema generala a unei statii de tratare (figura 31) cuprinde
bull trepte multiple de oxidare (pre-oxidare post-oxidare) cu scopul de a oxida compusi chimici dar si de a realiza bariere succesive in calea micro-organismelor
bull procese de limpezire a apei care constau in
o coagulare-floculare cu reactivi chimici in camere de reactie special amenajate
o decantarea apei pentru retinerea suspensiilor coagulate
o filtrarea pe strat de nisip pentru finalizarea procesului de limpezire
bull afinarea apei constituita din oxidare cu ozon urmata de adsorbtie pe carbune activ granular cu scopul indepartarii anumitor compusi chimici toxici
bull dezinfectia apei pentru indepartarea totala a virusurilor bacteriilor si altor micro-organisme din apa treapta obligatorie in Romania conform Legii privind Calitatea Apei Potabile nr 4582002
3
Pentru eliminarea duritatii se pot adopta scheme cu schimbatori de ioni sau cu reactivi chimici (var si soda) in functie de tipul duritatii (temporara sau permanenta)
Orice statie de tratare este deservita de anumite facilitati pentru intretinerea proprie Printre acestea se mentioneaza
bull statia de reactivi chimici cu rolul de a stoca prepara si doza reactivii necesari procesului de tratare (coagulanti floculanti agenti dezinfectanti corectie pH etc)
bull sisteme de spalare filtre rapide constituite din statii de pompe si de suflante
bull laborator pentru a determina corectitudinea procesului de tratare dar si calitatea apei produse
bull alte facilitati printre care se mentioneaza sisteme de recuperare a apei de la spalare filtre si a namolului din decantoare
311 Exemple de statii de tratare
O schema de tratare cu filtrare directa este prezentata in figura 32 Uzina de apa a orasului Los Angeles - SUA (Los Angeles Aqueduct Filtration Plant) are o capacitate instalata de 185 m3s filiera tratare fiind prezentata in cele ce urmeaza
bull pre-oxidare cu ozon 4 generatoare care produc 3780 kg CVzi (doza medie ozon 15 mgdm3) 4 bazine de contact (timp de contact minim 49 min)
bull coagulare (amestec rapid) 8 camere de reactie echipate cu agitatoare dinamice timp minim de amestec 086 s pentru doua camere inseriate Reactivi utilizati clorura ferica sulfat de aluminiu polimeri anionici si neionici soda caustica clor
bull floculare 36 camere de reactie lenta timp minim de reactie lenta 8 min pentru 3 bazine inseriate
bull filtrare 24 unitati (aria unei unitati A=160 m2) strat de antracit cu inaltimea de 24 m viteza de filtrare 175 mh care asigura un timp de contact de 10 minute
bull dezinfectie finala cu clor (doza maxima clor 56 mgdm3)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 3
Un alt exemplu de schema de tratare care nu cuprinde treapta de decantare este uzina de apa Ivry (Franta) modernizata in 1987 (debit instalat Q = 300000 m3zi) Dupa modernizare uzina cuprinde urmatoarele procese (figura 33)
bull pre-oxidare cu ozon doza uzuala 10 mg CVdm3
bull coagulare (amestec rapid) cu clorura ferica (5 - 10 mgdm3) si polimer anionic (0025 -005 mgdm3)
bull pre-filtrare faza I - (coagulare pe masa de contact) 18 unitati de 815 m2 strat biolit 10 m viteza de filtrare maxima 10 mh
bull floculare cu clorura ferica (2-6 mg Fe3+dm3) si polimer (005 - 10 mgdm3)
bull pre-filtrare faza II - nisip 22 unitati de 81 m viteza de filtrare 9 mh
bull filtrare lenta 30 cuve (23000 m2) viteza maxima de filtrare 13 mzi inaltime strat 07 m
bull post-ozonare timp de contact 4 minute doza uzuala 04 - 06 mg CVdm3
bull filtrare pe CAG inaltime strat 10 m viteza de filtrare 10 mh
bull dezinfectare finala cu hipoclorit de sodiu
In figura 34 este prezentata o schema tehnologica a unei uzine de apa aplicata in cateva mari uzine de tratare (Qgt2000 m3h) ce preiau apa bruta direct din fluviul Ruhr Schema asigura o eliminare optima a microorganismelor Concentratia de Cryptosporidium in apa raului Ruhr variaza de la 0 la 5 unit(100 dm3) iar concentratia chisturilor Giardia de la 8 la 250 unitdm3 Nu au fost detectate aceste organisme in treptele premergatoare dezinfectarii Se remarca prezenta treptelor de filtrare incepand cu filtrarea mecanica pe microsite in capatul amonte al filierei de tratare si continuand cu un pachet de trei trepte de filtrare (dublu strat carbune activ granular si filtre lente) care asigura o eficienta foarte mare din punct de vedere microbiologic
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 3
Figura 34 Filiera tehnologica uzina de apa Mulheim an der Ruhr
(Germania)
Un exemplu de schema tehnologica combinata (Q=32 m3s) este prezentata in figura 35 Apa bruta (fluviul Elba) este puternic incarcata in poluanti Filtrarea primara (bazine de infiltratie) reduce de cateva ori incarcarea microbiologica iar in cazul folosirii treptelor de floculare sedimentare si filtrare reducerea incarcarii microbiologice este de circa 9999
Prin curgerea in stratul subteran se obtine o apa ce se incadreaza in normele privind calitatea apei potabile Dezinfectia finala este aplicata pentru a preveni cresterea masei bacteriene in sistemele de distributie Uzina este prevazuta a fi modernizata cu treapta de oxidare cu ozon si filtre multistrat
In Elvetia sunt intalnite in principal scheme complexe de tratare avand la baza procese biologice (figura 36) Treptele de tratare clasice (pre-oxidare cu ozon coagulare-floculare filtrare rapida) sunt urmate de corectia pH-ului si postozonare in fmalul filierei de tratare se prevad reactoare biologice inseriate (filtre CAG activate biologic urmate de filtre lente) Se urmareste in principal reducerea indicatorilor biologici si bacteriologici prin reducerea concentratiilor de carbon organic asimilabil (AOC lt 10 ug Cdm ) Se remarca absenta dezinfectarii finale Se obtine o apa biostabila introducerea acesteia intr-o retea de distributie nu necesita prezenta unui dezinfectant rezidual Se asigura in acest mod o siguranta ridicata la consumator in ceea ce priveste potentialul de formare al trihalometanilor
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 3
33 Procese de oxidare
Procesele de oxidare pot fi intalnite in toate statiile de tratare in doua sectiuni caracteristice ale schemei
bull pre-oxidare in capatul amonte al filierei pentru oxidarea substantei organice plancton inactivare microorganisme obiectul principal este asigurarea functionarii optime a proceselor de tratare si evitarea contaminarii acesteia
bull post-oxidarea amplasat dupa procesele de tratare conventionale (decantare si filtrare rapida pe strat de nisip) urmareste oxidarea totala a micro poluantilor reducerea materiilor organice naturale si inactivarea totala in ape limpezi a compusilor biologici si bacteriologici
331 Pre-oxidare
In mod obisnuit se utilizeaza urmatorii agenti oxidanti clor ozon dioxid de clor 3311 Clorul(Ch)
Clorul se utilizeaza in mod uzual cu doze cuprinse in domeniul 1 - 3 mgl cu timp de contact minim Tc=30 minute in anumite situatii (inflorire algala sau poluare accidentala) dozele pot fi mai mari dar se urmareste evitarea formarii sub-produsilor organo-clorurati (de exemplu trihalometani THM) prin efectuarea de incercari pe apa sursei pentru a se stabili potentialul de formare
Clorul este adoptat frecvent datorita costurilor reduse implicate Reactia clorului trebuie urmarita cu atentie luand in consideratie agentii reducatori (H2S Mn2+ Fe3+) si materiile organice naturale in diagrama din figura 37 se poate urmari procesul de reactie al clorului in apa (clorare la breakpoint) Punctul critic se atinge daca raportul masic intre clor si amoniac variaza intre 81 -101 (teoretic 761)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 40
3312 Ozonul(03)
Ozonul este un gaz violet instabil care degaja un miros iritant caracteristic
Se produce prin descarcari electrice la diferente de potential ridicate intre doi electrozi intre care curge aer sau oxigen pur Eficienta productiei depinde de diferenta de potential frecventa caracteristicile materialului dielectric si spatiul care separa dielectricele Progresele tehnologice din ultimii 20-30 ani au condus la reducerea consumului de energie la 10 - 12 kWh 1 kg O3
Dozele uzuale de ozon sunt in gama 1 - 3 mgCVdm3 iar timpul de contact uzual este Tc=10 minute Se tinde spre adoptarea solutiei cu doua reactoare in serie ca in figura 38 Adancimea apei in reactoare poate atinge 6-75 m
Conceptual reactoarele de ozon functioneaza pe baza interceptarii curentului de apa descendent de catre voalul de bule mici de ozon in miscare ascendents
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
0
4
3313 Dioxidul de clor (CIO2)
Se poate obtine din clorit de sodiu si clor conform reactiei
2NaC102 + Cl2rarr2C102 + 2NaCl (31)
Stoechiometric 1 g dioxid de clor se obtine din 134 g clorita de sodiu si 05 g de clor
Este instabil si exploziv la temperaturi T gt (-40degC) Se produce imediat inainte de injectia in apa La 20degC si presiune partiala de 53 kPa solubilitatea este 4 gdm3
Avantajele utilizarii CIO2 sunt
bull nu formeaza sub-produsi de tip trihalometani (THM)
bull are putere oxidanta mai buna oxideaza fenoli si este foarte eficace la pH peste 85
Dozele utilizate frecvent 01 - 05 mgl timpul de contact fiind Tc = 10 min Se mentioneaza ca pentru doze mai mare de 05 mgl exista riscul formarii de sub-produsi de tip clorati
Reactoarele de pre-oxidare utilizeaza agitatoare mecanice (rezistente la coroziune) care asigura amestecul mecanic cu randamente ridicate intre apa de tratat si solutia de CIO2
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 4
332 Post-oxidare
In filierele de tratare se dezvolta din ce in ce mai mult conceptul de post-oxidare cu ozon pe apa limpezita dupa filtrele rapide de nisip pentru ca eficienta transferului creste se reduc dozele de ozon si oxidarea micro-poluantilor devine mai eficienta
incadrarea procesului de post-oxidare in schema statiei de tratare se realizeaza totdeauna ca infigura 310 n
Dozele de 03 in post-oxidare nu depasesc 2 mgl Principiile reactoarelor de ozon sunt identice cu cele utilizate in pre-oxidare
Post-oxidarea cu ozon combinata cu adsorbtia pe CAG este procesul (denumit afinare) capabil sa asigure
- eliminare totala compusi biologici microbiologici si micropoluanti
- reducere materiilor organice naturale astfel incat TOC lt 25 g Cl
- eliminare pesticide
333 Alegerea oxidantului
Alegerea oxidantului se bazeaza pe analiza calitatii apei caracterizarea marimii poluarii care poate apare (continut materii organice naturale carbon organic total numar de microorganisme perioade duraf deg ce aparitie)
Alegerea agentului oxidant are la baza costuri si implicatii in filiera tehnologica
Tabelul 35 Caracteristici principale Tn alegerea oxidantilor Nr crt
Oxidant Avantaje Dezavantaje
1 Clor-Cl2 - costuri reduse- cunoastere operare- este remanent (rezidual) in reteaua de
distributie
formeaza THM - necesita timpi de contact mari
2 Dioxid de clor - C102 - capacitate de oxidare mai ridicata in raport cu Cl2
- nu formeaza THM- este remanent (rezidual) in reteaua de
distributie
- necesita preparare si dozare instantanee- la doze prea mari poate forma cloraticosturi mai mari in raport cu Cl2
3 Ozon - 03 - cea mai mare capacitate de oxidare- nu formeaza THM
- necesita preparare si dozare instantaneeconsumuri energetice mari- poate forma subprodusi de tip bromaji sau
aldehide- nu este remanent (rezidual) in reteaua de
distributie
4
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 4
Figura 311 Fortele
ce actioneaza asupra
particulelor aflate Tn
apa
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
3511 Deznisipatoare
Sunt destinate sa retina particulele de tip nisip pentru protectia utilajelor din schema statiei de tratare Schema unui deznisipator orizontal este data in figura 313
Figura 313 Deznisipator orizontal longitudinal
1 Gratar 2 Bare de linistire 3 Nisa pentru reparatii Tn caz de avarie 4 Stavilar de intrare 5 Vane de golire 6 Stavilarde iesire 7 Galerie de golire
In zona de intrare a apei in deznisipator se monteaza un gratar rar pentru impiedicarea accesului corpurilor mari in interiorul bazinului Pentru linistirea curentului se monteaza bare verticale de linistire Peretii laterali ai deznisipatorului se executa cu evazare catre exterior pentru a permite preluarea impingerilor survenite din podul de gheata care se formeaza pe timp de iarna la suprafata bazinului Panta radierului bazinului trebuie sa permita evacuarea depunerilor in zona din aval a bazinului Evacuarea depunerilor se poate realiza cu mai multe sisteme
bull prin hidro-mecanizare cu scoaterea din functiune a unui compartiment
bull prin golirea totala a compartimentului (numai pentru debite foarte reduse)
bull cu electro-pompe speciale purtate de o grinda rulanta
3512 Decantoare statice
Sunt destinate surselor cu variatii mari de turbiditate la care 50 - 60 din suspensii sunt de natura minerala (gravimetrice) in figura 314 se prezinta schema unui decantor orizontal longitudinal Elementele principale ale bazinului sunt
bull zona de intrare in care se gaseste un perete de linistire a curentului in partea superioara respectiv canalul de evacuare a depunerilor in partea inferioara
bull decantorul propriu-zis cu radier cu panta catre basa de evacuare a namolului amplasata in zona incipienta a bazinului
bull zona de evacuare a apei decantate care este bordata de un gratar cu rolul impiedicarii accesului plutitorilor
Curatirea decantoarelor orizontale se realizeaza
bull Intermitent prin golire si evacuare depuneri hidraulic sau mecanic
bull Continuu cu ajutorul podurilor racloare care strang depunerile in base special amenajate
Dificultatile in operarea decantoarelor statice se pot sintetiza
bull sunt influentate de factori atmosferici vant gheata insorire
bull miscarea este turbulenta ca structura si particule fine pot fi repuse in stare de suspensie
bull echilibrarea fluxului hidraulic se realizeaza cu dificultate
bull eficienta retinerii nu depaseste 10-15 NTU la apa decantata
37 Filtrarea apei - generalitati
Filtrarea este procesul de limpezire finala a apei (stadiul II) la curgerea printr-un mediu poros de obicei format din nisip cuartos Procesul simuleaza infiltratia apelor superficiale in mediile poroase din subsolul pamantului Procesul este cunoscut si aplicat de mult timp (primul brevet s-a emis in 1830)
Schema generala (figura 323) indica filtrul ca fiind format dintr-un bazin (cuva) in care apa curge in sens descendent traverseaza mediul poros sustinut de un drenaj si ajunge intr-un rezervor de apa filtrata amplasat sub drenaj Sistemul este dotat cu toate instalatiile de introducere -prelevare apa preaplin si golire
Parametrii fundamentali ai procesului de filtrare sunt
bull viteza de filtrare definita (ca viteza aparenta) cu relatia urmatoare
vF = Q A [ m h ] [mzi] (313)
In care
Q - debitul de apa filtrata
A - suprafata orizontala a stratului filtrant in
functie de viteza de filtrare se pot clasifica in
o filtre lente (biologice) - VF = 01 - 025 [mh]
o filtre rapide - vF = 4 - 10 [mh|
o filtre ultra-rapide
bull mediul filtrant - in general nisip cuartos care sa realizeze prin uniformitatea granulelor un volum de goluri in care sa se acumuleze suspensia retinuta din apa caracteristicile sunt diferite pe tipuri de filtre
bull pierderea de sarcina (hr) exprimata ca diferenta intre nivelul apei in cuva filtrului si nivelul apei in rezervorul de apa filtrata este data de colmatarea stratului si este variabila in timp
49
38 Filtre lente
Se bazeaza pe formarea unei membrane biologice constituita din colonii de bacterii aerobe -amplasata la suprafata stratului de nisip (pe primii 2-3 cm) Elementul fundamental este dezvoltarea membranei (in 1 - 3 zile) functie de caracteristicile apei Dupa o perioada (30 - 50 zile) membrana se colmateaza si incepe sa se rupa degradand calitatea apei Aceasta se razuieste (se curata) manual sau mecanic si procesul este reluat In figura 52 se indica schema unui filtru lent
Dispoizitiv de curatat_____________________________membrana biologtca
Figura 325 indica tipurile de organisme care pot fi intalnite pe o adancime de 30 cm in nisipul filtrului lent
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
Nisipul din filtrul lent trebuie sa aiba urmatorii parametri
bull granulozitatea in domeniul dg = 035 - 050 mm
bull coeficientul de neuniformitate ult 15
(314)
In care d6o - diametral ochiurilor sitei prin care trece 60 din materialul cernut
d1o - diametral ochiurilor sitei prin care trece 10 din materialul cernut
01
50
bull inaltimea stratului de nisip H=90-100 cm cand grosimea stratului de nisip ajunge dupa curatiri succesive la 70 - 80 cm este necesara completarea la inaltimea initiala
Solutia filtrelor lente se prevede la debite relativ mici (max 10000 m zi) si surse de apa in general curate (lipsite de alge culoare poluanti toxici) Se pot obtine rezultate performante la ape necoagulate Operarea sistemelor de filtre lente este simpla Procesul de filtrare lenta este asimilat cu procese fizice si biologice Acestea din urma necesita o atentie si urmarire continua in etapele de operare a filtrelor in special referitor la starea coloniilor de bacterii aerobe din membrana biologica
310Filtre rapide
In figura 326 se prezinta schema unui filtru rapid Acesta este constituit din urmatoarele elemente componente
bull sistem admisie apa in cuva - are rolul echirepartitiei debitului catre cuvele de filtre
bull stratul filtrant peste care exista un strat de apa
bull drenaj cu rolul de a sustine stratul filtrant si de a transforma bulele mari in bule fine in procesul de spalare inversa
bull sistem de mentinere a nivelului apei in filtru (pentru filtrele cu functionare in sistem nivel constant si debit variabil)
bull statie de pompare apa de la spalare filtre si statie de suflante
bull instalatii hidraulice grupate in galeria tehnologica cu rolul de a asigura toate utilitatile necesare functionarii corecte a procesului (conducte si vane apa filtrata apa spalare aer spalare preaplin golire etc)
bull rezervor de apa filtrata amplasat de obicei sub toata statia sau in anumite cazuri numai sub galeria tehnologica
Procesul consta in doua etape
bull filtrarea apei parcurgand in sens descendent stratul de nisip si drenajul
bull spalarea filtrului in sens ascendent in doua faze distincte
o faza 1 (durata Ti=5-10 min)
o faza 2 - limpezire (durata Ti=10-15 min)
51
in ultimii 30-40 de ani in lume a existat o preocupare constants pentru perfectionarea procesului in sensul obtinerii performantei in calitatea apei filtrate (turbiditatea sa se incadreze in domeniulOl - 10 NTU)
Mecanismele de retinere in filtrele rapide se pot sintetiza ca in schema urmatoare
3101 Mediul filtrant
Calitatile materialului filtrant sunt urmatoarele
bull domeniul de granulozitate dg = 085 - 2 mm
bull coeficientul de neuniformitate u=d6odio lt 15
bull fractiunile inferioare diametrului 085 mm si superioare dmax 2 mm inferioare procentual la 10 in greutate
bull diametrul efectiv def = dio = 09-1 mm
bull sa realizeze un numar de goluri (porozitate) mare (pgt40)
bull forma granulelor apropiata de sfera pentru obtinerea unui grad de acoperire ridicat
bull continut de roci cuartoase recomandabil peste 95
bull sa aiba duritate (gt 7 in scara Mohs) pentru a nu se sfarama la spalare
Calitatea materialului filtrant influenteaza viteza de filtrare O serie de studii au indicat domeniul optim de granulozitate al nisipului de filtru conform figurii 328
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 52
3102 Calitatea influentului fn corelatie cu materialul filtrant
Pentru realizarea unei retineri eficiente a suspensiilor se impune ca in influentul filtrelor acestea sa fie floculate Aceasta se caracterizeaza prin coeficientul de coeziune al suspensiilor floculate (namol retinut) aceasta caracterizeaza capacitatea de rezistenta la forfecare si depinde de doza de floculant si natura (minerala sau organica a suspensiilor)
Procesul de optimizare a filtrarii rapide a apei ia in considerate principiul un filtru va functiona optim cand va produce cea mai mare cantitate de apa intre doua spalari succesive aceasta se va realiza cand timpul in care se atinge pierderea de sarcina limita este egal cu timpul in care se calitatea apei filtrate se inrautateste la limita maxim acceptabila (Ti = T2) sau penetrarea impuritatilor in interiorul masei filtrante se va efectua cu aceeasi viteza cu care creste pierderea de sarcina Expresiile celor doua perioade au fost determinate de cercetatorii Richard si Croce-Spinelli
Tx = a bull σ - 0 9 5 bull k-075bull def-045bull h0
n95bull v -185 (316)
T l = b bull σ-075 k - 0 7 5 bull dlef
1 5 Δhr05 bull vF
-065 (317)
In care Ti - perioada in care turbiditatea apei filtrate atinge valoarea limita (1 NTU)
T2 - perioada in care se atinge pierderea de sarcina limita (15 - 18 m)
a b - coeficienti empirici (experimentali)
hn - grosime strat nisip
Δhr- viteza de crestere a pierderii de sarcina
INSPECTIA SANITARA SI MOMTORIZAREA CALITATII APEI
VF - viteza de filtrare
k - coeficient de coeziune al namolului
a - depozitul specific (volumul de suspensii raportat la volumul de material filtrant)
Se constata ca fiecare filtru poate conduce la un ciclu optim functie de calitatea nisipului grosimea stratului calitatea flocularii suspensiilor din apa influenta si viteza de filtrare
3103 Variatia pierderii de sarcina
Urmarirea pierderii de sarcina este importanta pentru ca poate pune in evidenta functionarea filtrului Operarea optima a unui filtru se realizeaza prin urmarirea in timp a variatiei pierderii de sarcina si turbiditatii Masurile pentru realizarea acestui optim sunt
53
bull reducerea vitezei - cele mai performante filtre lucreaza cu viteze de filtrare variabile astfel incat colmatarea stratului sa se realizeze fara socuri
bull adaugarea unui polimer (doze 01 - 02 mgl) in influent pentru a mari rezistenta particulelor floculate
bull imbunatatirea calitatii nisipului
Presiune (m col H20)
Figura 329 Estimarea pierderii de sarcina Tn
stratul filtrant
3104 Spalarea filtrelor
Se realizeaza in contra curent de apa si aer comprimat Elementele tehnice care intervin esential in obtinerea performantelor spalarii sunt
bull calitate drenaj - din punct de vedere al uniformitatii debitelor de apa si aer
bull colectarea uniforma a apei de la spalare
bull metoda de spalare care sa asigure eliminarea totala a suspensiilor retinute in strat cu resurse minime
bull drenaj de mare rezistenta hidraulica (cu placi cu crepine)
Se bazeaza pe principiul introducerii unei rezistente hidraulice de 15 - 20 cm coloana de apa (reducerea brusca de sectiune la intrarea apei in tija crepinei) care asigura uniformizarea intensitatilor de spalare pe suprafata cuvei (abateri de plusmn 3-5) In figura 330 se prezinta schema drenajului cu placi cu crepine
Se pun conditii severe din punct de vedere constructiv pentru realizarea drenajului
bull asigurarea etansarii perfecte
bull asigurarea cotei exacte si unice pentru pozitia orificiilor de aer
bull rezistenta cosurilor crepinelor
bull asigurarea formarii unui nivel de separatie apa - aer uniform si constant pe toata suprafata cuvei
Cele mai performante filtre din punct de vedere al spalarii sunt filtrele cu baleiaj la spalare (figura 331)
INSPECTIA SANITARA SI MOMTORIZAREA CALITATII APEI
55
55
in perioada de spalare a filtrului nivelul in cuva se afla la cota NS jgheaburile J nu mai deverseaza si prin orificiile de la baza jgheaburilor se creeaza un curent de baleiaj (1-2 dm3sm2) cu apa decantata care impinge suspensiile spre jgheabul de colectare Se reduc astfel timpii de spalare (cu 50) si intensitatile si volumele de apa de spalare
Prin curgerea ascendenta a aerului masa de nisip vibreaza si peliculele de namol se desprind de granule Curentul ascendent de apa le antreneaza Spalarea numai cu aer induce vibrarea masei de nisip si depunerea namolului in zona inferioara a stratului De aceea este contraindicata spalarea numai cu aer in faza 1
In general echipamentele pentru asigurarea debitelor apa de spalare se adopta un utilaj (pompa) in faza 1 si inca o pompa de acelasi tip pentru faza a Il-a
3105 Asigurarea repartitiei uniforme a influentului
Pentru asigurarea repartitiei uniforme a apei decantate se utilizeaza diverse sisteme Cel mai performant este sistemul cu deversori neinecati conform cu schema din figura 332
3106 Sistemele hidraulice
Sistemele hidraulice asigura deservirea statiei de filtre atat in procesul de filtrare cat si in procesul de spalare Acestea se vor dimensiona conform vitezelor economice prezentate in tabelul urmator
3107 Reglajului debitului si nivelului de apa in cuva
Pentru filtrele care functioneaza cu nivel constant si debit variabil este foarte important ca nivelul apei in filtru se fie mentinut pseudo-constant Aceasta se asigura cu diverse sisteme de plutitori (regulator de nivel amonte) care comanda vana de pe conducta de apa filtrata sau cu sisteme electronice si hidraulice conform figurii 333
Figura 333 Sistem de reglare electronic al nivelului apei Tn filtru
Legends 1 Strat filtrant 2 Vana apa filtrata 3 Parghie comanda vana 4 Electrovana de comanda 5 Regulator electronic 6 Senzor de presiune pentru nivel filtru 7 Senzor de presiune sub planseu 8 Potentiometru 9 Indicator de
colmatare 10 Alimentare cu fluid de comanda
313 Afin area apei
Procesul de afmare a apei este constituit din combinatia intre procesul de post-oxidare cu ozon a apei filtrate urmat de adsorbtie pe carbune activ granular
3131 Post-oxidarea cu ozon
Ozonul (O3) se obtine din aer sau oxigen supus la descarcari electrice printr-un dielectric In figura 334 se prezinta un element dintr-un ozonor
figura 334 Element tubular de ozonor
1 - Intrare gaz vector (aeroxigen) 2 3 - Electrozi 4 - Dielectric 5 - Spatiu de descarcare electrica 6 - Gaz vector +
ozon 7 - Apa racire
Diferentele de potential la care se lucreaza sunt cuprinse intre 6000 - 18000 V functie de natura si grosimea dielectricului marimea spatiului de descarcare si presiunea absoluta de functionare
Concentratiile de ozon in gazul vector obisnuite sunt
bull 10-40gm - in cazul utilizarii aerului
bull 10-140 gm3 - in cazul utilizarii oxigenului
Pentru a realiza concentratii optime si stabilitatea procesului se cere punct de roua -60degC -80degC
Energia specifics pentru productia de ozon
bull 13-18 kWhkg O3 - produs din aer
bull 8-10 kWhkg O3 - produs din oxigen
Actiunea O3 asupra apelor de consum se poate sintetiza
bull imbunatatirea calitatilor organoleptice (gust miros culoare)
bull activitate bactericide si virulicida
bull oxidarea materiilor organice
bull oxidare micro-poluanti
bull imbunatatirea biodegradabilitatii in amonte de CAG
3132 Adsorbtie pe carbune activ granular (CAG)
Carbunele activ se poate obtine din carbuni minieri sau din coaja de nuca de cocos Majoritatea carbunilor minieri pot fi convertiti in carbune activ insa proprietatile carbunelui activ depind esential de calitatea initiala a carbunilor in special in ceea ce priveste duritatea acestora in acest sens se utilizeaza adesea coaja nucilor de cocos pentru fabricarea carbunelui activ
Exista o multitudine de procese de fabricare a carbunelui activ insa eel mai dezvoltat este piroliza urmata de activarea cu gaze de oxidare Piroliza (carbonizarea) presupune incalzirea materialului la temperaturi intre 600 si 900 degC in absenta aerului Pentru obtinerea unei porozitati ridicate se pot utiliza adaosuri de cloruri metalice (de exemplu ZnCl) Piroliza poate reprezenta unicul pas de activare in cazul in care se doreste obtinerea unui material cu 0 porozitate ridicata
A doua etapa este cea de oxidare care se realizeaza de obicei cu abur sau uneori cu aer Temperaturile sunt uzuale in gama de 600 - 900 degC Pe parcursul acestei etape se realizeaza 0 erodare a suprafetei interne a carbunelui si dezvoltarea unei retele extensive de micropori care cresc capacitatea de adsorbtie
58
Printre proprietatile principale ale carbunelui activ se enumera continutul de cenusa umiditatea densitatea marimea particulelor duritatea volumul si distributia dupa marime a porilor suprafata interna
31321 Continutul in cenusa
Continutul in cenusa este reprezentat de reziduul obtinut prin calcinarea la temperatura de 954 degC timp de 3 ore in aer Uzual continutul de cenusa variaza intre 3 si 10 Pentru reducerea cantitatii de cenusa se poate utiliza spalarea cu acid
31322 Umiditatea
Umiditatea se determina prin uscarea in cuptor timp de 3 ore a unei cantitati de 5 sau 10 g de carbune activ la temperatura 150 degC Se determina greutatea inainte si dupa uscare si racire in exicator Umiditatea in vrac a carbunelui activ este recomandabil sa fie limitata la maxim 5
31323 Densitatea
Sunt mai multe tipuri de densitati printre care se mentioneaza densitatea in vrac densitatea aparenta densitatea particulei si densitatea reala Densitatea in vrac sau densitatea aparenta reprezinta greutatea carbunelui activ uscat raportata la volumul pe care acesta il ocupa Aceasta se determina prin umplerea unui cilindru cu volumul de 100 ml cu carbune prin cadere libera dintr-o masina vibratoare si cantarirea volumului respectiv Valorile uzuale sunt in gama 05 - 06 gml pentru carbune activ fabricat din carbune minier respectiv 024 - 030 mg1 pentru carbune activ fabricat din lemn
Densitatea particulei reprezinta densitatea unei particule singulare Volumul pe care se bazeaza include volumul porilor precum si volumul materialului Densitatea particulei se determina in mod uzual cu mercur la presiunea atmosferica (mercurul umple spatiile goale din particula de carbune activ dar nu umple porii) Valorile uzuale sunt in gama 074 - 080 gml
Densitatea reala sau densitatea scheletului este cea determinate numai pe materialul (carbunele) propriu-zis Pentru determinarea acesteia se utilizeaza uzual o metoda de inlocuire cu heliu (heliul intra practic in toti porii materialului) Valorile uzuale sunt in gama 21 - 22 gml
31324 Marimea particulelor
Aceasta se determina prin cernerea a 100 sau 200 g de carbune printr-un sistem de site mecanice timp de 10 minute dupa care se cantaresc retinerile pe fiecare sita in parte Carbunele activ pudra se incadreaza de obicei in domeniul 005 mm - 15 mm
31325 Friabilitatea
Capacitatea carbunelui activ de a rezista la abraziune este unul dintre parametrii cei mai importanti Procedura de determinare a friabilitatii carbunelui activ presupune determinarea granulozitatii acestora inainte si dupa testul propriu-zis care consta in concasarea succesiva a carbunelui intr-un recipient alaturi de bile de otel inoxidabil Valorile uzuale ale indicelui de friabilitate sunt 65 - 80 (practic 70 - 75) ceea ce atesta faptul ca materialul este foarte usor friabil si este necesar atentie la procedura de spalare
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATIIAPEI 59
31326 Volumul si distributia dupa marime a porilor
Volumul porilor reprezinta volumul total al porilor din particula de carbune activ granular raportat la greutate Valorile uzuale sunt de ordinul 08 - 12 mlg pentru carbune activ fabricat din carbuni minieri respectiv 22-25 mlg pentru carbune activ fabricat din lemn Volumul total al porilor poate fi determinat printr-un test de adsorbtie cu azot desfasurate astfel incat azotul condensat sa intre in totalitate in porii carbunelui
Carbunele activ confine o structura complexa de pori de forme si marimi diferite Porii au de obicei o geometrie neregulata si sunt interconectati Dimensiunile porilor sunt uzual intre 10 A si 100000 A (001 cm) Distributia dupa marime a porilor depinde de tipul de material utilizat si de metoda si de durata procesului de activare
31327 Suprafata internaSuprafata interna a materialelor poroase in general se determinS cu ecuatia BET stabilita de
Brunauer Emmett si Teller Ecuatia descrie formarea de strate multiple de gaz condensat care apar atunci cand un gaz adsorbabil (de exemplu azotul) este in contact cu materialul poros Intr-un astfel de test se utilizeaza azot la temperatura de fierbere si presiunea atmosferica (-196 degC sau 77 K)
Ecuatia BET (expresia 318) a fost derivata presupunand urmatoarelebull rata de condensare a moleculelor din primul strat este egala cu rata de evaporare a
moleculelor din zonele acoperite cu un singur strat de moleculebull caldura de adsorbtie peste primul strat este constants si egala cu caldura de lichefiere
qqm=b(PPS)(1-PPs)(1-PPS+bPPS) ( 3 1 8 )
In care Ps - presiunea de vaporizare la saturatie la temperatura utilizata in test uzual 1 atm
q - cantitatea de substanta adsorbita la presiunea P
qm - cantitatea de substanta adsorbita numai cand se constata acoperirea totala a suprafetei cu un strat monomolecular
b - constanta determinata experimental
In figura 336 se prezinta o relatie tipica intre marimea porilor si suprafata totala Suprafata cumulativa este data de insumarea suprafetelor tuturor porilor cu un diametru dat sau mai mare Se remarca faptul ca marea majoritate a suprafetei este atribuita porilor de mici dimensiuni
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI60
3133 Teste uzuale de adsorbtie
In practica se utilizeaza o serie intreaga de teste pentru a determina capacitatea de adsorbtie pentru diferite tipuri de carbune activ Printre acestea se mentioneaza
- Indicele Iod reprezinta cantitatea de iod in miligrame pe gram adsorbit de un carbune activ la echilibru cu o solutie I2-KI cu concentratia 002 N indicele iod indica suprafata totala a porilor cu diametru de 10 A sau mai mare valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 800 - 1000 mgg
Indicele Melasa reprezinta un indicator al puterii de decolorare a carbunelui activ granular in contact cu 0 solutie de melasa la fierbere indicele melasa este in stricta legatura cu suprafata totala a porilor cu diametrul mai mare de 28 A valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 200 - 300
- Indicele Albastru de Metilen reprezinta cantitatea de albastru de metilen adsorbita de 1 g de carbune activ la echilibru in contact cu o solutie cu concentratia 1 mg1 de albastru de metilen Albastrul de metilen are greutatea moleculara 320 si indica suprafata totala a porilor cu diametrul de 15 A
- Activitatea tetraclorurii de carbon tetraclorura de carbon CC14 este un compus molecular mic si poate intra in toti porii In acest test un curent de aer este saturat cu CCI4 la 0 degC si este trecut printr-un strat de carbune activ mentinut la 25 degC pana cand nu se mai detecteaza nici o schimbare in greutate Activitatea este greutatea CCI4 adsorbita pe unitatea de greutate de carbune activ exprimata procentual Valorile uzuale ale acestui indicator sunt in gama 60 -80
- Indicele butan este similar activitatii tetraclorurii de carbon valoarea acestuia este exprimata grame de butan adsorbite pe 100 ml carbune activ valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 7 - 8 g 100 ml carbune activ
- Indicele FINAD stabilit de cercetatorul C Gomella si reprezinta un produs al mai multor indici F - fenol I - iod N - indol A - antipirina D - detergent
316 Deferizarea si demanganizarea apei
Fierul (Fe) si manganul (Mn) sunt elemente care se gasesc frecvent in mediul subteran si in apa apar in concentratii pana la 10 mg1 (Fe) si 2 mg1 (Mn) Prezenta fierului si manganului in apele potabile pot genera urmatoarele probleme
bull produce gust metalic dezagreabil
bull coloreaza tesaturile si echipamentele sanitare
bull formeaza precipitate in conducte care favorizeaza dezvoltarea bacteriilor feruginoase (Chrenothrix) acestea modifica regimul hidraulic calitatea apei distribute si favorizeaza fenomenele de coroziune
3161 Echilibrul fierului si manganului in apa
Fierul si manganul sunt prezente dizolvate in solutiile apoase sub forma Fe2+si Mn2+ Concentratia in oxigen a apelor subterane care contin Fe si Mn este nula Din namolurile situate in
2+ ~
zona anaeroba din hipolimnion se elibereaza ioni de Fe2+ si Mnz+ in apele lacurilor In numeroase ape naturale se remarca prezenta Fe3+ asociata cu substantele humice Stabilitatea fierului si manganului in apa depinde de numeroase variabile
bull pH-ul apei
bull concentratia diferitelor elemente chimice
bull potentialul de oxido-reducere (Eh) al solutiei
In figura 341 se prezinta diagrama de stabilitate a formelor fierului in solutie in aceasta diagrama o curba (linie) reprezinta locul geometric pentru care concentratia celor doua substante este aceeasi De exemplu linia 1 reprezinta solutia pentru care O2 si H2O au aceeasi valoare Aria cuprinsa intre curbele 1 si 2 reprezinta aria de stabilitate a compusilor de Fe Chimia manganului este asemanatoare cu cea a Fe Astfel la pH si Eh reduse Fe si Mn sunt stabile in forme bivalente
Existenta lacurilor de acumulare ridicS probleme importante sub trei aspecte generale aspecte care pot influenta calitatea apei captate siguranta in functionare a prizei sau si a zonelor vecine
bull pentru lacurile mici problema cea mai importanta este legata de colmatarea cu aluviuni lipsa masurilor de protejare amenajare si stabilizare a solului in bazinul hidrografic conduce la antrenarea unei mari cantitati de sol (mai ales fertil) care blocheaza in scurt timp volumul lacului
bull pentru lacurile cu volum mediu (milioane de m3) problema cea mai importanta este eutrofizarea apei lacului
bull pentru lacurile mari (sute de milioane m3) problema importanta este imbdtrdnirea lacului (o eutrofizare lenta avand ca punct final obtinerea unei ape de calitate total deosebitS de aceea a raului din care pro vine)
Eutrofizarea lacurilor este o problema acuta a multor lacuri din zone de ses si colinare Cauza principals este aportul de substante fertilizante (fosfor carbon azot) Fosforul (adus in apa in special din apele uzate orSaenesti - neepurate adecvat) in cantitSti mici favorizeaza randamentul de functionare a fitoplanctonului care la randul lui favorizeazS fixarea azotului cu ajutorul bacteriilor Dezvoltarea fitoplanctonului favorizeazS dezvoltarea zooplanctonului si deci a populatiei de pesti
DacS fluxul energetic si aportul de substante este moderat atunci ciclul se incheie devine stabil si lacul isi pSatreaza calitatea de lac oligotrof (figura 224a) In cazul in care cantitatea de fosfor creste creste volumul de fitoplancton deoarece nu exista suficient azot si lantul se rupe Zooplanctonul si pesti mor substantia organicS creste bacteriile consumS oxigenul si lacul devine eutrof acoperindu-se cu vegetatie (care are rSdacinile in malul situat pe fundul lacului si frunzele la suprafata realizand fotosinteza figura 224b) Consumarea oxigenului de cStre substantele in descompunere si capacitatea redusa de aerare fac ca apa lacului sa aibS de regulS un continut mai redus de oxigen
Daca se reduce cantitatea de nutrient (in special fosforul) dupa un timp calitatea apei se imbunatateste neajungand insa la calitatea initials (se considers ca un continut Tn fosfor de 10-20 mgl este acceptabil)
Imbdtrdnirea lacurilor este fenomenul de modificare continuS a calitatii apei lacului ca urmare a noului echilibru ce se realizeazS intre aportul de substante si circulatia apei Apa care ajunge in lac este o apa cu continut ridicat de substante minerale si organice Acestea se depun se descompun intra in reactie formand substante noi cu continut de Fe N S C (H2S CH4) substante care modifies chimismul apei Pe baza aportului de substante si sub influenta luminii creste productia de masa organica (schema lacului oligotrof) Apare un fenomen nou de circulatie a apei in lac vara apa de la suprafata este calda deci mai usoarS toamna insa apa se rSceste devine mai rece decat apa de la fundul lacului (are cca 4degC sub 15 - 20 m temperature ramane relativ constants) deci devine mai grea (densitatea creste la scaderea temperaturii) si coboarS inlocuind apa mai calda de adancime apa care se ridicS (depunerile mai pot fi agitate si de valurile de la suprafata)
Pozitia captarii in lacurile adanci trebuie sa fie totdeauna in zona medie cu temperature relativ constants (6 - 12degC) si unde nu se simte direct influenta descompunerilor ce se produc la fundul lacului (sau tulbureala datS de depunerile rSacolite)
28 Procese de pre-tratare aplicarea de algicide
Algele sau cianobacteriile (algele verzi-albastre) din lacurile si acumularile de stocare pot crea probleme de gust si miros precum si aparitia unor substante ce provoaca imbolnaviri (toxine) Pentru controlul dezvoltarii algelor sau cianobacteriilor se pot folosi compusi care distrug algele (algicidele) Daca are loc un eveniment legat de utilizarea algicidelor (calitatea apei este afectata de utilizarea unui algicid) pot avea loc urmatoarele
bull daca se utilizeaza algicide in exces substanta chimica poate provoca imbolnaviri
bull daca volumul de alge sau cianobacterii este prea mare si nu poate fi controlat de algicid toxinele din alge cianobacterii pot provoca imbolnaviri
bull daca se utilizeaza ca algicid paiele de orz substantele din paie pot reactiona cu dezinfectantele si forma subproduse ce provoaca imbolnaviri
Aplicarea de algicide in sursa de apa poate prezenta riscuri pentru sanatatea si siguranta muncii operatorilor Acestea sunt recunoscute dar nu vor fi discutate deoarece astfel de riscuri fac obiectul legislatiei muncii si protectiei muncii Algele sau cianobacteriile din sursa de apa pot interfera cu functionarea statiei de tratare Un bun control al cresterii lor face sa se diminueze necesitatea pre-oxidarii Se reduce de asemenea cantitatea de dezinfectant ce se pierde in reactia cu algele sau cu substantele pe care acestea le elimina in apa
31 Alcatuirea statiilor de tratare a apei
Rolul statiei de tratare este de a corecta calitatea apei brute pana la atingerea cerintelor utilizatorului Exista o multitudine de procese de tratare care se utilizeaza in practica insa schema generala a unei statii de tratare (figura 31) cuprinde
bull trepte multiple de oxidare (pre-oxidare post-oxidare) cu scopul de a oxida compusi chimici dar si de a realiza bariere succesive in calea micro-organismelor
bull procese de limpezire a apei care constau in
o coagulare-floculare cu reactivi chimici in camere de reactie special amenajate
o decantarea apei pentru retinerea suspensiilor coagulate
o filtrarea pe strat de nisip pentru finalizarea procesului de limpezire
bull afinarea apei constituita din oxidare cu ozon urmata de adsorbtie pe carbune activ granular cu scopul indepartarii anumitor compusi chimici toxici
bull dezinfectia apei pentru indepartarea totala a virusurilor bacteriilor si altor micro-organisme din apa treapta obligatorie in Romania conform Legii privind Calitatea Apei Potabile nr 4582002
3
Pentru eliminarea duritatii se pot adopta scheme cu schimbatori de ioni sau cu reactivi chimici (var si soda) in functie de tipul duritatii (temporara sau permanenta)
Orice statie de tratare este deservita de anumite facilitati pentru intretinerea proprie Printre acestea se mentioneaza
bull statia de reactivi chimici cu rolul de a stoca prepara si doza reactivii necesari procesului de tratare (coagulanti floculanti agenti dezinfectanti corectie pH etc)
bull sisteme de spalare filtre rapide constituite din statii de pompe si de suflante
bull laborator pentru a determina corectitudinea procesului de tratare dar si calitatea apei produse
bull alte facilitati printre care se mentioneaza sisteme de recuperare a apei de la spalare filtre si a namolului din decantoare
311 Exemple de statii de tratare
O schema de tratare cu filtrare directa este prezentata in figura 32 Uzina de apa a orasului Los Angeles - SUA (Los Angeles Aqueduct Filtration Plant) are o capacitate instalata de 185 m3s filiera tratare fiind prezentata in cele ce urmeaza
bull pre-oxidare cu ozon 4 generatoare care produc 3780 kg CVzi (doza medie ozon 15 mgdm3) 4 bazine de contact (timp de contact minim 49 min)
bull coagulare (amestec rapid) 8 camere de reactie echipate cu agitatoare dinamice timp minim de amestec 086 s pentru doua camere inseriate Reactivi utilizati clorura ferica sulfat de aluminiu polimeri anionici si neionici soda caustica clor
bull floculare 36 camere de reactie lenta timp minim de reactie lenta 8 min pentru 3 bazine inseriate
bull filtrare 24 unitati (aria unei unitati A=160 m2) strat de antracit cu inaltimea de 24 m viteza de filtrare 175 mh care asigura un timp de contact de 10 minute
bull dezinfectie finala cu clor (doza maxima clor 56 mgdm3)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 3
Un alt exemplu de schema de tratare care nu cuprinde treapta de decantare este uzina de apa Ivry (Franta) modernizata in 1987 (debit instalat Q = 300000 m3zi) Dupa modernizare uzina cuprinde urmatoarele procese (figura 33)
bull pre-oxidare cu ozon doza uzuala 10 mg CVdm3
bull coagulare (amestec rapid) cu clorura ferica (5 - 10 mgdm3) si polimer anionic (0025 -005 mgdm3)
bull pre-filtrare faza I - (coagulare pe masa de contact) 18 unitati de 815 m2 strat biolit 10 m viteza de filtrare maxima 10 mh
bull floculare cu clorura ferica (2-6 mg Fe3+dm3) si polimer (005 - 10 mgdm3)
bull pre-filtrare faza II - nisip 22 unitati de 81 m viteza de filtrare 9 mh
bull filtrare lenta 30 cuve (23000 m2) viteza maxima de filtrare 13 mzi inaltime strat 07 m
bull post-ozonare timp de contact 4 minute doza uzuala 04 - 06 mg CVdm3
bull filtrare pe CAG inaltime strat 10 m viteza de filtrare 10 mh
bull dezinfectare finala cu hipoclorit de sodiu
In figura 34 este prezentata o schema tehnologica a unei uzine de apa aplicata in cateva mari uzine de tratare (Qgt2000 m3h) ce preiau apa bruta direct din fluviul Ruhr Schema asigura o eliminare optima a microorganismelor Concentratia de Cryptosporidium in apa raului Ruhr variaza de la 0 la 5 unit(100 dm3) iar concentratia chisturilor Giardia de la 8 la 250 unitdm3 Nu au fost detectate aceste organisme in treptele premergatoare dezinfectarii Se remarca prezenta treptelor de filtrare incepand cu filtrarea mecanica pe microsite in capatul amonte al filierei de tratare si continuand cu un pachet de trei trepte de filtrare (dublu strat carbune activ granular si filtre lente) care asigura o eficienta foarte mare din punct de vedere microbiologic
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 3
Figura 34 Filiera tehnologica uzina de apa Mulheim an der Ruhr
(Germania)
Un exemplu de schema tehnologica combinata (Q=32 m3s) este prezentata in figura 35 Apa bruta (fluviul Elba) este puternic incarcata in poluanti Filtrarea primara (bazine de infiltratie) reduce de cateva ori incarcarea microbiologica iar in cazul folosirii treptelor de floculare sedimentare si filtrare reducerea incarcarii microbiologice este de circa 9999
Prin curgerea in stratul subteran se obtine o apa ce se incadreaza in normele privind calitatea apei potabile Dezinfectia finala este aplicata pentru a preveni cresterea masei bacteriene in sistemele de distributie Uzina este prevazuta a fi modernizata cu treapta de oxidare cu ozon si filtre multistrat
In Elvetia sunt intalnite in principal scheme complexe de tratare avand la baza procese biologice (figura 36) Treptele de tratare clasice (pre-oxidare cu ozon coagulare-floculare filtrare rapida) sunt urmate de corectia pH-ului si postozonare in fmalul filierei de tratare se prevad reactoare biologice inseriate (filtre CAG activate biologic urmate de filtre lente) Se urmareste in principal reducerea indicatorilor biologici si bacteriologici prin reducerea concentratiilor de carbon organic asimilabil (AOC lt 10 ug Cdm ) Se remarca absenta dezinfectarii finale Se obtine o apa biostabila introducerea acesteia intr-o retea de distributie nu necesita prezenta unui dezinfectant rezidual Se asigura in acest mod o siguranta ridicata la consumator in ceea ce priveste potentialul de formare al trihalometanilor
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 3
33 Procese de oxidare
Procesele de oxidare pot fi intalnite in toate statiile de tratare in doua sectiuni caracteristice ale schemei
bull pre-oxidare in capatul amonte al filierei pentru oxidarea substantei organice plancton inactivare microorganisme obiectul principal este asigurarea functionarii optime a proceselor de tratare si evitarea contaminarii acesteia
bull post-oxidarea amplasat dupa procesele de tratare conventionale (decantare si filtrare rapida pe strat de nisip) urmareste oxidarea totala a micro poluantilor reducerea materiilor organice naturale si inactivarea totala in ape limpezi a compusilor biologici si bacteriologici
331 Pre-oxidare
In mod obisnuit se utilizeaza urmatorii agenti oxidanti clor ozon dioxid de clor 3311 Clorul(Ch)
Clorul se utilizeaza in mod uzual cu doze cuprinse in domeniul 1 - 3 mgl cu timp de contact minim Tc=30 minute in anumite situatii (inflorire algala sau poluare accidentala) dozele pot fi mai mari dar se urmareste evitarea formarii sub-produsilor organo-clorurati (de exemplu trihalometani THM) prin efectuarea de incercari pe apa sursei pentru a se stabili potentialul de formare
Clorul este adoptat frecvent datorita costurilor reduse implicate Reactia clorului trebuie urmarita cu atentie luand in consideratie agentii reducatori (H2S Mn2+ Fe3+) si materiile organice naturale in diagrama din figura 37 se poate urmari procesul de reactie al clorului in apa (clorare la breakpoint) Punctul critic se atinge daca raportul masic intre clor si amoniac variaza intre 81 -101 (teoretic 761)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 40
3312 Ozonul(03)
Ozonul este un gaz violet instabil care degaja un miros iritant caracteristic
Se produce prin descarcari electrice la diferente de potential ridicate intre doi electrozi intre care curge aer sau oxigen pur Eficienta productiei depinde de diferenta de potential frecventa caracteristicile materialului dielectric si spatiul care separa dielectricele Progresele tehnologice din ultimii 20-30 ani au condus la reducerea consumului de energie la 10 - 12 kWh 1 kg O3
Dozele uzuale de ozon sunt in gama 1 - 3 mgCVdm3 iar timpul de contact uzual este Tc=10 minute Se tinde spre adoptarea solutiei cu doua reactoare in serie ca in figura 38 Adancimea apei in reactoare poate atinge 6-75 m
Conceptual reactoarele de ozon functioneaza pe baza interceptarii curentului de apa descendent de catre voalul de bule mici de ozon in miscare ascendents
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
0
4
3313 Dioxidul de clor (CIO2)
Se poate obtine din clorit de sodiu si clor conform reactiei
2NaC102 + Cl2rarr2C102 + 2NaCl (31)
Stoechiometric 1 g dioxid de clor se obtine din 134 g clorita de sodiu si 05 g de clor
Este instabil si exploziv la temperaturi T gt (-40degC) Se produce imediat inainte de injectia in apa La 20degC si presiune partiala de 53 kPa solubilitatea este 4 gdm3
Avantajele utilizarii CIO2 sunt
bull nu formeaza sub-produsi de tip trihalometani (THM)
bull are putere oxidanta mai buna oxideaza fenoli si este foarte eficace la pH peste 85
Dozele utilizate frecvent 01 - 05 mgl timpul de contact fiind Tc = 10 min Se mentioneaza ca pentru doze mai mare de 05 mgl exista riscul formarii de sub-produsi de tip clorati
Reactoarele de pre-oxidare utilizeaza agitatoare mecanice (rezistente la coroziune) care asigura amestecul mecanic cu randamente ridicate intre apa de tratat si solutia de CIO2
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 4
332 Post-oxidare
In filierele de tratare se dezvolta din ce in ce mai mult conceptul de post-oxidare cu ozon pe apa limpezita dupa filtrele rapide de nisip pentru ca eficienta transferului creste se reduc dozele de ozon si oxidarea micro-poluantilor devine mai eficienta
incadrarea procesului de post-oxidare in schema statiei de tratare se realizeaza totdeauna ca infigura 310 n
Dozele de 03 in post-oxidare nu depasesc 2 mgl Principiile reactoarelor de ozon sunt identice cu cele utilizate in pre-oxidare
Post-oxidarea cu ozon combinata cu adsorbtia pe CAG este procesul (denumit afinare) capabil sa asigure
- eliminare totala compusi biologici microbiologici si micropoluanti
- reducere materiilor organice naturale astfel incat TOC lt 25 g Cl
- eliminare pesticide
333 Alegerea oxidantului
Alegerea oxidantului se bazeaza pe analiza calitatii apei caracterizarea marimii poluarii care poate apare (continut materii organice naturale carbon organic total numar de microorganisme perioade duraf deg ce aparitie)
Alegerea agentului oxidant are la baza costuri si implicatii in filiera tehnologica
Tabelul 35 Caracteristici principale Tn alegerea oxidantilor Nr crt
Oxidant Avantaje Dezavantaje
1 Clor-Cl2 - costuri reduse- cunoastere operare- este remanent (rezidual) in reteaua de
distributie
formeaza THM - necesita timpi de contact mari
2 Dioxid de clor - C102 - capacitate de oxidare mai ridicata in raport cu Cl2
- nu formeaza THM- este remanent (rezidual) in reteaua de
distributie
- necesita preparare si dozare instantanee- la doze prea mari poate forma cloraticosturi mai mari in raport cu Cl2
3 Ozon - 03 - cea mai mare capacitate de oxidare- nu formeaza THM
- necesita preparare si dozare instantaneeconsumuri energetice mari- poate forma subprodusi de tip bromaji sau
aldehide- nu este remanent (rezidual) in reteaua de
distributie
4
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 4
Figura 311 Fortele
ce actioneaza asupra
particulelor aflate Tn
apa
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
3511 Deznisipatoare
Sunt destinate sa retina particulele de tip nisip pentru protectia utilajelor din schema statiei de tratare Schema unui deznisipator orizontal este data in figura 313
Figura 313 Deznisipator orizontal longitudinal
1 Gratar 2 Bare de linistire 3 Nisa pentru reparatii Tn caz de avarie 4 Stavilar de intrare 5 Vane de golire 6 Stavilarde iesire 7 Galerie de golire
In zona de intrare a apei in deznisipator se monteaza un gratar rar pentru impiedicarea accesului corpurilor mari in interiorul bazinului Pentru linistirea curentului se monteaza bare verticale de linistire Peretii laterali ai deznisipatorului se executa cu evazare catre exterior pentru a permite preluarea impingerilor survenite din podul de gheata care se formeaza pe timp de iarna la suprafata bazinului Panta radierului bazinului trebuie sa permita evacuarea depunerilor in zona din aval a bazinului Evacuarea depunerilor se poate realiza cu mai multe sisteme
bull prin hidro-mecanizare cu scoaterea din functiune a unui compartiment
bull prin golirea totala a compartimentului (numai pentru debite foarte reduse)
bull cu electro-pompe speciale purtate de o grinda rulanta
3512 Decantoare statice
Sunt destinate surselor cu variatii mari de turbiditate la care 50 - 60 din suspensii sunt de natura minerala (gravimetrice) in figura 314 se prezinta schema unui decantor orizontal longitudinal Elementele principale ale bazinului sunt
bull zona de intrare in care se gaseste un perete de linistire a curentului in partea superioara respectiv canalul de evacuare a depunerilor in partea inferioara
bull decantorul propriu-zis cu radier cu panta catre basa de evacuare a namolului amplasata in zona incipienta a bazinului
bull zona de evacuare a apei decantate care este bordata de un gratar cu rolul impiedicarii accesului plutitorilor
Curatirea decantoarelor orizontale se realizeaza
bull Intermitent prin golire si evacuare depuneri hidraulic sau mecanic
bull Continuu cu ajutorul podurilor racloare care strang depunerile in base special amenajate
Dificultatile in operarea decantoarelor statice se pot sintetiza
bull sunt influentate de factori atmosferici vant gheata insorire
bull miscarea este turbulenta ca structura si particule fine pot fi repuse in stare de suspensie
bull echilibrarea fluxului hidraulic se realizeaza cu dificultate
bull eficienta retinerii nu depaseste 10-15 NTU la apa decantata
37 Filtrarea apei - generalitati
Filtrarea este procesul de limpezire finala a apei (stadiul II) la curgerea printr-un mediu poros de obicei format din nisip cuartos Procesul simuleaza infiltratia apelor superficiale in mediile poroase din subsolul pamantului Procesul este cunoscut si aplicat de mult timp (primul brevet s-a emis in 1830)
Schema generala (figura 323) indica filtrul ca fiind format dintr-un bazin (cuva) in care apa curge in sens descendent traverseaza mediul poros sustinut de un drenaj si ajunge intr-un rezervor de apa filtrata amplasat sub drenaj Sistemul este dotat cu toate instalatiile de introducere -prelevare apa preaplin si golire
Parametrii fundamentali ai procesului de filtrare sunt
bull viteza de filtrare definita (ca viteza aparenta) cu relatia urmatoare
vF = Q A [ m h ] [mzi] (313)
In care
Q - debitul de apa filtrata
A - suprafata orizontala a stratului filtrant in
functie de viteza de filtrare se pot clasifica in
o filtre lente (biologice) - VF = 01 - 025 [mh]
o filtre rapide - vF = 4 - 10 [mh|
o filtre ultra-rapide
bull mediul filtrant - in general nisip cuartos care sa realizeze prin uniformitatea granulelor un volum de goluri in care sa se acumuleze suspensia retinuta din apa caracteristicile sunt diferite pe tipuri de filtre
bull pierderea de sarcina (hr) exprimata ca diferenta intre nivelul apei in cuva filtrului si nivelul apei in rezervorul de apa filtrata este data de colmatarea stratului si este variabila in timp
49
38 Filtre lente
Se bazeaza pe formarea unei membrane biologice constituita din colonii de bacterii aerobe -amplasata la suprafata stratului de nisip (pe primii 2-3 cm) Elementul fundamental este dezvoltarea membranei (in 1 - 3 zile) functie de caracteristicile apei Dupa o perioada (30 - 50 zile) membrana se colmateaza si incepe sa se rupa degradand calitatea apei Aceasta se razuieste (se curata) manual sau mecanic si procesul este reluat In figura 52 se indica schema unui filtru lent
Dispoizitiv de curatat_____________________________membrana biologtca
Figura 325 indica tipurile de organisme care pot fi intalnite pe o adancime de 30 cm in nisipul filtrului lent
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
Nisipul din filtrul lent trebuie sa aiba urmatorii parametri
bull granulozitatea in domeniul dg = 035 - 050 mm
bull coeficientul de neuniformitate ult 15
(314)
In care d6o - diametral ochiurilor sitei prin care trece 60 din materialul cernut
d1o - diametral ochiurilor sitei prin care trece 10 din materialul cernut
01
50
bull inaltimea stratului de nisip H=90-100 cm cand grosimea stratului de nisip ajunge dupa curatiri succesive la 70 - 80 cm este necesara completarea la inaltimea initiala
Solutia filtrelor lente se prevede la debite relativ mici (max 10000 m zi) si surse de apa in general curate (lipsite de alge culoare poluanti toxici) Se pot obtine rezultate performante la ape necoagulate Operarea sistemelor de filtre lente este simpla Procesul de filtrare lenta este asimilat cu procese fizice si biologice Acestea din urma necesita o atentie si urmarire continua in etapele de operare a filtrelor in special referitor la starea coloniilor de bacterii aerobe din membrana biologica
310Filtre rapide
In figura 326 se prezinta schema unui filtru rapid Acesta este constituit din urmatoarele elemente componente
bull sistem admisie apa in cuva - are rolul echirepartitiei debitului catre cuvele de filtre
bull stratul filtrant peste care exista un strat de apa
bull drenaj cu rolul de a sustine stratul filtrant si de a transforma bulele mari in bule fine in procesul de spalare inversa
bull sistem de mentinere a nivelului apei in filtru (pentru filtrele cu functionare in sistem nivel constant si debit variabil)
bull statie de pompare apa de la spalare filtre si statie de suflante
bull instalatii hidraulice grupate in galeria tehnologica cu rolul de a asigura toate utilitatile necesare functionarii corecte a procesului (conducte si vane apa filtrata apa spalare aer spalare preaplin golire etc)
bull rezervor de apa filtrata amplasat de obicei sub toata statia sau in anumite cazuri numai sub galeria tehnologica
Procesul consta in doua etape
bull filtrarea apei parcurgand in sens descendent stratul de nisip si drenajul
bull spalarea filtrului in sens ascendent in doua faze distincte
o faza 1 (durata Ti=5-10 min)
o faza 2 - limpezire (durata Ti=10-15 min)
51
in ultimii 30-40 de ani in lume a existat o preocupare constants pentru perfectionarea procesului in sensul obtinerii performantei in calitatea apei filtrate (turbiditatea sa se incadreze in domeniulOl - 10 NTU)
Mecanismele de retinere in filtrele rapide se pot sintetiza ca in schema urmatoare
3101 Mediul filtrant
Calitatile materialului filtrant sunt urmatoarele
bull domeniul de granulozitate dg = 085 - 2 mm
bull coeficientul de neuniformitate u=d6odio lt 15
bull fractiunile inferioare diametrului 085 mm si superioare dmax 2 mm inferioare procentual la 10 in greutate
bull diametrul efectiv def = dio = 09-1 mm
bull sa realizeze un numar de goluri (porozitate) mare (pgt40)
bull forma granulelor apropiata de sfera pentru obtinerea unui grad de acoperire ridicat
bull continut de roci cuartoase recomandabil peste 95
bull sa aiba duritate (gt 7 in scara Mohs) pentru a nu se sfarama la spalare
Calitatea materialului filtrant influenteaza viteza de filtrare O serie de studii au indicat domeniul optim de granulozitate al nisipului de filtru conform figurii 328
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 52
3102 Calitatea influentului fn corelatie cu materialul filtrant
Pentru realizarea unei retineri eficiente a suspensiilor se impune ca in influentul filtrelor acestea sa fie floculate Aceasta se caracterizeaza prin coeficientul de coeziune al suspensiilor floculate (namol retinut) aceasta caracterizeaza capacitatea de rezistenta la forfecare si depinde de doza de floculant si natura (minerala sau organica a suspensiilor)
Procesul de optimizare a filtrarii rapide a apei ia in considerate principiul un filtru va functiona optim cand va produce cea mai mare cantitate de apa intre doua spalari succesive aceasta se va realiza cand timpul in care se atinge pierderea de sarcina limita este egal cu timpul in care se calitatea apei filtrate se inrautateste la limita maxim acceptabila (Ti = T2) sau penetrarea impuritatilor in interiorul masei filtrante se va efectua cu aceeasi viteza cu care creste pierderea de sarcina Expresiile celor doua perioade au fost determinate de cercetatorii Richard si Croce-Spinelli
Tx = a bull σ - 0 9 5 bull k-075bull def-045bull h0
n95bull v -185 (316)
T l = b bull σ-075 k - 0 7 5 bull dlef
1 5 Δhr05 bull vF
-065 (317)
In care Ti - perioada in care turbiditatea apei filtrate atinge valoarea limita (1 NTU)
T2 - perioada in care se atinge pierderea de sarcina limita (15 - 18 m)
a b - coeficienti empirici (experimentali)
hn - grosime strat nisip
Δhr- viteza de crestere a pierderii de sarcina
INSPECTIA SANITARA SI MOMTORIZAREA CALITATII APEI
VF - viteza de filtrare
k - coeficient de coeziune al namolului
a - depozitul specific (volumul de suspensii raportat la volumul de material filtrant)
Se constata ca fiecare filtru poate conduce la un ciclu optim functie de calitatea nisipului grosimea stratului calitatea flocularii suspensiilor din apa influenta si viteza de filtrare
3103 Variatia pierderii de sarcina
Urmarirea pierderii de sarcina este importanta pentru ca poate pune in evidenta functionarea filtrului Operarea optima a unui filtru se realizeaza prin urmarirea in timp a variatiei pierderii de sarcina si turbiditatii Masurile pentru realizarea acestui optim sunt
53
bull reducerea vitezei - cele mai performante filtre lucreaza cu viteze de filtrare variabile astfel incat colmatarea stratului sa se realizeze fara socuri
bull adaugarea unui polimer (doze 01 - 02 mgl) in influent pentru a mari rezistenta particulelor floculate
bull imbunatatirea calitatii nisipului
Presiune (m col H20)
Figura 329 Estimarea pierderii de sarcina Tn
stratul filtrant
3104 Spalarea filtrelor
Se realizeaza in contra curent de apa si aer comprimat Elementele tehnice care intervin esential in obtinerea performantelor spalarii sunt
bull calitate drenaj - din punct de vedere al uniformitatii debitelor de apa si aer
bull colectarea uniforma a apei de la spalare
bull metoda de spalare care sa asigure eliminarea totala a suspensiilor retinute in strat cu resurse minime
bull drenaj de mare rezistenta hidraulica (cu placi cu crepine)
Se bazeaza pe principiul introducerii unei rezistente hidraulice de 15 - 20 cm coloana de apa (reducerea brusca de sectiune la intrarea apei in tija crepinei) care asigura uniformizarea intensitatilor de spalare pe suprafata cuvei (abateri de plusmn 3-5) In figura 330 se prezinta schema drenajului cu placi cu crepine
Se pun conditii severe din punct de vedere constructiv pentru realizarea drenajului
bull asigurarea etansarii perfecte
bull asigurarea cotei exacte si unice pentru pozitia orificiilor de aer
bull rezistenta cosurilor crepinelor
bull asigurarea formarii unui nivel de separatie apa - aer uniform si constant pe toata suprafata cuvei
Cele mai performante filtre din punct de vedere al spalarii sunt filtrele cu baleiaj la spalare (figura 331)
INSPECTIA SANITARA SI MOMTORIZAREA CALITATII APEI
55
55
in perioada de spalare a filtrului nivelul in cuva se afla la cota NS jgheaburile J nu mai deverseaza si prin orificiile de la baza jgheaburilor se creeaza un curent de baleiaj (1-2 dm3sm2) cu apa decantata care impinge suspensiile spre jgheabul de colectare Se reduc astfel timpii de spalare (cu 50) si intensitatile si volumele de apa de spalare
Prin curgerea ascendenta a aerului masa de nisip vibreaza si peliculele de namol se desprind de granule Curentul ascendent de apa le antreneaza Spalarea numai cu aer induce vibrarea masei de nisip si depunerea namolului in zona inferioara a stratului De aceea este contraindicata spalarea numai cu aer in faza 1
In general echipamentele pentru asigurarea debitelor apa de spalare se adopta un utilaj (pompa) in faza 1 si inca o pompa de acelasi tip pentru faza a Il-a
3105 Asigurarea repartitiei uniforme a influentului
Pentru asigurarea repartitiei uniforme a apei decantate se utilizeaza diverse sisteme Cel mai performant este sistemul cu deversori neinecati conform cu schema din figura 332
3106 Sistemele hidraulice
Sistemele hidraulice asigura deservirea statiei de filtre atat in procesul de filtrare cat si in procesul de spalare Acestea se vor dimensiona conform vitezelor economice prezentate in tabelul urmator
3107 Reglajului debitului si nivelului de apa in cuva
Pentru filtrele care functioneaza cu nivel constant si debit variabil este foarte important ca nivelul apei in filtru se fie mentinut pseudo-constant Aceasta se asigura cu diverse sisteme de plutitori (regulator de nivel amonte) care comanda vana de pe conducta de apa filtrata sau cu sisteme electronice si hidraulice conform figurii 333
Figura 333 Sistem de reglare electronic al nivelului apei Tn filtru
Legends 1 Strat filtrant 2 Vana apa filtrata 3 Parghie comanda vana 4 Electrovana de comanda 5 Regulator electronic 6 Senzor de presiune pentru nivel filtru 7 Senzor de presiune sub planseu 8 Potentiometru 9 Indicator de
colmatare 10 Alimentare cu fluid de comanda
313 Afin area apei
Procesul de afmare a apei este constituit din combinatia intre procesul de post-oxidare cu ozon a apei filtrate urmat de adsorbtie pe carbune activ granular
3131 Post-oxidarea cu ozon
Ozonul (O3) se obtine din aer sau oxigen supus la descarcari electrice printr-un dielectric In figura 334 se prezinta un element dintr-un ozonor
figura 334 Element tubular de ozonor
1 - Intrare gaz vector (aeroxigen) 2 3 - Electrozi 4 - Dielectric 5 - Spatiu de descarcare electrica 6 - Gaz vector +
ozon 7 - Apa racire
Diferentele de potential la care se lucreaza sunt cuprinse intre 6000 - 18000 V functie de natura si grosimea dielectricului marimea spatiului de descarcare si presiunea absoluta de functionare
Concentratiile de ozon in gazul vector obisnuite sunt
bull 10-40gm - in cazul utilizarii aerului
bull 10-140 gm3 - in cazul utilizarii oxigenului
Pentru a realiza concentratii optime si stabilitatea procesului se cere punct de roua -60degC -80degC
Energia specifics pentru productia de ozon
bull 13-18 kWhkg O3 - produs din aer
bull 8-10 kWhkg O3 - produs din oxigen
Actiunea O3 asupra apelor de consum se poate sintetiza
bull imbunatatirea calitatilor organoleptice (gust miros culoare)
bull activitate bactericide si virulicida
bull oxidarea materiilor organice
bull oxidare micro-poluanti
bull imbunatatirea biodegradabilitatii in amonte de CAG
3132 Adsorbtie pe carbune activ granular (CAG)
Carbunele activ se poate obtine din carbuni minieri sau din coaja de nuca de cocos Majoritatea carbunilor minieri pot fi convertiti in carbune activ insa proprietatile carbunelui activ depind esential de calitatea initiala a carbunilor in special in ceea ce priveste duritatea acestora in acest sens se utilizeaza adesea coaja nucilor de cocos pentru fabricarea carbunelui activ
Exista o multitudine de procese de fabricare a carbunelui activ insa eel mai dezvoltat este piroliza urmata de activarea cu gaze de oxidare Piroliza (carbonizarea) presupune incalzirea materialului la temperaturi intre 600 si 900 degC in absenta aerului Pentru obtinerea unei porozitati ridicate se pot utiliza adaosuri de cloruri metalice (de exemplu ZnCl) Piroliza poate reprezenta unicul pas de activare in cazul in care se doreste obtinerea unui material cu 0 porozitate ridicata
A doua etapa este cea de oxidare care se realizeaza de obicei cu abur sau uneori cu aer Temperaturile sunt uzuale in gama de 600 - 900 degC Pe parcursul acestei etape se realizeaza 0 erodare a suprafetei interne a carbunelui si dezvoltarea unei retele extensive de micropori care cresc capacitatea de adsorbtie
58
Printre proprietatile principale ale carbunelui activ se enumera continutul de cenusa umiditatea densitatea marimea particulelor duritatea volumul si distributia dupa marime a porilor suprafata interna
31321 Continutul in cenusa
Continutul in cenusa este reprezentat de reziduul obtinut prin calcinarea la temperatura de 954 degC timp de 3 ore in aer Uzual continutul de cenusa variaza intre 3 si 10 Pentru reducerea cantitatii de cenusa se poate utiliza spalarea cu acid
31322 Umiditatea
Umiditatea se determina prin uscarea in cuptor timp de 3 ore a unei cantitati de 5 sau 10 g de carbune activ la temperatura 150 degC Se determina greutatea inainte si dupa uscare si racire in exicator Umiditatea in vrac a carbunelui activ este recomandabil sa fie limitata la maxim 5
31323 Densitatea
Sunt mai multe tipuri de densitati printre care se mentioneaza densitatea in vrac densitatea aparenta densitatea particulei si densitatea reala Densitatea in vrac sau densitatea aparenta reprezinta greutatea carbunelui activ uscat raportata la volumul pe care acesta il ocupa Aceasta se determina prin umplerea unui cilindru cu volumul de 100 ml cu carbune prin cadere libera dintr-o masina vibratoare si cantarirea volumului respectiv Valorile uzuale sunt in gama 05 - 06 gml pentru carbune activ fabricat din carbune minier respectiv 024 - 030 mg1 pentru carbune activ fabricat din lemn
Densitatea particulei reprezinta densitatea unei particule singulare Volumul pe care se bazeaza include volumul porilor precum si volumul materialului Densitatea particulei se determina in mod uzual cu mercur la presiunea atmosferica (mercurul umple spatiile goale din particula de carbune activ dar nu umple porii) Valorile uzuale sunt in gama 074 - 080 gml
Densitatea reala sau densitatea scheletului este cea determinate numai pe materialul (carbunele) propriu-zis Pentru determinarea acesteia se utilizeaza uzual o metoda de inlocuire cu heliu (heliul intra practic in toti porii materialului) Valorile uzuale sunt in gama 21 - 22 gml
31324 Marimea particulelor
Aceasta se determina prin cernerea a 100 sau 200 g de carbune printr-un sistem de site mecanice timp de 10 minute dupa care se cantaresc retinerile pe fiecare sita in parte Carbunele activ pudra se incadreaza de obicei in domeniul 005 mm - 15 mm
31325 Friabilitatea
Capacitatea carbunelui activ de a rezista la abraziune este unul dintre parametrii cei mai importanti Procedura de determinare a friabilitatii carbunelui activ presupune determinarea granulozitatii acestora inainte si dupa testul propriu-zis care consta in concasarea succesiva a carbunelui intr-un recipient alaturi de bile de otel inoxidabil Valorile uzuale ale indicelui de friabilitate sunt 65 - 80 (practic 70 - 75) ceea ce atesta faptul ca materialul este foarte usor friabil si este necesar atentie la procedura de spalare
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATIIAPEI 59
31326 Volumul si distributia dupa marime a porilor
Volumul porilor reprezinta volumul total al porilor din particula de carbune activ granular raportat la greutate Valorile uzuale sunt de ordinul 08 - 12 mlg pentru carbune activ fabricat din carbuni minieri respectiv 22-25 mlg pentru carbune activ fabricat din lemn Volumul total al porilor poate fi determinat printr-un test de adsorbtie cu azot desfasurate astfel incat azotul condensat sa intre in totalitate in porii carbunelui
Carbunele activ confine o structura complexa de pori de forme si marimi diferite Porii au de obicei o geometrie neregulata si sunt interconectati Dimensiunile porilor sunt uzual intre 10 A si 100000 A (001 cm) Distributia dupa marime a porilor depinde de tipul de material utilizat si de metoda si de durata procesului de activare
31327 Suprafata internaSuprafata interna a materialelor poroase in general se determinS cu ecuatia BET stabilita de
Brunauer Emmett si Teller Ecuatia descrie formarea de strate multiple de gaz condensat care apar atunci cand un gaz adsorbabil (de exemplu azotul) este in contact cu materialul poros Intr-un astfel de test se utilizeaza azot la temperatura de fierbere si presiunea atmosferica (-196 degC sau 77 K)
Ecuatia BET (expresia 318) a fost derivata presupunand urmatoarelebull rata de condensare a moleculelor din primul strat este egala cu rata de evaporare a
moleculelor din zonele acoperite cu un singur strat de moleculebull caldura de adsorbtie peste primul strat este constants si egala cu caldura de lichefiere
qqm=b(PPS)(1-PPs)(1-PPS+bPPS) ( 3 1 8 )
In care Ps - presiunea de vaporizare la saturatie la temperatura utilizata in test uzual 1 atm
q - cantitatea de substanta adsorbita la presiunea P
qm - cantitatea de substanta adsorbita numai cand se constata acoperirea totala a suprafetei cu un strat monomolecular
b - constanta determinata experimental
In figura 336 se prezinta o relatie tipica intre marimea porilor si suprafata totala Suprafata cumulativa este data de insumarea suprafetelor tuturor porilor cu un diametru dat sau mai mare Se remarca faptul ca marea majoritate a suprafetei este atribuita porilor de mici dimensiuni
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI60
3133 Teste uzuale de adsorbtie
In practica se utilizeaza o serie intreaga de teste pentru a determina capacitatea de adsorbtie pentru diferite tipuri de carbune activ Printre acestea se mentioneaza
- Indicele Iod reprezinta cantitatea de iod in miligrame pe gram adsorbit de un carbune activ la echilibru cu o solutie I2-KI cu concentratia 002 N indicele iod indica suprafata totala a porilor cu diametru de 10 A sau mai mare valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 800 - 1000 mgg
Indicele Melasa reprezinta un indicator al puterii de decolorare a carbunelui activ granular in contact cu 0 solutie de melasa la fierbere indicele melasa este in stricta legatura cu suprafata totala a porilor cu diametrul mai mare de 28 A valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 200 - 300
- Indicele Albastru de Metilen reprezinta cantitatea de albastru de metilen adsorbita de 1 g de carbune activ la echilibru in contact cu o solutie cu concentratia 1 mg1 de albastru de metilen Albastrul de metilen are greutatea moleculara 320 si indica suprafata totala a porilor cu diametrul de 15 A
- Activitatea tetraclorurii de carbon tetraclorura de carbon CC14 este un compus molecular mic si poate intra in toti porii In acest test un curent de aer este saturat cu CCI4 la 0 degC si este trecut printr-un strat de carbune activ mentinut la 25 degC pana cand nu se mai detecteaza nici o schimbare in greutate Activitatea este greutatea CCI4 adsorbita pe unitatea de greutate de carbune activ exprimata procentual Valorile uzuale ale acestui indicator sunt in gama 60 -80
- Indicele butan este similar activitatii tetraclorurii de carbon valoarea acestuia este exprimata grame de butan adsorbite pe 100 ml carbune activ valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 7 - 8 g 100 ml carbune activ
- Indicele FINAD stabilit de cercetatorul C Gomella si reprezinta un produs al mai multor indici F - fenol I - iod N - indol A - antipirina D - detergent
316 Deferizarea si demanganizarea apei
Fierul (Fe) si manganul (Mn) sunt elemente care se gasesc frecvent in mediul subteran si in apa apar in concentratii pana la 10 mg1 (Fe) si 2 mg1 (Mn) Prezenta fierului si manganului in apele potabile pot genera urmatoarele probleme
bull produce gust metalic dezagreabil
bull coloreaza tesaturile si echipamentele sanitare
bull formeaza precipitate in conducte care favorizeaza dezvoltarea bacteriilor feruginoase (Chrenothrix) acestea modifica regimul hidraulic calitatea apei distribute si favorizeaza fenomenele de coroziune
3161 Echilibrul fierului si manganului in apa
Fierul si manganul sunt prezente dizolvate in solutiile apoase sub forma Fe2+si Mn2+ Concentratia in oxigen a apelor subterane care contin Fe si Mn este nula Din namolurile situate in
2+ ~
zona anaeroba din hipolimnion se elibereaza ioni de Fe2+ si Mnz+ in apele lacurilor In numeroase ape naturale se remarca prezenta Fe3+ asociata cu substantele humice Stabilitatea fierului si manganului in apa depinde de numeroase variabile
bull pH-ul apei
bull concentratia diferitelor elemente chimice
bull potentialul de oxido-reducere (Eh) al solutiei
In figura 341 se prezinta diagrama de stabilitate a formelor fierului in solutie in aceasta diagrama o curba (linie) reprezinta locul geometric pentru care concentratia celor doua substante este aceeasi De exemplu linia 1 reprezinta solutia pentru care O2 si H2O au aceeasi valoare Aria cuprinsa intre curbele 1 si 2 reprezinta aria de stabilitate a compusilor de Fe Chimia manganului este asemanatoare cu cea a Fe Astfel la pH si Eh reduse Fe si Mn sunt stabile in forme bivalente
Daca se reduce cantitatea de nutrient (in special fosforul) dupa un timp calitatea apei se imbunatateste neajungand insa la calitatea initials (se considers ca un continut Tn fosfor de 10-20 mgl este acceptabil)
Imbdtrdnirea lacurilor este fenomenul de modificare continuS a calitatii apei lacului ca urmare a noului echilibru ce se realizeazS intre aportul de substante si circulatia apei Apa care ajunge in lac este o apa cu continut ridicat de substante minerale si organice Acestea se depun se descompun intra in reactie formand substante noi cu continut de Fe N S C (H2S CH4) substante care modifies chimismul apei Pe baza aportului de substante si sub influenta luminii creste productia de masa organica (schema lacului oligotrof) Apare un fenomen nou de circulatie a apei in lac vara apa de la suprafata este calda deci mai usoarS toamna insa apa se rSceste devine mai rece decat apa de la fundul lacului (are cca 4degC sub 15 - 20 m temperature ramane relativ constants) deci devine mai grea (densitatea creste la scaderea temperaturii) si coboarS inlocuind apa mai calda de adancime apa care se ridicS (depunerile mai pot fi agitate si de valurile de la suprafata)
Pozitia captarii in lacurile adanci trebuie sa fie totdeauna in zona medie cu temperature relativ constants (6 - 12degC) si unde nu se simte direct influenta descompunerilor ce se produc la fundul lacului (sau tulbureala datS de depunerile rSacolite)
28 Procese de pre-tratare aplicarea de algicide
Algele sau cianobacteriile (algele verzi-albastre) din lacurile si acumularile de stocare pot crea probleme de gust si miros precum si aparitia unor substante ce provoaca imbolnaviri (toxine) Pentru controlul dezvoltarii algelor sau cianobacteriilor se pot folosi compusi care distrug algele (algicidele) Daca are loc un eveniment legat de utilizarea algicidelor (calitatea apei este afectata de utilizarea unui algicid) pot avea loc urmatoarele
bull daca se utilizeaza algicide in exces substanta chimica poate provoca imbolnaviri
bull daca volumul de alge sau cianobacterii este prea mare si nu poate fi controlat de algicid toxinele din alge cianobacterii pot provoca imbolnaviri
bull daca se utilizeaza ca algicid paiele de orz substantele din paie pot reactiona cu dezinfectantele si forma subproduse ce provoaca imbolnaviri
Aplicarea de algicide in sursa de apa poate prezenta riscuri pentru sanatatea si siguranta muncii operatorilor Acestea sunt recunoscute dar nu vor fi discutate deoarece astfel de riscuri fac obiectul legislatiei muncii si protectiei muncii Algele sau cianobacteriile din sursa de apa pot interfera cu functionarea statiei de tratare Un bun control al cresterii lor face sa se diminueze necesitatea pre-oxidarii Se reduce de asemenea cantitatea de dezinfectant ce se pierde in reactia cu algele sau cu substantele pe care acestea le elimina in apa
31 Alcatuirea statiilor de tratare a apei
Rolul statiei de tratare este de a corecta calitatea apei brute pana la atingerea cerintelor utilizatorului Exista o multitudine de procese de tratare care se utilizeaza in practica insa schema generala a unei statii de tratare (figura 31) cuprinde
bull trepte multiple de oxidare (pre-oxidare post-oxidare) cu scopul de a oxida compusi chimici dar si de a realiza bariere succesive in calea micro-organismelor
bull procese de limpezire a apei care constau in
o coagulare-floculare cu reactivi chimici in camere de reactie special amenajate
o decantarea apei pentru retinerea suspensiilor coagulate
o filtrarea pe strat de nisip pentru finalizarea procesului de limpezire
bull afinarea apei constituita din oxidare cu ozon urmata de adsorbtie pe carbune activ granular cu scopul indepartarii anumitor compusi chimici toxici
bull dezinfectia apei pentru indepartarea totala a virusurilor bacteriilor si altor micro-organisme din apa treapta obligatorie in Romania conform Legii privind Calitatea Apei Potabile nr 4582002
3
Pentru eliminarea duritatii se pot adopta scheme cu schimbatori de ioni sau cu reactivi chimici (var si soda) in functie de tipul duritatii (temporara sau permanenta)
Orice statie de tratare este deservita de anumite facilitati pentru intretinerea proprie Printre acestea se mentioneaza
bull statia de reactivi chimici cu rolul de a stoca prepara si doza reactivii necesari procesului de tratare (coagulanti floculanti agenti dezinfectanti corectie pH etc)
bull sisteme de spalare filtre rapide constituite din statii de pompe si de suflante
bull laborator pentru a determina corectitudinea procesului de tratare dar si calitatea apei produse
bull alte facilitati printre care se mentioneaza sisteme de recuperare a apei de la spalare filtre si a namolului din decantoare
311 Exemple de statii de tratare
O schema de tratare cu filtrare directa este prezentata in figura 32 Uzina de apa a orasului Los Angeles - SUA (Los Angeles Aqueduct Filtration Plant) are o capacitate instalata de 185 m3s filiera tratare fiind prezentata in cele ce urmeaza
bull pre-oxidare cu ozon 4 generatoare care produc 3780 kg CVzi (doza medie ozon 15 mgdm3) 4 bazine de contact (timp de contact minim 49 min)
bull coagulare (amestec rapid) 8 camere de reactie echipate cu agitatoare dinamice timp minim de amestec 086 s pentru doua camere inseriate Reactivi utilizati clorura ferica sulfat de aluminiu polimeri anionici si neionici soda caustica clor
bull floculare 36 camere de reactie lenta timp minim de reactie lenta 8 min pentru 3 bazine inseriate
bull filtrare 24 unitati (aria unei unitati A=160 m2) strat de antracit cu inaltimea de 24 m viteza de filtrare 175 mh care asigura un timp de contact de 10 minute
bull dezinfectie finala cu clor (doza maxima clor 56 mgdm3)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 3
Un alt exemplu de schema de tratare care nu cuprinde treapta de decantare este uzina de apa Ivry (Franta) modernizata in 1987 (debit instalat Q = 300000 m3zi) Dupa modernizare uzina cuprinde urmatoarele procese (figura 33)
bull pre-oxidare cu ozon doza uzuala 10 mg CVdm3
bull coagulare (amestec rapid) cu clorura ferica (5 - 10 mgdm3) si polimer anionic (0025 -005 mgdm3)
bull pre-filtrare faza I - (coagulare pe masa de contact) 18 unitati de 815 m2 strat biolit 10 m viteza de filtrare maxima 10 mh
bull floculare cu clorura ferica (2-6 mg Fe3+dm3) si polimer (005 - 10 mgdm3)
bull pre-filtrare faza II - nisip 22 unitati de 81 m viteza de filtrare 9 mh
bull filtrare lenta 30 cuve (23000 m2) viteza maxima de filtrare 13 mzi inaltime strat 07 m
bull post-ozonare timp de contact 4 minute doza uzuala 04 - 06 mg CVdm3
bull filtrare pe CAG inaltime strat 10 m viteza de filtrare 10 mh
bull dezinfectare finala cu hipoclorit de sodiu
In figura 34 este prezentata o schema tehnologica a unei uzine de apa aplicata in cateva mari uzine de tratare (Qgt2000 m3h) ce preiau apa bruta direct din fluviul Ruhr Schema asigura o eliminare optima a microorganismelor Concentratia de Cryptosporidium in apa raului Ruhr variaza de la 0 la 5 unit(100 dm3) iar concentratia chisturilor Giardia de la 8 la 250 unitdm3 Nu au fost detectate aceste organisme in treptele premergatoare dezinfectarii Se remarca prezenta treptelor de filtrare incepand cu filtrarea mecanica pe microsite in capatul amonte al filierei de tratare si continuand cu un pachet de trei trepte de filtrare (dublu strat carbune activ granular si filtre lente) care asigura o eficienta foarte mare din punct de vedere microbiologic
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 3
Figura 34 Filiera tehnologica uzina de apa Mulheim an der Ruhr
(Germania)
Un exemplu de schema tehnologica combinata (Q=32 m3s) este prezentata in figura 35 Apa bruta (fluviul Elba) este puternic incarcata in poluanti Filtrarea primara (bazine de infiltratie) reduce de cateva ori incarcarea microbiologica iar in cazul folosirii treptelor de floculare sedimentare si filtrare reducerea incarcarii microbiologice este de circa 9999
Prin curgerea in stratul subteran se obtine o apa ce se incadreaza in normele privind calitatea apei potabile Dezinfectia finala este aplicata pentru a preveni cresterea masei bacteriene in sistemele de distributie Uzina este prevazuta a fi modernizata cu treapta de oxidare cu ozon si filtre multistrat
In Elvetia sunt intalnite in principal scheme complexe de tratare avand la baza procese biologice (figura 36) Treptele de tratare clasice (pre-oxidare cu ozon coagulare-floculare filtrare rapida) sunt urmate de corectia pH-ului si postozonare in fmalul filierei de tratare se prevad reactoare biologice inseriate (filtre CAG activate biologic urmate de filtre lente) Se urmareste in principal reducerea indicatorilor biologici si bacteriologici prin reducerea concentratiilor de carbon organic asimilabil (AOC lt 10 ug Cdm ) Se remarca absenta dezinfectarii finale Se obtine o apa biostabila introducerea acesteia intr-o retea de distributie nu necesita prezenta unui dezinfectant rezidual Se asigura in acest mod o siguranta ridicata la consumator in ceea ce priveste potentialul de formare al trihalometanilor
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 3
33 Procese de oxidare
Procesele de oxidare pot fi intalnite in toate statiile de tratare in doua sectiuni caracteristice ale schemei
bull pre-oxidare in capatul amonte al filierei pentru oxidarea substantei organice plancton inactivare microorganisme obiectul principal este asigurarea functionarii optime a proceselor de tratare si evitarea contaminarii acesteia
bull post-oxidarea amplasat dupa procesele de tratare conventionale (decantare si filtrare rapida pe strat de nisip) urmareste oxidarea totala a micro poluantilor reducerea materiilor organice naturale si inactivarea totala in ape limpezi a compusilor biologici si bacteriologici
331 Pre-oxidare
In mod obisnuit se utilizeaza urmatorii agenti oxidanti clor ozon dioxid de clor 3311 Clorul(Ch)
Clorul se utilizeaza in mod uzual cu doze cuprinse in domeniul 1 - 3 mgl cu timp de contact minim Tc=30 minute in anumite situatii (inflorire algala sau poluare accidentala) dozele pot fi mai mari dar se urmareste evitarea formarii sub-produsilor organo-clorurati (de exemplu trihalometani THM) prin efectuarea de incercari pe apa sursei pentru a se stabili potentialul de formare
Clorul este adoptat frecvent datorita costurilor reduse implicate Reactia clorului trebuie urmarita cu atentie luand in consideratie agentii reducatori (H2S Mn2+ Fe3+) si materiile organice naturale in diagrama din figura 37 se poate urmari procesul de reactie al clorului in apa (clorare la breakpoint) Punctul critic se atinge daca raportul masic intre clor si amoniac variaza intre 81 -101 (teoretic 761)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 40
3312 Ozonul(03)
Ozonul este un gaz violet instabil care degaja un miros iritant caracteristic
Se produce prin descarcari electrice la diferente de potential ridicate intre doi electrozi intre care curge aer sau oxigen pur Eficienta productiei depinde de diferenta de potential frecventa caracteristicile materialului dielectric si spatiul care separa dielectricele Progresele tehnologice din ultimii 20-30 ani au condus la reducerea consumului de energie la 10 - 12 kWh 1 kg O3
Dozele uzuale de ozon sunt in gama 1 - 3 mgCVdm3 iar timpul de contact uzual este Tc=10 minute Se tinde spre adoptarea solutiei cu doua reactoare in serie ca in figura 38 Adancimea apei in reactoare poate atinge 6-75 m
Conceptual reactoarele de ozon functioneaza pe baza interceptarii curentului de apa descendent de catre voalul de bule mici de ozon in miscare ascendents
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
0
4
3313 Dioxidul de clor (CIO2)
Se poate obtine din clorit de sodiu si clor conform reactiei
2NaC102 + Cl2rarr2C102 + 2NaCl (31)
Stoechiometric 1 g dioxid de clor se obtine din 134 g clorita de sodiu si 05 g de clor
Este instabil si exploziv la temperaturi T gt (-40degC) Se produce imediat inainte de injectia in apa La 20degC si presiune partiala de 53 kPa solubilitatea este 4 gdm3
Avantajele utilizarii CIO2 sunt
bull nu formeaza sub-produsi de tip trihalometani (THM)
bull are putere oxidanta mai buna oxideaza fenoli si este foarte eficace la pH peste 85
Dozele utilizate frecvent 01 - 05 mgl timpul de contact fiind Tc = 10 min Se mentioneaza ca pentru doze mai mare de 05 mgl exista riscul formarii de sub-produsi de tip clorati
Reactoarele de pre-oxidare utilizeaza agitatoare mecanice (rezistente la coroziune) care asigura amestecul mecanic cu randamente ridicate intre apa de tratat si solutia de CIO2
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 4
332 Post-oxidare
In filierele de tratare se dezvolta din ce in ce mai mult conceptul de post-oxidare cu ozon pe apa limpezita dupa filtrele rapide de nisip pentru ca eficienta transferului creste se reduc dozele de ozon si oxidarea micro-poluantilor devine mai eficienta
incadrarea procesului de post-oxidare in schema statiei de tratare se realizeaza totdeauna ca infigura 310 n
Dozele de 03 in post-oxidare nu depasesc 2 mgl Principiile reactoarelor de ozon sunt identice cu cele utilizate in pre-oxidare
Post-oxidarea cu ozon combinata cu adsorbtia pe CAG este procesul (denumit afinare) capabil sa asigure
- eliminare totala compusi biologici microbiologici si micropoluanti
- reducere materiilor organice naturale astfel incat TOC lt 25 g Cl
- eliminare pesticide
333 Alegerea oxidantului
Alegerea oxidantului se bazeaza pe analiza calitatii apei caracterizarea marimii poluarii care poate apare (continut materii organice naturale carbon organic total numar de microorganisme perioade duraf deg ce aparitie)
Alegerea agentului oxidant are la baza costuri si implicatii in filiera tehnologica
Tabelul 35 Caracteristici principale Tn alegerea oxidantilor Nr crt
Oxidant Avantaje Dezavantaje
1 Clor-Cl2 - costuri reduse- cunoastere operare- este remanent (rezidual) in reteaua de
distributie
formeaza THM - necesita timpi de contact mari
2 Dioxid de clor - C102 - capacitate de oxidare mai ridicata in raport cu Cl2
- nu formeaza THM- este remanent (rezidual) in reteaua de
distributie
- necesita preparare si dozare instantanee- la doze prea mari poate forma cloraticosturi mai mari in raport cu Cl2
3 Ozon - 03 - cea mai mare capacitate de oxidare- nu formeaza THM
- necesita preparare si dozare instantaneeconsumuri energetice mari- poate forma subprodusi de tip bromaji sau
aldehide- nu este remanent (rezidual) in reteaua de
distributie
4
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 4
Figura 311 Fortele
ce actioneaza asupra
particulelor aflate Tn
apa
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
3511 Deznisipatoare
Sunt destinate sa retina particulele de tip nisip pentru protectia utilajelor din schema statiei de tratare Schema unui deznisipator orizontal este data in figura 313
Figura 313 Deznisipator orizontal longitudinal
1 Gratar 2 Bare de linistire 3 Nisa pentru reparatii Tn caz de avarie 4 Stavilar de intrare 5 Vane de golire 6 Stavilarde iesire 7 Galerie de golire
In zona de intrare a apei in deznisipator se monteaza un gratar rar pentru impiedicarea accesului corpurilor mari in interiorul bazinului Pentru linistirea curentului se monteaza bare verticale de linistire Peretii laterali ai deznisipatorului se executa cu evazare catre exterior pentru a permite preluarea impingerilor survenite din podul de gheata care se formeaza pe timp de iarna la suprafata bazinului Panta radierului bazinului trebuie sa permita evacuarea depunerilor in zona din aval a bazinului Evacuarea depunerilor se poate realiza cu mai multe sisteme
bull prin hidro-mecanizare cu scoaterea din functiune a unui compartiment
bull prin golirea totala a compartimentului (numai pentru debite foarte reduse)
bull cu electro-pompe speciale purtate de o grinda rulanta
3512 Decantoare statice
Sunt destinate surselor cu variatii mari de turbiditate la care 50 - 60 din suspensii sunt de natura minerala (gravimetrice) in figura 314 se prezinta schema unui decantor orizontal longitudinal Elementele principale ale bazinului sunt
bull zona de intrare in care se gaseste un perete de linistire a curentului in partea superioara respectiv canalul de evacuare a depunerilor in partea inferioara
bull decantorul propriu-zis cu radier cu panta catre basa de evacuare a namolului amplasata in zona incipienta a bazinului
bull zona de evacuare a apei decantate care este bordata de un gratar cu rolul impiedicarii accesului plutitorilor
Curatirea decantoarelor orizontale se realizeaza
bull Intermitent prin golire si evacuare depuneri hidraulic sau mecanic
bull Continuu cu ajutorul podurilor racloare care strang depunerile in base special amenajate
Dificultatile in operarea decantoarelor statice se pot sintetiza
bull sunt influentate de factori atmosferici vant gheata insorire
bull miscarea este turbulenta ca structura si particule fine pot fi repuse in stare de suspensie
bull echilibrarea fluxului hidraulic se realizeaza cu dificultate
bull eficienta retinerii nu depaseste 10-15 NTU la apa decantata
37 Filtrarea apei - generalitati
Filtrarea este procesul de limpezire finala a apei (stadiul II) la curgerea printr-un mediu poros de obicei format din nisip cuartos Procesul simuleaza infiltratia apelor superficiale in mediile poroase din subsolul pamantului Procesul este cunoscut si aplicat de mult timp (primul brevet s-a emis in 1830)
Schema generala (figura 323) indica filtrul ca fiind format dintr-un bazin (cuva) in care apa curge in sens descendent traverseaza mediul poros sustinut de un drenaj si ajunge intr-un rezervor de apa filtrata amplasat sub drenaj Sistemul este dotat cu toate instalatiile de introducere -prelevare apa preaplin si golire
Parametrii fundamentali ai procesului de filtrare sunt
bull viteza de filtrare definita (ca viteza aparenta) cu relatia urmatoare
vF = Q A [ m h ] [mzi] (313)
In care
Q - debitul de apa filtrata
A - suprafata orizontala a stratului filtrant in
functie de viteza de filtrare se pot clasifica in
o filtre lente (biologice) - VF = 01 - 025 [mh]
o filtre rapide - vF = 4 - 10 [mh|
o filtre ultra-rapide
bull mediul filtrant - in general nisip cuartos care sa realizeze prin uniformitatea granulelor un volum de goluri in care sa se acumuleze suspensia retinuta din apa caracteristicile sunt diferite pe tipuri de filtre
bull pierderea de sarcina (hr) exprimata ca diferenta intre nivelul apei in cuva filtrului si nivelul apei in rezervorul de apa filtrata este data de colmatarea stratului si este variabila in timp
49
38 Filtre lente
Se bazeaza pe formarea unei membrane biologice constituita din colonii de bacterii aerobe -amplasata la suprafata stratului de nisip (pe primii 2-3 cm) Elementul fundamental este dezvoltarea membranei (in 1 - 3 zile) functie de caracteristicile apei Dupa o perioada (30 - 50 zile) membrana se colmateaza si incepe sa se rupa degradand calitatea apei Aceasta se razuieste (se curata) manual sau mecanic si procesul este reluat In figura 52 se indica schema unui filtru lent
Dispoizitiv de curatat_____________________________membrana biologtca
Figura 325 indica tipurile de organisme care pot fi intalnite pe o adancime de 30 cm in nisipul filtrului lent
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
Nisipul din filtrul lent trebuie sa aiba urmatorii parametri
bull granulozitatea in domeniul dg = 035 - 050 mm
bull coeficientul de neuniformitate ult 15
(314)
In care d6o - diametral ochiurilor sitei prin care trece 60 din materialul cernut
d1o - diametral ochiurilor sitei prin care trece 10 din materialul cernut
01
50
bull inaltimea stratului de nisip H=90-100 cm cand grosimea stratului de nisip ajunge dupa curatiri succesive la 70 - 80 cm este necesara completarea la inaltimea initiala
Solutia filtrelor lente se prevede la debite relativ mici (max 10000 m zi) si surse de apa in general curate (lipsite de alge culoare poluanti toxici) Se pot obtine rezultate performante la ape necoagulate Operarea sistemelor de filtre lente este simpla Procesul de filtrare lenta este asimilat cu procese fizice si biologice Acestea din urma necesita o atentie si urmarire continua in etapele de operare a filtrelor in special referitor la starea coloniilor de bacterii aerobe din membrana biologica
310Filtre rapide
In figura 326 se prezinta schema unui filtru rapid Acesta este constituit din urmatoarele elemente componente
bull sistem admisie apa in cuva - are rolul echirepartitiei debitului catre cuvele de filtre
bull stratul filtrant peste care exista un strat de apa
bull drenaj cu rolul de a sustine stratul filtrant si de a transforma bulele mari in bule fine in procesul de spalare inversa
bull sistem de mentinere a nivelului apei in filtru (pentru filtrele cu functionare in sistem nivel constant si debit variabil)
bull statie de pompare apa de la spalare filtre si statie de suflante
bull instalatii hidraulice grupate in galeria tehnologica cu rolul de a asigura toate utilitatile necesare functionarii corecte a procesului (conducte si vane apa filtrata apa spalare aer spalare preaplin golire etc)
bull rezervor de apa filtrata amplasat de obicei sub toata statia sau in anumite cazuri numai sub galeria tehnologica
Procesul consta in doua etape
bull filtrarea apei parcurgand in sens descendent stratul de nisip si drenajul
bull spalarea filtrului in sens ascendent in doua faze distincte
o faza 1 (durata Ti=5-10 min)
o faza 2 - limpezire (durata Ti=10-15 min)
51
in ultimii 30-40 de ani in lume a existat o preocupare constants pentru perfectionarea procesului in sensul obtinerii performantei in calitatea apei filtrate (turbiditatea sa se incadreze in domeniulOl - 10 NTU)
Mecanismele de retinere in filtrele rapide se pot sintetiza ca in schema urmatoare
3101 Mediul filtrant
Calitatile materialului filtrant sunt urmatoarele
bull domeniul de granulozitate dg = 085 - 2 mm
bull coeficientul de neuniformitate u=d6odio lt 15
bull fractiunile inferioare diametrului 085 mm si superioare dmax 2 mm inferioare procentual la 10 in greutate
bull diametrul efectiv def = dio = 09-1 mm
bull sa realizeze un numar de goluri (porozitate) mare (pgt40)
bull forma granulelor apropiata de sfera pentru obtinerea unui grad de acoperire ridicat
bull continut de roci cuartoase recomandabil peste 95
bull sa aiba duritate (gt 7 in scara Mohs) pentru a nu se sfarama la spalare
Calitatea materialului filtrant influenteaza viteza de filtrare O serie de studii au indicat domeniul optim de granulozitate al nisipului de filtru conform figurii 328
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 52
3102 Calitatea influentului fn corelatie cu materialul filtrant
Pentru realizarea unei retineri eficiente a suspensiilor se impune ca in influentul filtrelor acestea sa fie floculate Aceasta se caracterizeaza prin coeficientul de coeziune al suspensiilor floculate (namol retinut) aceasta caracterizeaza capacitatea de rezistenta la forfecare si depinde de doza de floculant si natura (minerala sau organica a suspensiilor)
Procesul de optimizare a filtrarii rapide a apei ia in considerate principiul un filtru va functiona optim cand va produce cea mai mare cantitate de apa intre doua spalari succesive aceasta se va realiza cand timpul in care se atinge pierderea de sarcina limita este egal cu timpul in care se calitatea apei filtrate se inrautateste la limita maxim acceptabila (Ti = T2) sau penetrarea impuritatilor in interiorul masei filtrante se va efectua cu aceeasi viteza cu care creste pierderea de sarcina Expresiile celor doua perioade au fost determinate de cercetatorii Richard si Croce-Spinelli
Tx = a bull σ - 0 9 5 bull k-075bull def-045bull h0
n95bull v -185 (316)
T l = b bull σ-075 k - 0 7 5 bull dlef
1 5 Δhr05 bull vF
-065 (317)
In care Ti - perioada in care turbiditatea apei filtrate atinge valoarea limita (1 NTU)
T2 - perioada in care se atinge pierderea de sarcina limita (15 - 18 m)
a b - coeficienti empirici (experimentali)
hn - grosime strat nisip
Δhr- viteza de crestere a pierderii de sarcina
INSPECTIA SANITARA SI MOMTORIZAREA CALITATII APEI
VF - viteza de filtrare
k - coeficient de coeziune al namolului
a - depozitul specific (volumul de suspensii raportat la volumul de material filtrant)
Se constata ca fiecare filtru poate conduce la un ciclu optim functie de calitatea nisipului grosimea stratului calitatea flocularii suspensiilor din apa influenta si viteza de filtrare
3103 Variatia pierderii de sarcina
Urmarirea pierderii de sarcina este importanta pentru ca poate pune in evidenta functionarea filtrului Operarea optima a unui filtru se realizeaza prin urmarirea in timp a variatiei pierderii de sarcina si turbiditatii Masurile pentru realizarea acestui optim sunt
53
bull reducerea vitezei - cele mai performante filtre lucreaza cu viteze de filtrare variabile astfel incat colmatarea stratului sa se realizeze fara socuri
bull adaugarea unui polimer (doze 01 - 02 mgl) in influent pentru a mari rezistenta particulelor floculate
bull imbunatatirea calitatii nisipului
Presiune (m col H20)
Figura 329 Estimarea pierderii de sarcina Tn
stratul filtrant
3104 Spalarea filtrelor
Se realizeaza in contra curent de apa si aer comprimat Elementele tehnice care intervin esential in obtinerea performantelor spalarii sunt
bull calitate drenaj - din punct de vedere al uniformitatii debitelor de apa si aer
bull colectarea uniforma a apei de la spalare
bull metoda de spalare care sa asigure eliminarea totala a suspensiilor retinute in strat cu resurse minime
bull drenaj de mare rezistenta hidraulica (cu placi cu crepine)
Se bazeaza pe principiul introducerii unei rezistente hidraulice de 15 - 20 cm coloana de apa (reducerea brusca de sectiune la intrarea apei in tija crepinei) care asigura uniformizarea intensitatilor de spalare pe suprafata cuvei (abateri de plusmn 3-5) In figura 330 se prezinta schema drenajului cu placi cu crepine
Se pun conditii severe din punct de vedere constructiv pentru realizarea drenajului
bull asigurarea etansarii perfecte
bull asigurarea cotei exacte si unice pentru pozitia orificiilor de aer
bull rezistenta cosurilor crepinelor
bull asigurarea formarii unui nivel de separatie apa - aer uniform si constant pe toata suprafata cuvei
Cele mai performante filtre din punct de vedere al spalarii sunt filtrele cu baleiaj la spalare (figura 331)
INSPECTIA SANITARA SI MOMTORIZAREA CALITATII APEI
55
55
in perioada de spalare a filtrului nivelul in cuva se afla la cota NS jgheaburile J nu mai deverseaza si prin orificiile de la baza jgheaburilor se creeaza un curent de baleiaj (1-2 dm3sm2) cu apa decantata care impinge suspensiile spre jgheabul de colectare Se reduc astfel timpii de spalare (cu 50) si intensitatile si volumele de apa de spalare
Prin curgerea ascendenta a aerului masa de nisip vibreaza si peliculele de namol se desprind de granule Curentul ascendent de apa le antreneaza Spalarea numai cu aer induce vibrarea masei de nisip si depunerea namolului in zona inferioara a stratului De aceea este contraindicata spalarea numai cu aer in faza 1
In general echipamentele pentru asigurarea debitelor apa de spalare se adopta un utilaj (pompa) in faza 1 si inca o pompa de acelasi tip pentru faza a Il-a
3105 Asigurarea repartitiei uniforme a influentului
Pentru asigurarea repartitiei uniforme a apei decantate se utilizeaza diverse sisteme Cel mai performant este sistemul cu deversori neinecati conform cu schema din figura 332
3106 Sistemele hidraulice
Sistemele hidraulice asigura deservirea statiei de filtre atat in procesul de filtrare cat si in procesul de spalare Acestea se vor dimensiona conform vitezelor economice prezentate in tabelul urmator
3107 Reglajului debitului si nivelului de apa in cuva
Pentru filtrele care functioneaza cu nivel constant si debit variabil este foarte important ca nivelul apei in filtru se fie mentinut pseudo-constant Aceasta se asigura cu diverse sisteme de plutitori (regulator de nivel amonte) care comanda vana de pe conducta de apa filtrata sau cu sisteme electronice si hidraulice conform figurii 333
Figura 333 Sistem de reglare electronic al nivelului apei Tn filtru
Legends 1 Strat filtrant 2 Vana apa filtrata 3 Parghie comanda vana 4 Electrovana de comanda 5 Regulator electronic 6 Senzor de presiune pentru nivel filtru 7 Senzor de presiune sub planseu 8 Potentiometru 9 Indicator de
colmatare 10 Alimentare cu fluid de comanda
313 Afin area apei
Procesul de afmare a apei este constituit din combinatia intre procesul de post-oxidare cu ozon a apei filtrate urmat de adsorbtie pe carbune activ granular
3131 Post-oxidarea cu ozon
Ozonul (O3) se obtine din aer sau oxigen supus la descarcari electrice printr-un dielectric In figura 334 se prezinta un element dintr-un ozonor
figura 334 Element tubular de ozonor
1 - Intrare gaz vector (aeroxigen) 2 3 - Electrozi 4 - Dielectric 5 - Spatiu de descarcare electrica 6 - Gaz vector +
ozon 7 - Apa racire
Diferentele de potential la care se lucreaza sunt cuprinse intre 6000 - 18000 V functie de natura si grosimea dielectricului marimea spatiului de descarcare si presiunea absoluta de functionare
Concentratiile de ozon in gazul vector obisnuite sunt
bull 10-40gm - in cazul utilizarii aerului
bull 10-140 gm3 - in cazul utilizarii oxigenului
Pentru a realiza concentratii optime si stabilitatea procesului se cere punct de roua -60degC -80degC
Energia specifics pentru productia de ozon
bull 13-18 kWhkg O3 - produs din aer
bull 8-10 kWhkg O3 - produs din oxigen
Actiunea O3 asupra apelor de consum se poate sintetiza
bull imbunatatirea calitatilor organoleptice (gust miros culoare)
bull activitate bactericide si virulicida
bull oxidarea materiilor organice
bull oxidare micro-poluanti
bull imbunatatirea biodegradabilitatii in amonte de CAG
3132 Adsorbtie pe carbune activ granular (CAG)
Carbunele activ se poate obtine din carbuni minieri sau din coaja de nuca de cocos Majoritatea carbunilor minieri pot fi convertiti in carbune activ insa proprietatile carbunelui activ depind esential de calitatea initiala a carbunilor in special in ceea ce priveste duritatea acestora in acest sens se utilizeaza adesea coaja nucilor de cocos pentru fabricarea carbunelui activ
Exista o multitudine de procese de fabricare a carbunelui activ insa eel mai dezvoltat este piroliza urmata de activarea cu gaze de oxidare Piroliza (carbonizarea) presupune incalzirea materialului la temperaturi intre 600 si 900 degC in absenta aerului Pentru obtinerea unei porozitati ridicate se pot utiliza adaosuri de cloruri metalice (de exemplu ZnCl) Piroliza poate reprezenta unicul pas de activare in cazul in care se doreste obtinerea unui material cu 0 porozitate ridicata
A doua etapa este cea de oxidare care se realizeaza de obicei cu abur sau uneori cu aer Temperaturile sunt uzuale in gama de 600 - 900 degC Pe parcursul acestei etape se realizeaza 0 erodare a suprafetei interne a carbunelui si dezvoltarea unei retele extensive de micropori care cresc capacitatea de adsorbtie
58
Printre proprietatile principale ale carbunelui activ se enumera continutul de cenusa umiditatea densitatea marimea particulelor duritatea volumul si distributia dupa marime a porilor suprafata interna
31321 Continutul in cenusa
Continutul in cenusa este reprezentat de reziduul obtinut prin calcinarea la temperatura de 954 degC timp de 3 ore in aer Uzual continutul de cenusa variaza intre 3 si 10 Pentru reducerea cantitatii de cenusa se poate utiliza spalarea cu acid
31322 Umiditatea
Umiditatea se determina prin uscarea in cuptor timp de 3 ore a unei cantitati de 5 sau 10 g de carbune activ la temperatura 150 degC Se determina greutatea inainte si dupa uscare si racire in exicator Umiditatea in vrac a carbunelui activ este recomandabil sa fie limitata la maxim 5
31323 Densitatea
Sunt mai multe tipuri de densitati printre care se mentioneaza densitatea in vrac densitatea aparenta densitatea particulei si densitatea reala Densitatea in vrac sau densitatea aparenta reprezinta greutatea carbunelui activ uscat raportata la volumul pe care acesta il ocupa Aceasta se determina prin umplerea unui cilindru cu volumul de 100 ml cu carbune prin cadere libera dintr-o masina vibratoare si cantarirea volumului respectiv Valorile uzuale sunt in gama 05 - 06 gml pentru carbune activ fabricat din carbune minier respectiv 024 - 030 mg1 pentru carbune activ fabricat din lemn
Densitatea particulei reprezinta densitatea unei particule singulare Volumul pe care se bazeaza include volumul porilor precum si volumul materialului Densitatea particulei se determina in mod uzual cu mercur la presiunea atmosferica (mercurul umple spatiile goale din particula de carbune activ dar nu umple porii) Valorile uzuale sunt in gama 074 - 080 gml
Densitatea reala sau densitatea scheletului este cea determinate numai pe materialul (carbunele) propriu-zis Pentru determinarea acesteia se utilizeaza uzual o metoda de inlocuire cu heliu (heliul intra practic in toti porii materialului) Valorile uzuale sunt in gama 21 - 22 gml
31324 Marimea particulelor
Aceasta se determina prin cernerea a 100 sau 200 g de carbune printr-un sistem de site mecanice timp de 10 minute dupa care se cantaresc retinerile pe fiecare sita in parte Carbunele activ pudra se incadreaza de obicei in domeniul 005 mm - 15 mm
31325 Friabilitatea
Capacitatea carbunelui activ de a rezista la abraziune este unul dintre parametrii cei mai importanti Procedura de determinare a friabilitatii carbunelui activ presupune determinarea granulozitatii acestora inainte si dupa testul propriu-zis care consta in concasarea succesiva a carbunelui intr-un recipient alaturi de bile de otel inoxidabil Valorile uzuale ale indicelui de friabilitate sunt 65 - 80 (practic 70 - 75) ceea ce atesta faptul ca materialul este foarte usor friabil si este necesar atentie la procedura de spalare
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATIIAPEI 59
31326 Volumul si distributia dupa marime a porilor
Volumul porilor reprezinta volumul total al porilor din particula de carbune activ granular raportat la greutate Valorile uzuale sunt de ordinul 08 - 12 mlg pentru carbune activ fabricat din carbuni minieri respectiv 22-25 mlg pentru carbune activ fabricat din lemn Volumul total al porilor poate fi determinat printr-un test de adsorbtie cu azot desfasurate astfel incat azotul condensat sa intre in totalitate in porii carbunelui
Carbunele activ confine o structura complexa de pori de forme si marimi diferite Porii au de obicei o geometrie neregulata si sunt interconectati Dimensiunile porilor sunt uzual intre 10 A si 100000 A (001 cm) Distributia dupa marime a porilor depinde de tipul de material utilizat si de metoda si de durata procesului de activare
31327 Suprafata internaSuprafata interna a materialelor poroase in general se determinS cu ecuatia BET stabilita de
Brunauer Emmett si Teller Ecuatia descrie formarea de strate multiple de gaz condensat care apar atunci cand un gaz adsorbabil (de exemplu azotul) este in contact cu materialul poros Intr-un astfel de test se utilizeaza azot la temperatura de fierbere si presiunea atmosferica (-196 degC sau 77 K)
Ecuatia BET (expresia 318) a fost derivata presupunand urmatoarelebull rata de condensare a moleculelor din primul strat este egala cu rata de evaporare a
moleculelor din zonele acoperite cu un singur strat de moleculebull caldura de adsorbtie peste primul strat este constants si egala cu caldura de lichefiere
qqm=b(PPS)(1-PPs)(1-PPS+bPPS) ( 3 1 8 )
In care Ps - presiunea de vaporizare la saturatie la temperatura utilizata in test uzual 1 atm
q - cantitatea de substanta adsorbita la presiunea P
qm - cantitatea de substanta adsorbita numai cand se constata acoperirea totala a suprafetei cu un strat monomolecular
b - constanta determinata experimental
In figura 336 se prezinta o relatie tipica intre marimea porilor si suprafata totala Suprafata cumulativa este data de insumarea suprafetelor tuturor porilor cu un diametru dat sau mai mare Se remarca faptul ca marea majoritate a suprafetei este atribuita porilor de mici dimensiuni
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI60
3133 Teste uzuale de adsorbtie
In practica se utilizeaza o serie intreaga de teste pentru a determina capacitatea de adsorbtie pentru diferite tipuri de carbune activ Printre acestea se mentioneaza
- Indicele Iod reprezinta cantitatea de iod in miligrame pe gram adsorbit de un carbune activ la echilibru cu o solutie I2-KI cu concentratia 002 N indicele iod indica suprafata totala a porilor cu diametru de 10 A sau mai mare valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 800 - 1000 mgg
Indicele Melasa reprezinta un indicator al puterii de decolorare a carbunelui activ granular in contact cu 0 solutie de melasa la fierbere indicele melasa este in stricta legatura cu suprafata totala a porilor cu diametrul mai mare de 28 A valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 200 - 300
- Indicele Albastru de Metilen reprezinta cantitatea de albastru de metilen adsorbita de 1 g de carbune activ la echilibru in contact cu o solutie cu concentratia 1 mg1 de albastru de metilen Albastrul de metilen are greutatea moleculara 320 si indica suprafata totala a porilor cu diametrul de 15 A
- Activitatea tetraclorurii de carbon tetraclorura de carbon CC14 este un compus molecular mic si poate intra in toti porii In acest test un curent de aer este saturat cu CCI4 la 0 degC si este trecut printr-un strat de carbune activ mentinut la 25 degC pana cand nu se mai detecteaza nici o schimbare in greutate Activitatea este greutatea CCI4 adsorbita pe unitatea de greutate de carbune activ exprimata procentual Valorile uzuale ale acestui indicator sunt in gama 60 -80
- Indicele butan este similar activitatii tetraclorurii de carbon valoarea acestuia este exprimata grame de butan adsorbite pe 100 ml carbune activ valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 7 - 8 g 100 ml carbune activ
- Indicele FINAD stabilit de cercetatorul C Gomella si reprezinta un produs al mai multor indici F - fenol I - iod N - indol A - antipirina D - detergent
316 Deferizarea si demanganizarea apei
Fierul (Fe) si manganul (Mn) sunt elemente care se gasesc frecvent in mediul subteran si in apa apar in concentratii pana la 10 mg1 (Fe) si 2 mg1 (Mn) Prezenta fierului si manganului in apele potabile pot genera urmatoarele probleme
bull produce gust metalic dezagreabil
bull coloreaza tesaturile si echipamentele sanitare
bull formeaza precipitate in conducte care favorizeaza dezvoltarea bacteriilor feruginoase (Chrenothrix) acestea modifica regimul hidraulic calitatea apei distribute si favorizeaza fenomenele de coroziune
3161 Echilibrul fierului si manganului in apa
Fierul si manganul sunt prezente dizolvate in solutiile apoase sub forma Fe2+si Mn2+ Concentratia in oxigen a apelor subterane care contin Fe si Mn este nula Din namolurile situate in
2+ ~
zona anaeroba din hipolimnion se elibereaza ioni de Fe2+ si Mnz+ in apele lacurilor In numeroase ape naturale se remarca prezenta Fe3+ asociata cu substantele humice Stabilitatea fierului si manganului in apa depinde de numeroase variabile
bull pH-ul apei
bull concentratia diferitelor elemente chimice
bull potentialul de oxido-reducere (Eh) al solutiei
In figura 341 se prezinta diagrama de stabilitate a formelor fierului in solutie in aceasta diagrama o curba (linie) reprezinta locul geometric pentru care concentratia celor doua substante este aceeasi De exemplu linia 1 reprezinta solutia pentru care O2 si H2O au aceeasi valoare Aria cuprinsa intre curbele 1 si 2 reprezinta aria de stabilitate a compusilor de Fe Chimia manganului este asemanatoare cu cea a Fe Astfel la pH si Eh reduse Fe si Mn sunt stabile in forme bivalente
3
Pentru eliminarea duritatii se pot adopta scheme cu schimbatori de ioni sau cu reactivi chimici (var si soda) in functie de tipul duritatii (temporara sau permanenta)
Orice statie de tratare este deservita de anumite facilitati pentru intretinerea proprie Printre acestea se mentioneaza
bull statia de reactivi chimici cu rolul de a stoca prepara si doza reactivii necesari procesului de tratare (coagulanti floculanti agenti dezinfectanti corectie pH etc)
bull sisteme de spalare filtre rapide constituite din statii de pompe si de suflante
bull laborator pentru a determina corectitudinea procesului de tratare dar si calitatea apei produse
bull alte facilitati printre care se mentioneaza sisteme de recuperare a apei de la spalare filtre si a namolului din decantoare
311 Exemple de statii de tratare
O schema de tratare cu filtrare directa este prezentata in figura 32 Uzina de apa a orasului Los Angeles - SUA (Los Angeles Aqueduct Filtration Plant) are o capacitate instalata de 185 m3s filiera tratare fiind prezentata in cele ce urmeaza
bull pre-oxidare cu ozon 4 generatoare care produc 3780 kg CVzi (doza medie ozon 15 mgdm3) 4 bazine de contact (timp de contact minim 49 min)
bull coagulare (amestec rapid) 8 camere de reactie echipate cu agitatoare dinamice timp minim de amestec 086 s pentru doua camere inseriate Reactivi utilizati clorura ferica sulfat de aluminiu polimeri anionici si neionici soda caustica clor
bull floculare 36 camere de reactie lenta timp minim de reactie lenta 8 min pentru 3 bazine inseriate
bull filtrare 24 unitati (aria unei unitati A=160 m2) strat de antracit cu inaltimea de 24 m viteza de filtrare 175 mh care asigura un timp de contact de 10 minute
bull dezinfectie finala cu clor (doza maxima clor 56 mgdm3)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 3
Un alt exemplu de schema de tratare care nu cuprinde treapta de decantare este uzina de apa Ivry (Franta) modernizata in 1987 (debit instalat Q = 300000 m3zi) Dupa modernizare uzina cuprinde urmatoarele procese (figura 33)
bull pre-oxidare cu ozon doza uzuala 10 mg CVdm3
bull coagulare (amestec rapid) cu clorura ferica (5 - 10 mgdm3) si polimer anionic (0025 -005 mgdm3)
bull pre-filtrare faza I - (coagulare pe masa de contact) 18 unitati de 815 m2 strat biolit 10 m viteza de filtrare maxima 10 mh
bull floculare cu clorura ferica (2-6 mg Fe3+dm3) si polimer (005 - 10 mgdm3)
bull pre-filtrare faza II - nisip 22 unitati de 81 m viteza de filtrare 9 mh
bull filtrare lenta 30 cuve (23000 m2) viteza maxima de filtrare 13 mzi inaltime strat 07 m
bull post-ozonare timp de contact 4 minute doza uzuala 04 - 06 mg CVdm3
bull filtrare pe CAG inaltime strat 10 m viteza de filtrare 10 mh
bull dezinfectare finala cu hipoclorit de sodiu
In figura 34 este prezentata o schema tehnologica a unei uzine de apa aplicata in cateva mari uzine de tratare (Qgt2000 m3h) ce preiau apa bruta direct din fluviul Ruhr Schema asigura o eliminare optima a microorganismelor Concentratia de Cryptosporidium in apa raului Ruhr variaza de la 0 la 5 unit(100 dm3) iar concentratia chisturilor Giardia de la 8 la 250 unitdm3 Nu au fost detectate aceste organisme in treptele premergatoare dezinfectarii Se remarca prezenta treptelor de filtrare incepand cu filtrarea mecanica pe microsite in capatul amonte al filierei de tratare si continuand cu un pachet de trei trepte de filtrare (dublu strat carbune activ granular si filtre lente) care asigura o eficienta foarte mare din punct de vedere microbiologic
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 3
Figura 34 Filiera tehnologica uzina de apa Mulheim an der Ruhr
(Germania)
Un exemplu de schema tehnologica combinata (Q=32 m3s) este prezentata in figura 35 Apa bruta (fluviul Elba) este puternic incarcata in poluanti Filtrarea primara (bazine de infiltratie) reduce de cateva ori incarcarea microbiologica iar in cazul folosirii treptelor de floculare sedimentare si filtrare reducerea incarcarii microbiologice este de circa 9999
Prin curgerea in stratul subteran se obtine o apa ce se incadreaza in normele privind calitatea apei potabile Dezinfectia finala este aplicata pentru a preveni cresterea masei bacteriene in sistemele de distributie Uzina este prevazuta a fi modernizata cu treapta de oxidare cu ozon si filtre multistrat
In Elvetia sunt intalnite in principal scheme complexe de tratare avand la baza procese biologice (figura 36) Treptele de tratare clasice (pre-oxidare cu ozon coagulare-floculare filtrare rapida) sunt urmate de corectia pH-ului si postozonare in fmalul filierei de tratare se prevad reactoare biologice inseriate (filtre CAG activate biologic urmate de filtre lente) Se urmareste in principal reducerea indicatorilor biologici si bacteriologici prin reducerea concentratiilor de carbon organic asimilabil (AOC lt 10 ug Cdm ) Se remarca absenta dezinfectarii finale Se obtine o apa biostabila introducerea acesteia intr-o retea de distributie nu necesita prezenta unui dezinfectant rezidual Se asigura in acest mod o siguranta ridicata la consumator in ceea ce priveste potentialul de formare al trihalometanilor
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 3
33 Procese de oxidare
Procesele de oxidare pot fi intalnite in toate statiile de tratare in doua sectiuni caracteristice ale schemei
bull pre-oxidare in capatul amonte al filierei pentru oxidarea substantei organice plancton inactivare microorganisme obiectul principal este asigurarea functionarii optime a proceselor de tratare si evitarea contaminarii acesteia
bull post-oxidarea amplasat dupa procesele de tratare conventionale (decantare si filtrare rapida pe strat de nisip) urmareste oxidarea totala a micro poluantilor reducerea materiilor organice naturale si inactivarea totala in ape limpezi a compusilor biologici si bacteriologici
331 Pre-oxidare
In mod obisnuit se utilizeaza urmatorii agenti oxidanti clor ozon dioxid de clor 3311 Clorul(Ch)
Clorul se utilizeaza in mod uzual cu doze cuprinse in domeniul 1 - 3 mgl cu timp de contact minim Tc=30 minute in anumite situatii (inflorire algala sau poluare accidentala) dozele pot fi mai mari dar se urmareste evitarea formarii sub-produsilor organo-clorurati (de exemplu trihalometani THM) prin efectuarea de incercari pe apa sursei pentru a se stabili potentialul de formare
Clorul este adoptat frecvent datorita costurilor reduse implicate Reactia clorului trebuie urmarita cu atentie luand in consideratie agentii reducatori (H2S Mn2+ Fe3+) si materiile organice naturale in diagrama din figura 37 se poate urmari procesul de reactie al clorului in apa (clorare la breakpoint) Punctul critic se atinge daca raportul masic intre clor si amoniac variaza intre 81 -101 (teoretic 761)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 40
3312 Ozonul(03)
Ozonul este un gaz violet instabil care degaja un miros iritant caracteristic
Se produce prin descarcari electrice la diferente de potential ridicate intre doi electrozi intre care curge aer sau oxigen pur Eficienta productiei depinde de diferenta de potential frecventa caracteristicile materialului dielectric si spatiul care separa dielectricele Progresele tehnologice din ultimii 20-30 ani au condus la reducerea consumului de energie la 10 - 12 kWh 1 kg O3
Dozele uzuale de ozon sunt in gama 1 - 3 mgCVdm3 iar timpul de contact uzual este Tc=10 minute Se tinde spre adoptarea solutiei cu doua reactoare in serie ca in figura 38 Adancimea apei in reactoare poate atinge 6-75 m
Conceptual reactoarele de ozon functioneaza pe baza interceptarii curentului de apa descendent de catre voalul de bule mici de ozon in miscare ascendents
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
0
4
3313 Dioxidul de clor (CIO2)
Se poate obtine din clorit de sodiu si clor conform reactiei
2NaC102 + Cl2rarr2C102 + 2NaCl (31)
Stoechiometric 1 g dioxid de clor se obtine din 134 g clorita de sodiu si 05 g de clor
Este instabil si exploziv la temperaturi T gt (-40degC) Se produce imediat inainte de injectia in apa La 20degC si presiune partiala de 53 kPa solubilitatea este 4 gdm3
Avantajele utilizarii CIO2 sunt
bull nu formeaza sub-produsi de tip trihalometani (THM)
bull are putere oxidanta mai buna oxideaza fenoli si este foarte eficace la pH peste 85
Dozele utilizate frecvent 01 - 05 mgl timpul de contact fiind Tc = 10 min Se mentioneaza ca pentru doze mai mare de 05 mgl exista riscul formarii de sub-produsi de tip clorati
Reactoarele de pre-oxidare utilizeaza agitatoare mecanice (rezistente la coroziune) care asigura amestecul mecanic cu randamente ridicate intre apa de tratat si solutia de CIO2
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 4
332 Post-oxidare
In filierele de tratare se dezvolta din ce in ce mai mult conceptul de post-oxidare cu ozon pe apa limpezita dupa filtrele rapide de nisip pentru ca eficienta transferului creste se reduc dozele de ozon si oxidarea micro-poluantilor devine mai eficienta
incadrarea procesului de post-oxidare in schema statiei de tratare se realizeaza totdeauna ca infigura 310 n
Dozele de 03 in post-oxidare nu depasesc 2 mgl Principiile reactoarelor de ozon sunt identice cu cele utilizate in pre-oxidare
Post-oxidarea cu ozon combinata cu adsorbtia pe CAG este procesul (denumit afinare) capabil sa asigure
- eliminare totala compusi biologici microbiologici si micropoluanti
- reducere materiilor organice naturale astfel incat TOC lt 25 g Cl
- eliminare pesticide
333 Alegerea oxidantului
Alegerea oxidantului se bazeaza pe analiza calitatii apei caracterizarea marimii poluarii care poate apare (continut materii organice naturale carbon organic total numar de microorganisme perioade duraf deg ce aparitie)
Alegerea agentului oxidant are la baza costuri si implicatii in filiera tehnologica
Tabelul 35 Caracteristici principale Tn alegerea oxidantilor Nr crt
Oxidant Avantaje Dezavantaje
1 Clor-Cl2 - costuri reduse- cunoastere operare- este remanent (rezidual) in reteaua de
distributie
formeaza THM - necesita timpi de contact mari
2 Dioxid de clor - C102 - capacitate de oxidare mai ridicata in raport cu Cl2
- nu formeaza THM- este remanent (rezidual) in reteaua de
distributie
- necesita preparare si dozare instantanee- la doze prea mari poate forma cloraticosturi mai mari in raport cu Cl2
3 Ozon - 03 - cea mai mare capacitate de oxidare- nu formeaza THM
- necesita preparare si dozare instantaneeconsumuri energetice mari- poate forma subprodusi de tip bromaji sau
aldehide- nu este remanent (rezidual) in reteaua de
distributie
4
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 4
Figura 311 Fortele
ce actioneaza asupra
particulelor aflate Tn
apa
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
3511 Deznisipatoare
Sunt destinate sa retina particulele de tip nisip pentru protectia utilajelor din schema statiei de tratare Schema unui deznisipator orizontal este data in figura 313
Figura 313 Deznisipator orizontal longitudinal
1 Gratar 2 Bare de linistire 3 Nisa pentru reparatii Tn caz de avarie 4 Stavilar de intrare 5 Vane de golire 6 Stavilarde iesire 7 Galerie de golire
In zona de intrare a apei in deznisipator se monteaza un gratar rar pentru impiedicarea accesului corpurilor mari in interiorul bazinului Pentru linistirea curentului se monteaza bare verticale de linistire Peretii laterali ai deznisipatorului se executa cu evazare catre exterior pentru a permite preluarea impingerilor survenite din podul de gheata care se formeaza pe timp de iarna la suprafata bazinului Panta radierului bazinului trebuie sa permita evacuarea depunerilor in zona din aval a bazinului Evacuarea depunerilor se poate realiza cu mai multe sisteme
bull prin hidro-mecanizare cu scoaterea din functiune a unui compartiment
bull prin golirea totala a compartimentului (numai pentru debite foarte reduse)
bull cu electro-pompe speciale purtate de o grinda rulanta
3512 Decantoare statice
Sunt destinate surselor cu variatii mari de turbiditate la care 50 - 60 din suspensii sunt de natura minerala (gravimetrice) in figura 314 se prezinta schema unui decantor orizontal longitudinal Elementele principale ale bazinului sunt
bull zona de intrare in care se gaseste un perete de linistire a curentului in partea superioara respectiv canalul de evacuare a depunerilor in partea inferioara
bull decantorul propriu-zis cu radier cu panta catre basa de evacuare a namolului amplasata in zona incipienta a bazinului
bull zona de evacuare a apei decantate care este bordata de un gratar cu rolul impiedicarii accesului plutitorilor
Curatirea decantoarelor orizontale se realizeaza
bull Intermitent prin golire si evacuare depuneri hidraulic sau mecanic
bull Continuu cu ajutorul podurilor racloare care strang depunerile in base special amenajate
Dificultatile in operarea decantoarelor statice se pot sintetiza
bull sunt influentate de factori atmosferici vant gheata insorire
bull miscarea este turbulenta ca structura si particule fine pot fi repuse in stare de suspensie
bull echilibrarea fluxului hidraulic se realizeaza cu dificultate
bull eficienta retinerii nu depaseste 10-15 NTU la apa decantata
37 Filtrarea apei - generalitati
Filtrarea este procesul de limpezire finala a apei (stadiul II) la curgerea printr-un mediu poros de obicei format din nisip cuartos Procesul simuleaza infiltratia apelor superficiale in mediile poroase din subsolul pamantului Procesul este cunoscut si aplicat de mult timp (primul brevet s-a emis in 1830)
Schema generala (figura 323) indica filtrul ca fiind format dintr-un bazin (cuva) in care apa curge in sens descendent traverseaza mediul poros sustinut de un drenaj si ajunge intr-un rezervor de apa filtrata amplasat sub drenaj Sistemul este dotat cu toate instalatiile de introducere -prelevare apa preaplin si golire
Parametrii fundamentali ai procesului de filtrare sunt
bull viteza de filtrare definita (ca viteza aparenta) cu relatia urmatoare
vF = Q A [ m h ] [mzi] (313)
In care
Q - debitul de apa filtrata
A - suprafata orizontala a stratului filtrant in
functie de viteza de filtrare se pot clasifica in
o filtre lente (biologice) - VF = 01 - 025 [mh]
o filtre rapide - vF = 4 - 10 [mh|
o filtre ultra-rapide
bull mediul filtrant - in general nisip cuartos care sa realizeze prin uniformitatea granulelor un volum de goluri in care sa se acumuleze suspensia retinuta din apa caracteristicile sunt diferite pe tipuri de filtre
bull pierderea de sarcina (hr) exprimata ca diferenta intre nivelul apei in cuva filtrului si nivelul apei in rezervorul de apa filtrata este data de colmatarea stratului si este variabila in timp
49
38 Filtre lente
Se bazeaza pe formarea unei membrane biologice constituita din colonii de bacterii aerobe -amplasata la suprafata stratului de nisip (pe primii 2-3 cm) Elementul fundamental este dezvoltarea membranei (in 1 - 3 zile) functie de caracteristicile apei Dupa o perioada (30 - 50 zile) membrana se colmateaza si incepe sa se rupa degradand calitatea apei Aceasta se razuieste (se curata) manual sau mecanic si procesul este reluat In figura 52 se indica schema unui filtru lent
Dispoizitiv de curatat_____________________________membrana biologtca
Figura 325 indica tipurile de organisme care pot fi intalnite pe o adancime de 30 cm in nisipul filtrului lent
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
Nisipul din filtrul lent trebuie sa aiba urmatorii parametri
bull granulozitatea in domeniul dg = 035 - 050 mm
bull coeficientul de neuniformitate ult 15
(314)
In care d6o - diametral ochiurilor sitei prin care trece 60 din materialul cernut
d1o - diametral ochiurilor sitei prin care trece 10 din materialul cernut
01
50
bull inaltimea stratului de nisip H=90-100 cm cand grosimea stratului de nisip ajunge dupa curatiri succesive la 70 - 80 cm este necesara completarea la inaltimea initiala
Solutia filtrelor lente se prevede la debite relativ mici (max 10000 m zi) si surse de apa in general curate (lipsite de alge culoare poluanti toxici) Se pot obtine rezultate performante la ape necoagulate Operarea sistemelor de filtre lente este simpla Procesul de filtrare lenta este asimilat cu procese fizice si biologice Acestea din urma necesita o atentie si urmarire continua in etapele de operare a filtrelor in special referitor la starea coloniilor de bacterii aerobe din membrana biologica
310Filtre rapide
In figura 326 se prezinta schema unui filtru rapid Acesta este constituit din urmatoarele elemente componente
bull sistem admisie apa in cuva - are rolul echirepartitiei debitului catre cuvele de filtre
bull stratul filtrant peste care exista un strat de apa
bull drenaj cu rolul de a sustine stratul filtrant si de a transforma bulele mari in bule fine in procesul de spalare inversa
bull sistem de mentinere a nivelului apei in filtru (pentru filtrele cu functionare in sistem nivel constant si debit variabil)
bull statie de pompare apa de la spalare filtre si statie de suflante
bull instalatii hidraulice grupate in galeria tehnologica cu rolul de a asigura toate utilitatile necesare functionarii corecte a procesului (conducte si vane apa filtrata apa spalare aer spalare preaplin golire etc)
bull rezervor de apa filtrata amplasat de obicei sub toata statia sau in anumite cazuri numai sub galeria tehnologica
Procesul consta in doua etape
bull filtrarea apei parcurgand in sens descendent stratul de nisip si drenajul
bull spalarea filtrului in sens ascendent in doua faze distincte
o faza 1 (durata Ti=5-10 min)
o faza 2 - limpezire (durata Ti=10-15 min)
51
in ultimii 30-40 de ani in lume a existat o preocupare constants pentru perfectionarea procesului in sensul obtinerii performantei in calitatea apei filtrate (turbiditatea sa se incadreze in domeniulOl - 10 NTU)
Mecanismele de retinere in filtrele rapide se pot sintetiza ca in schema urmatoare
3101 Mediul filtrant
Calitatile materialului filtrant sunt urmatoarele
bull domeniul de granulozitate dg = 085 - 2 mm
bull coeficientul de neuniformitate u=d6odio lt 15
bull fractiunile inferioare diametrului 085 mm si superioare dmax 2 mm inferioare procentual la 10 in greutate
bull diametrul efectiv def = dio = 09-1 mm
bull sa realizeze un numar de goluri (porozitate) mare (pgt40)
bull forma granulelor apropiata de sfera pentru obtinerea unui grad de acoperire ridicat
bull continut de roci cuartoase recomandabil peste 95
bull sa aiba duritate (gt 7 in scara Mohs) pentru a nu se sfarama la spalare
Calitatea materialului filtrant influenteaza viteza de filtrare O serie de studii au indicat domeniul optim de granulozitate al nisipului de filtru conform figurii 328
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 52
3102 Calitatea influentului fn corelatie cu materialul filtrant
Pentru realizarea unei retineri eficiente a suspensiilor se impune ca in influentul filtrelor acestea sa fie floculate Aceasta se caracterizeaza prin coeficientul de coeziune al suspensiilor floculate (namol retinut) aceasta caracterizeaza capacitatea de rezistenta la forfecare si depinde de doza de floculant si natura (minerala sau organica a suspensiilor)
Procesul de optimizare a filtrarii rapide a apei ia in considerate principiul un filtru va functiona optim cand va produce cea mai mare cantitate de apa intre doua spalari succesive aceasta se va realiza cand timpul in care se atinge pierderea de sarcina limita este egal cu timpul in care se calitatea apei filtrate se inrautateste la limita maxim acceptabila (Ti = T2) sau penetrarea impuritatilor in interiorul masei filtrante se va efectua cu aceeasi viteza cu care creste pierderea de sarcina Expresiile celor doua perioade au fost determinate de cercetatorii Richard si Croce-Spinelli
Tx = a bull σ - 0 9 5 bull k-075bull def-045bull h0
n95bull v -185 (316)
T l = b bull σ-075 k - 0 7 5 bull dlef
1 5 Δhr05 bull vF
-065 (317)
In care Ti - perioada in care turbiditatea apei filtrate atinge valoarea limita (1 NTU)
T2 - perioada in care se atinge pierderea de sarcina limita (15 - 18 m)
a b - coeficienti empirici (experimentali)
hn - grosime strat nisip
Δhr- viteza de crestere a pierderii de sarcina
INSPECTIA SANITARA SI MOMTORIZAREA CALITATII APEI
VF - viteza de filtrare
k - coeficient de coeziune al namolului
a - depozitul specific (volumul de suspensii raportat la volumul de material filtrant)
Se constata ca fiecare filtru poate conduce la un ciclu optim functie de calitatea nisipului grosimea stratului calitatea flocularii suspensiilor din apa influenta si viteza de filtrare
3103 Variatia pierderii de sarcina
Urmarirea pierderii de sarcina este importanta pentru ca poate pune in evidenta functionarea filtrului Operarea optima a unui filtru se realizeaza prin urmarirea in timp a variatiei pierderii de sarcina si turbiditatii Masurile pentru realizarea acestui optim sunt
53
bull reducerea vitezei - cele mai performante filtre lucreaza cu viteze de filtrare variabile astfel incat colmatarea stratului sa se realizeze fara socuri
bull adaugarea unui polimer (doze 01 - 02 mgl) in influent pentru a mari rezistenta particulelor floculate
bull imbunatatirea calitatii nisipului
Presiune (m col H20)
Figura 329 Estimarea pierderii de sarcina Tn
stratul filtrant
3104 Spalarea filtrelor
Se realizeaza in contra curent de apa si aer comprimat Elementele tehnice care intervin esential in obtinerea performantelor spalarii sunt
bull calitate drenaj - din punct de vedere al uniformitatii debitelor de apa si aer
bull colectarea uniforma a apei de la spalare
bull metoda de spalare care sa asigure eliminarea totala a suspensiilor retinute in strat cu resurse minime
bull drenaj de mare rezistenta hidraulica (cu placi cu crepine)
Se bazeaza pe principiul introducerii unei rezistente hidraulice de 15 - 20 cm coloana de apa (reducerea brusca de sectiune la intrarea apei in tija crepinei) care asigura uniformizarea intensitatilor de spalare pe suprafata cuvei (abateri de plusmn 3-5) In figura 330 se prezinta schema drenajului cu placi cu crepine
Se pun conditii severe din punct de vedere constructiv pentru realizarea drenajului
bull asigurarea etansarii perfecte
bull asigurarea cotei exacte si unice pentru pozitia orificiilor de aer
bull rezistenta cosurilor crepinelor
bull asigurarea formarii unui nivel de separatie apa - aer uniform si constant pe toata suprafata cuvei
Cele mai performante filtre din punct de vedere al spalarii sunt filtrele cu baleiaj la spalare (figura 331)
INSPECTIA SANITARA SI MOMTORIZAREA CALITATII APEI
55
55
in perioada de spalare a filtrului nivelul in cuva se afla la cota NS jgheaburile J nu mai deverseaza si prin orificiile de la baza jgheaburilor se creeaza un curent de baleiaj (1-2 dm3sm2) cu apa decantata care impinge suspensiile spre jgheabul de colectare Se reduc astfel timpii de spalare (cu 50) si intensitatile si volumele de apa de spalare
Prin curgerea ascendenta a aerului masa de nisip vibreaza si peliculele de namol se desprind de granule Curentul ascendent de apa le antreneaza Spalarea numai cu aer induce vibrarea masei de nisip si depunerea namolului in zona inferioara a stratului De aceea este contraindicata spalarea numai cu aer in faza 1
In general echipamentele pentru asigurarea debitelor apa de spalare se adopta un utilaj (pompa) in faza 1 si inca o pompa de acelasi tip pentru faza a Il-a
3105 Asigurarea repartitiei uniforme a influentului
Pentru asigurarea repartitiei uniforme a apei decantate se utilizeaza diverse sisteme Cel mai performant este sistemul cu deversori neinecati conform cu schema din figura 332
3106 Sistemele hidraulice
Sistemele hidraulice asigura deservirea statiei de filtre atat in procesul de filtrare cat si in procesul de spalare Acestea se vor dimensiona conform vitezelor economice prezentate in tabelul urmator
3107 Reglajului debitului si nivelului de apa in cuva
Pentru filtrele care functioneaza cu nivel constant si debit variabil este foarte important ca nivelul apei in filtru se fie mentinut pseudo-constant Aceasta se asigura cu diverse sisteme de plutitori (regulator de nivel amonte) care comanda vana de pe conducta de apa filtrata sau cu sisteme electronice si hidraulice conform figurii 333
Figura 333 Sistem de reglare electronic al nivelului apei Tn filtru
Legends 1 Strat filtrant 2 Vana apa filtrata 3 Parghie comanda vana 4 Electrovana de comanda 5 Regulator electronic 6 Senzor de presiune pentru nivel filtru 7 Senzor de presiune sub planseu 8 Potentiometru 9 Indicator de
colmatare 10 Alimentare cu fluid de comanda
313 Afin area apei
Procesul de afmare a apei este constituit din combinatia intre procesul de post-oxidare cu ozon a apei filtrate urmat de adsorbtie pe carbune activ granular
3131 Post-oxidarea cu ozon
Ozonul (O3) se obtine din aer sau oxigen supus la descarcari electrice printr-un dielectric In figura 334 se prezinta un element dintr-un ozonor
figura 334 Element tubular de ozonor
1 - Intrare gaz vector (aeroxigen) 2 3 - Electrozi 4 - Dielectric 5 - Spatiu de descarcare electrica 6 - Gaz vector +
ozon 7 - Apa racire
Diferentele de potential la care se lucreaza sunt cuprinse intre 6000 - 18000 V functie de natura si grosimea dielectricului marimea spatiului de descarcare si presiunea absoluta de functionare
Concentratiile de ozon in gazul vector obisnuite sunt
bull 10-40gm - in cazul utilizarii aerului
bull 10-140 gm3 - in cazul utilizarii oxigenului
Pentru a realiza concentratii optime si stabilitatea procesului se cere punct de roua -60degC -80degC
Energia specifics pentru productia de ozon
bull 13-18 kWhkg O3 - produs din aer
bull 8-10 kWhkg O3 - produs din oxigen
Actiunea O3 asupra apelor de consum se poate sintetiza
bull imbunatatirea calitatilor organoleptice (gust miros culoare)
bull activitate bactericide si virulicida
bull oxidarea materiilor organice
bull oxidare micro-poluanti
bull imbunatatirea biodegradabilitatii in amonte de CAG
3132 Adsorbtie pe carbune activ granular (CAG)
Carbunele activ se poate obtine din carbuni minieri sau din coaja de nuca de cocos Majoritatea carbunilor minieri pot fi convertiti in carbune activ insa proprietatile carbunelui activ depind esential de calitatea initiala a carbunilor in special in ceea ce priveste duritatea acestora in acest sens se utilizeaza adesea coaja nucilor de cocos pentru fabricarea carbunelui activ
Exista o multitudine de procese de fabricare a carbunelui activ insa eel mai dezvoltat este piroliza urmata de activarea cu gaze de oxidare Piroliza (carbonizarea) presupune incalzirea materialului la temperaturi intre 600 si 900 degC in absenta aerului Pentru obtinerea unei porozitati ridicate se pot utiliza adaosuri de cloruri metalice (de exemplu ZnCl) Piroliza poate reprezenta unicul pas de activare in cazul in care se doreste obtinerea unui material cu 0 porozitate ridicata
A doua etapa este cea de oxidare care se realizeaza de obicei cu abur sau uneori cu aer Temperaturile sunt uzuale in gama de 600 - 900 degC Pe parcursul acestei etape se realizeaza 0 erodare a suprafetei interne a carbunelui si dezvoltarea unei retele extensive de micropori care cresc capacitatea de adsorbtie
58
Printre proprietatile principale ale carbunelui activ se enumera continutul de cenusa umiditatea densitatea marimea particulelor duritatea volumul si distributia dupa marime a porilor suprafata interna
31321 Continutul in cenusa
Continutul in cenusa este reprezentat de reziduul obtinut prin calcinarea la temperatura de 954 degC timp de 3 ore in aer Uzual continutul de cenusa variaza intre 3 si 10 Pentru reducerea cantitatii de cenusa se poate utiliza spalarea cu acid
31322 Umiditatea
Umiditatea se determina prin uscarea in cuptor timp de 3 ore a unei cantitati de 5 sau 10 g de carbune activ la temperatura 150 degC Se determina greutatea inainte si dupa uscare si racire in exicator Umiditatea in vrac a carbunelui activ este recomandabil sa fie limitata la maxim 5
31323 Densitatea
Sunt mai multe tipuri de densitati printre care se mentioneaza densitatea in vrac densitatea aparenta densitatea particulei si densitatea reala Densitatea in vrac sau densitatea aparenta reprezinta greutatea carbunelui activ uscat raportata la volumul pe care acesta il ocupa Aceasta se determina prin umplerea unui cilindru cu volumul de 100 ml cu carbune prin cadere libera dintr-o masina vibratoare si cantarirea volumului respectiv Valorile uzuale sunt in gama 05 - 06 gml pentru carbune activ fabricat din carbune minier respectiv 024 - 030 mg1 pentru carbune activ fabricat din lemn
Densitatea particulei reprezinta densitatea unei particule singulare Volumul pe care se bazeaza include volumul porilor precum si volumul materialului Densitatea particulei se determina in mod uzual cu mercur la presiunea atmosferica (mercurul umple spatiile goale din particula de carbune activ dar nu umple porii) Valorile uzuale sunt in gama 074 - 080 gml
Densitatea reala sau densitatea scheletului este cea determinate numai pe materialul (carbunele) propriu-zis Pentru determinarea acesteia se utilizeaza uzual o metoda de inlocuire cu heliu (heliul intra practic in toti porii materialului) Valorile uzuale sunt in gama 21 - 22 gml
31324 Marimea particulelor
Aceasta se determina prin cernerea a 100 sau 200 g de carbune printr-un sistem de site mecanice timp de 10 minute dupa care se cantaresc retinerile pe fiecare sita in parte Carbunele activ pudra se incadreaza de obicei in domeniul 005 mm - 15 mm
31325 Friabilitatea
Capacitatea carbunelui activ de a rezista la abraziune este unul dintre parametrii cei mai importanti Procedura de determinare a friabilitatii carbunelui activ presupune determinarea granulozitatii acestora inainte si dupa testul propriu-zis care consta in concasarea succesiva a carbunelui intr-un recipient alaturi de bile de otel inoxidabil Valorile uzuale ale indicelui de friabilitate sunt 65 - 80 (practic 70 - 75) ceea ce atesta faptul ca materialul este foarte usor friabil si este necesar atentie la procedura de spalare
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATIIAPEI 59
31326 Volumul si distributia dupa marime a porilor
Volumul porilor reprezinta volumul total al porilor din particula de carbune activ granular raportat la greutate Valorile uzuale sunt de ordinul 08 - 12 mlg pentru carbune activ fabricat din carbuni minieri respectiv 22-25 mlg pentru carbune activ fabricat din lemn Volumul total al porilor poate fi determinat printr-un test de adsorbtie cu azot desfasurate astfel incat azotul condensat sa intre in totalitate in porii carbunelui
Carbunele activ confine o structura complexa de pori de forme si marimi diferite Porii au de obicei o geometrie neregulata si sunt interconectati Dimensiunile porilor sunt uzual intre 10 A si 100000 A (001 cm) Distributia dupa marime a porilor depinde de tipul de material utilizat si de metoda si de durata procesului de activare
31327 Suprafata internaSuprafata interna a materialelor poroase in general se determinS cu ecuatia BET stabilita de
Brunauer Emmett si Teller Ecuatia descrie formarea de strate multiple de gaz condensat care apar atunci cand un gaz adsorbabil (de exemplu azotul) este in contact cu materialul poros Intr-un astfel de test se utilizeaza azot la temperatura de fierbere si presiunea atmosferica (-196 degC sau 77 K)
Ecuatia BET (expresia 318) a fost derivata presupunand urmatoarelebull rata de condensare a moleculelor din primul strat este egala cu rata de evaporare a
moleculelor din zonele acoperite cu un singur strat de moleculebull caldura de adsorbtie peste primul strat este constants si egala cu caldura de lichefiere
qqm=b(PPS)(1-PPs)(1-PPS+bPPS) ( 3 1 8 )
In care Ps - presiunea de vaporizare la saturatie la temperatura utilizata in test uzual 1 atm
q - cantitatea de substanta adsorbita la presiunea P
qm - cantitatea de substanta adsorbita numai cand se constata acoperirea totala a suprafetei cu un strat monomolecular
b - constanta determinata experimental
In figura 336 se prezinta o relatie tipica intre marimea porilor si suprafata totala Suprafata cumulativa este data de insumarea suprafetelor tuturor porilor cu un diametru dat sau mai mare Se remarca faptul ca marea majoritate a suprafetei este atribuita porilor de mici dimensiuni
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI60
3133 Teste uzuale de adsorbtie
In practica se utilizeaza o serie intreaga de teste pentru a determina capacitatea de adsorbtie pentru diferite tipuri de carbune activ Printre acestea se mentioneaza
- Indicele Iod reprezinta cantitatea de iod in miligrame pe gram adsorbit de un carbune activ la echilibru cu o solutie I2-KI cu concentratia 002 N indicele iod indica suprafata totala a porilor cu diametru de 10 A sau mai mare valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 800 - 1000 mgg
Indicele Melasa reprezinta un indicator al puterii de decolorare a carbunelui activ granular in contact cu 0 solutie de melasa la fierbere indicele melasa este in stricta legatura cu suprafata totala a porilor cu diametrul mai mare de 28 A valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 200 - 300
- Indicele Albastru de Metilen reprezinta cantitatea de albastru de metilen adsorbita de 1 g de carbune activ la echilibru in contact cu o solutie cu concentratia 1 mg1 de albastru de metilen Albastrul de metilen are greutatea moleculara 320 si indica suprafata totala a porilor cu diametrul de 15 A
- Activitatea tetraclorurii de carbon tetraclorura de carbon CC14 este un compus molecular mic si poate intra in toti porii In acest test un curent de aer este saturat cu CCI4 la 0 degC si este trecut printr-un strat de carbune activ mentinut la 25 degC pana cand nu se mai detecteaza nici o schimbare in greutate Activitatea este greutatea CCI4 adsorbita pe unitatea de greutate de carbune activ exprimata procentual Valorile uzuale ale acestui indicator sunt in gama 60 -80
- Indicele butan este similar activitatii tetraclorurii de carbon valoarea acestuia este exprimata grame de butan adsorbite pe 100 ml carbune activ valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 7 - 8 g 100 ml carbune activ
- Indicele FINAD stabilit de cercetatorul C Gomella si reprezinta un produs al mai multor indici F - fenol I - iod N - indol A - antipirina D - detergent
316 Deferizarea si demanganizarea apei
Fierul (Fe) si manganul (Mn) sunt elemente care se gasesc frecvent in mediul subteran si in apa apar in concentratii pana la 10 mg1 (Fe) si 2 mg1 (Mn) Prezenta fierului si manganului in apele potabile pot genera urmatoarele probleme
bull produce gust metalic dezagreabil
bull coloreaza tesaturile si echipamentele sanitare
bull formeaza precipitate in conducte care favorizeaza dezvoltarea bacteriilor feruginoase (Chrenothrix) acestea modifica regimul hidraulic calitatea apei distribute si favorizeaza fenomenele de coroziune
3161 Echilibrul fierului si manganului in apa
Fierul si manganul sunt prezente dizolvate in solutiile apoase sub forma Fe2+si Mn2+ Concentratia in oxigen a apelor subterane care contin Fe si Mn este nula Din namolurile situate in
2+ ~
zona anaeroba din hipolimnion se elibereaza ioni de Fe2+ si Mnz+ in apele lacurilor In numeroase ape naturale se remarca prezenta Fe3+ asociata cu substantele humice Stabilitatea fierului si manganului in apa depinde de numeroase variabile
bull pH-ul apei
bull concentratia diferitelor elemente chimice
bull potentialul de oxido-reducere (Eh) al solutiei
In figura 341 se prezinta diagrama de stabilitate a formelor fierului in solutie in aceasta diagrama o curba (linie) reprezinta locul geometric pentru care concentratia celor doua substante este aceeasi De exemplu linia 1 reprezinta solutia pentru care O2 si H2O au aceeasi valoare Aria cuprinsa intre curbele 1 si 2 reprezinta aria de stabilitate a compusilor de Fe Chimia manganului este asemanatoare cu cea a Fe Astfel la pH si Eh reduse Fe si Mn sunt stabile in forme bivalente
Pentru eliminarea duritatii se pot adopta scheme cu schimbatori de ioni sau cu reactivi chimici (var si soda) in functie de tipul duritatii (temporara sau permanenta)
Orice statie de tratare este deservita de anumite facilitati pentru intretinerea proprie Printre acestea se mentioneaza
bull statia de reactivi chimici cu rolul de a stoca prepara si doza reactivii necesari procesului de tratare (coagulanti floculanti agenti dezinfectanti corectie pH etc)
bull sisteme de spalare filtre rapide constituite din statii de pompe si de suflante
bull laborator pentru a determina corectitudinea procesului de tratare dar si calitatea apei produse
bull alte facilitati printre care se mentioneaza sisteme de recuperare a apei de la spalare filtre si a namolului din decantoare
311 Exemple de statii de tratare
O schema de tratare cu filtrare directa este prezentata in figura 32 Uzina de apa a orasului Los Angeles - SUA (Los Angeles Aqueduct Filtration Plant) are o capacitate instalata de 185 m3s filiera tratare fiind prezentata in cele ce urmeaza
bull pre-oxidare cu ozon 4 generatoare care produc 3780 kg CVzi (doza medie ozon 15 mgdm3) 4 bazine de contact (timp de contact minim 49 min)
bull coagulare (amestec rapid) 8 camere de reactie echipate cu agitatoare dinamice timp minim de amestec 086 s pentru doua camere inseriate Reactivi utilizati clorura ferica sulfat de aluminiu polimeri anionici si neionici soda caustica clor
bull floculare 36 camere de reactie lenta timp minim de reactie lenta 8 min pentru 3 bazine inseriate
bull filtrare 24 unitati (aria unei unitati A=160 m2) strat de antracit cu inaltimea de 24 m viteza de filtrare 175 mh care asigura un timp de contact de 10 minute
bull dezinfectie finala cu clor (doza maxima clor 56 mgdm3)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 3
Un alt exemplu de schema de tratare care nu cuprinde treapta de decantare este uzina de apa Ivry (Franta) modernizata in 1987 (debit instalat Q = 300000 m3zi) Dupa modernizare uzina cuprinde urmatoarele procese (figura 33)
bull pre-oxidare cu ozon doza uzuala 10 mg CVdm3
bull coagulare (amestec rapid) cu clorura ferica (5 - 10 mgdm3) si polimer anionic (0025 -005 mgdm3)
bull pre-filtrare faza I - (coagulare pe masa de contact) 18 unitati de 815 m2 strat biolit 10 m viteza de filtrare maxima 10 mh
bull floculare cu clorura ferica (2-6 mg Fe3+dm3) si polimer (005 - 10 mgdm3)
bull pre-filtrare faza II - nisip 22 unitati de 81 m viteza de filtrare 9 mh
bull filtrare lenta 30 cuve (23000 m2) viteza maxima de filtrare 13 mzi inaltime strat 07 m
bull post-ozonare timp de contact 4 minute doza uzuala 04 - 06 mg CVdm3
bull filtrare pe CAG inaltime strat 10 m viteza de filtrare 10 mh
bull dezinfectare finala cu hipoclorit de sodiu
In figura 34 este prezentata o schema tehnologica a unei uzine de apa aplicata in cateva mari uzine de tratare (Qgt2000 m3h) ce preiau apa bruta direct din fluviul Ruhr Schema asigura o eliminare optima a microorganismelor Concentratia de Cryptosporidium in apa raului Ruhr variaza de la 0 la 5 unit(100 dm3) iar concentratia chisturilor Giardia de la 8 la 250 unitdm3 Nu au fost detectate aceste organisme in treptele premergatoare dezinfectarii Se remarca prezenta treptelor de filtrare incepand cu filtrarea mecanica pe microsite in capatul amonte al filierei de tratare si continuand cu un pachet de trei trepte de filtrare (dublu strat carbune activ granular si filtre lente) care asigura o eficienta foarte mare din punct de vedere microbiologic
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 3
Figura 34 Filiera tehnologica uzina de apa Mulheim an der Ruhr
(Germania)
Un exemplu de schema tehnologica combinata (Q=32 m3s) este prezentata in figura 35 Apa bruta (fluviul Elba) este puternic incarcata in poluanti Filtrarea primara (bazine de infiltratie) reduce de cateva ori incarcarea microbiologica iar in cazul folosirii treptelor de floculare sedimentare si filtrare reducerea incarcarii microbiologice este de circa 9999
Prin curgerea in stratul subteran se obtine o apa ce se incadreaza in normele privind calitatea apei potabile Dezinfectia finala este aplicata pentru a preveni cresterea masei bacteriene in sistemele de distributie Uzina este prevazuta a fi modernizata cu treapta de oxidare cu ozon si filtre multistrat
In Elvetia sunt intalnite in principal scheme complexe de tratare avand la baza procese biologice (figura 36) Treptele de tratare clasice (pre-oxidare cu ozon coagulare-floculare filtrare rapida) sunt urmate de corectia pH-ului si postozonare in fmalul filierei de tratare se prevad reactoare biologice inseriate (filtre CAG activate biologic urmate de filtre lente) Se urmareste in principal reducerea indicatorilor biologici si bacteriologici prin reducerea concentratiilor de carbon organic asimilabil (AOC lt 10 ug Cdm ) Se remarca absenta dezinfectarii finale Se obtine o apa biostabila introducerea acesteia intr-o retea de distributie nu necesita prezenta unui dezinfectant rezidual Se asigura in acest mod o siguranta ridicata la consumator in ceea ce priveste potentialul de formare al trihalometanilor
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 3
33 Procese de oxidare
Procesele de oxidare pot fi intalnite in toate statiile de tratare in doua sectiuni caracteristice ale schemei
bull pre-oxidare in capatul amonte al filierei pentru oxidarea substantei organice plancton inactivare microorganisme obiectul principal este asigurarea functionarii optime a proceselor de tratare si evitarea contaminarii acesteia
bull post-oxidarea amplasat dupa procesele de tratare conventionale (decantare si filtrare rapida pe strat de nisip) urmareste oxidarea totala a micro poluantilor reducerea materiilor organice naturale si inactivarea totala in ape limpezi a compusilor biologici si bacteriologici
331 Pre-oxidare
In mod obisnuit se utilizeaza urmatorii agenti oxidanti clor ozon dioxid de clor 3311 Clorul(Ch)
Clorul se utilizeaza in mod uzual cu doze cuprinse in domeniul 1 - 3 mgl cu timp de contact minim Tc=30 minute in anumite situatii (inflorire algala sau poluare accidentala) dozele pot fi mai mari dar se urmareste evitarea formarii sub-produsilor organo-clorurati (de exemplu trihalometani THM) prin efectuarea de incercari pe apa sursei pentru a se stabili potentialul de formare
Clorul este adoptat frecvent datorita costurilor reduse implicate Reactia clorului trebuie urmarita cu atentie luand in consideratie agentii reducatori (H2S Mn2+ Fe3+) si materiile organice naturale in diagrama din figura 37 se poate urmari procesul de reactie al clorului in apa (clorare la breakpoint) Punctul critic se atinge daca raportul masic intre clor si amoniac variaza intre 81 -101 (teoretic 761)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 40
3312 Ozonul(03)
Ozonul este un gaz violet instabil care degaja un miros iritant caracteristic
Se produce prin descarcari electrice la diferente de potential ridicate intre doi electrozi intre care curge aer sau oxigen pur Eficienta productiei depinde de diferenta de potential frecventa caracteristicile materialului dielectric si spatiul care separa dielectricele Progresele tehnologice din ultimii 20-30 ani au condus la reducerea consumului de energie la 10 - 12 kWh 1 kg O3
Dozele uzuale de ozon sunt in gama 1 - 3 mgCVdm3 iar timpul de contact uzual este Tc=10 minute Se tinde spre adoptarea solutiei cu doua reactoare in serie ca in figura 38 Adancimea apei in reactoare poate atinge 6-75 m
Conceptual reactoarele de ozon functioneaza pe baza interceptarii curentului de apa descendent de catre voalul de bule mici de ozon in miscare ascendents
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
0
4
3313 Dioxidul de clor (CIO2)
Se poate obtine din clorit de sodiu si clor conform reactiei
2NaC102 + Cl2rarr2C102 + 2NaCl (31)
Stoechiometric 1 g dioxid de clor se obtine din 134 g clorita de sodiu si 05 g de clor
Este instabil si exploziv la temperaturi T gt (-40degC) Se produce imediat inainte de injectia in apa La 20degC si presiune partiala de 53 kPa solubilitatea este 4 gdm3
Avantajele utilizarii CIO2 sunt
bull nu formeaza sub-produsi de tip trihalometani (THM)
bull are putere oxidanta mai buna oxideaza fenoli si este foarte eficace la pH peste 85
Dozele utilizate frecvent 01 - 05 mgl timpul de contact fiind Tc = 10 min Se mentioneaza ca pentru doze mai mare de 05 mgl exista riscul formarii de sub-produsi de tip clorati
Reactoarele de pre-oxidare utilizeaza agitatoare mecanice (rezistente la coroziune) care asigura amestecul mecanic cu randamente ridicate intre apa de tratat si solutia de CIO2
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 4
332 Post-oxidare
In filierele de tratare se dezvolta din ce in ce mai mult conceptul de post-oxidare cu ozon pe apa limpezita dupa filtrele rapide de nisip pentru ca eficienta transferului creste se reduc dozele de ozon si oxidarea micro-poluantilor devine mai eficienta
incadrarea procesului de post-oxidare in schema statiei de tratare se realizeaza totdeauna ca infigura 310 n
Dozele de 03 in post-oxidare nu depasesc 2 mgl Principiile reactoarelor de ozon sunt identice cu cele utilizate in pre-oxidare
Post-oxidarea cu ozon combinata cu adsorbtia pe CAG este procesul (denumit afinare) capabil sa asigure
- eliminare totala compusi biologici microbiologici si micropoluanti
- reducere materiilor organice naturale astfel incat TOC lt 25 g Cl
- eliminare pesticide
333 Alegerea oxidantului
Alegerea oxidantului se bazeaza pe analiza calitatii apei caracterizarea marimii poluarii care poate apare (continut materii organice naturale carbon organic total numar de microorganisme perioade duraf deg ce aparitie)
Alegerea agentului oxidant are la baza costuri si implicatii in filiera tehnologica
Tabelul 35 Caracteristici principale Tn alegerea oxidantilor Nr crt
Oxidant Avantaje Dezavantaje
1 Clor-Cl2 - costuri reduse- cunoastere operare- este remanent (rezidual) in reteaua de
distributie
formeaza THM - necesita timpi de contact mari
2 Dioxid de clor - C102 - capacitate de oxidare mai ridicata in raport cu Cl2
- nu formeaza THM- este remanent (rezidual) in reteaua de
distributie
- necesita preparare si dozare instantanee- la doze prea mari poate forma cloraticosturi mai mari in raport cu Cl2
3 Ozon - 03 - cea mai mare capacitate de oxidare- nu formeaza THM
- necesita preparare si dozare instantaneeconsumuri energetice mari- poate forma subprodusi de tip bromaji sau
aldehide- nu este remanent (rezidual) in reteaua de
distributie
4
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 4
Figura 311 Fortele
ce actioneaza asupra
particulelor aflate Tn
apa
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
3511 Deznisipatoare
Sunt destinate sa retina particulele de tip nisip pentru protectia utilajelor din schema statiei de tratare Schema unui deznisipator orizontal este data in figura 313
Figura 313 Deznisipator orizontal longitudinal
1 Gratar 2 Bare de linistire 3 Nisa pentru reparatii Tn caz de avarie 4 Stavilar de intrare 5 Vane de golire 6 Stavilarde iesire 7 Galerie de golire
In zona de intrare a apei in deznisipator se monteaza un gratar rar pentru impiedicarea accesului corpurilor mari in interiorul bazinului Pentru linistirea curentului se monteaza bare verticale de linistire Peretii laterali ai deznisipatorului se executa cu evazare catre exterior pentru a permite preluarea impingerilor survenite din podul de gheata care se formeaza pe timp de iarna la suprafata bazinului Panta radierului bazinului trebuie sa permita evacuarea depunerilor in zona din aval a bazinului Evacuarea depunerilor se poate realiza cu mai multe sisteme
bull prin hidro-mecanizare cu scoaterea din functiune a unui compartiment
bull prin golirea totala a compartimentului (numai pentru debite foarte reduse)
bull cu electro-pompe speciale purtate de o grinda rulanta
3512 Decantoare statice
Sunt destinate surselor cu variatii mari de turbiditate la care 50 - 60 din suspensii sunt de natura minerala (gravimetrice) in figura 314 se prezinta schema unui decantor orizontal longitudinal Elementele principale ale bazinului sunt
bull zona de intrare in care se gaseste un perete de linistire a curentului in partea superioara respectiv canalul de evacuare a depunerilor in partea inferioara
bull decantorul propriu-zis cu radier cu panta catre basa de evacuare a namolului amplasata in zona incipienta a bazinului
bull zona de evacuare a apei decantate care este bordata de un gratar cu rolul impiedicarii accesului plutitorilor
Curatirea decantoarelor orizontale se realizeaza
bull Intermitent prin golire si evacuare depuneri hidraulic sau mecanic
bull Continuu cu ajutorul podurilor racloare care strang depunerile in base special amenajate
Dificultatile in operarea decantoarelor statice se pot sintetiza
bull sunt influentate de factori atmosferici vant gheata insorire
bull miscarea este turbulenta ca structura si particule fine pot fi repuse in stare de suspensie
bull echilibrarea fluxului hidraulic se realizeaza cu dificultate
bull eficienta retinerii nu depaseste 10-15 NTU la apa decantata
37 Filtrarea apei - generalitati
Filtrarea este procesul de limpezire finala a apei (stadiul II) la curgerea printr-un mediu poros de obicei format din nisip cuartos Procesul simuleaza infiltratia apelor superficiale in mediile poroase din subsolul pamantului Procesul este cunoscut si aplicat de mult timp (primul brevet s-a emis in 1830)
Schema generala (figura 323) indica filtrul ca fiind format dintr-un bazin (cuva) in care apa curge in sens descendent traverseaza mediul poros sustinut de un drenaj si ajunge intr-un rezervor de apa filtrata amplasat sub drenaj Sistemul este dotat cu toate instalatiile de introducere -prelevare apa preaplin si golire
Parametrii fundamentali ai procesului de filtrare sunt
bull viteza de filtrare definita (ca viteza aparenta) cu relatia urmatoare
vF = Q A [ m h ] [mzi] (313)
In care
Q - debitul de apa filtrata
A - suprafata orizontala a stratului filtrant in
functie de viteza de filtrare se pot clasifica in
o filtre lente (biologice) - VF = 01 - 025 [mh]
o filtre rapide - vF = 4 - 10 [mh|
o filtre ultra-rapide
bull mediul filtrant - in general nisip cuartos care sa realizeze prin uniformitatea granulelor un volum de goluri in care sa se acumuleze suspensia retinuta din apa caracteristicile sunt diferite pe tipuri de filtre
bull pierderea de sarcina (hr) exprimata ca diferenta intre nivelul apei in cuva filtrului si nivelul apei in rezervorul de apa filtrata este data de colmatarea stratului si este variabila in timp
49
38 Filtre lente
Se bazeaza pe formarea unei membrane biologice constituita din colonii de bacterii aerobe -amplasata la suprafata stratului de nisip (pe primii 2-3 cm) Elementul fundamental este dezvoltarea membranei (in 1 - 3 zile) functie de caracteristicile apei Dupa o perioada (30 - 50 zile) membrana se colmateaza si incepe sa se rupa degradand calitatea apei Aceasta se razuieste (se curata) manual sau mecanic si procesul este reluat In figura 52 se indica schema unui filtru lent
Dispoizitiv de curatat_____________________________membrana biologtca
Figura 325 indica tipurile de organisme care pot fi intalnite pe o adancime de 30 cm in nisipul filtrului lent
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
Nisipul din filtrul lent trebuie sa aiba urmatorii parametri
bull granulozitatea in domeniul dg = 035 - 050 mm
bull coeficientul de neuniformitate ult 15
(314)
In care d6o - diametral ochiurilor sitei prin care trece 60 din materialul cernut
d1o - diametral ochiurilor sitei prin care trece 10 din materialul cernut
01
50
bull inaltimea stratului de nisip H=90-100 cm cand grosimea stratului de nisip ajunge dupa curatiri succesive la 70 - 80 cm este necesara completarea la inaltimea initiala
Solutia filtrelor lente se prevede la debite relativ mici (max 10000 m zi) si surse de apa in general curate (lipsite de alge culoare poluanti toxici) Se pot obtine rezultate performante la ape necoagulate Operarea sistemelor de filtre lente este simpla Procesul de filtrare lenta este asimilat cu procese fizice si biologice Acestea din urma necesita o atentie si urmarire continua in etapele de operare a filtrelor in special referitor la starea coloniilor de bacterii aerobe din membrana biologica
310Filtre rapide
In figura 326 se prezinta schema unui filtru rapid Acesta este constituit din urmatoarele elemente componente
bull sistem admisie apa in cuva - are rolul echirepartitiei debitului catre cuvele de filtre
bull stratul filtrant peste care exista un strat de apa
bull drenaj cu rolul de a sustine stratul filtrant si de a transforma bulele mari in bule fine in procesul de spalare inversa
bull sistem de mentinere a nivelului apei in filtru (pentru filtrele cu functionare in sistem nivel constant si debit variabil)
bull statie de pompare apa de la spalare filtre si statie de suflante
bull instalatii hidraulice grupate in galeria tehnologica cu rolul de a asigura toate utilitatile necesare functionarii corecte a procesului (conducte si vane apa filtrata apa spalare aer spalare preaplin golire etc)
bull rezervor de apa filtrata amplasat de obicei sub toata statia sau in anumite cazuri numai sub galeria tehnologica
Procesul consta in doua etape
bull filtrarea apei parcurgand in sens descendent stratul de nisip si drenajul
bull spalarea filtrului in sens ascendent in doua faze distincte
o faza 1 (durata Ti=5-10 min)
o faza 2 - limpezire (durata Ti=10-15 min)
51
in ultimii 30-40 de ani in lume a existat o preocupare constants pentru perfectionarea procesului in sensul obtinerii performantei in calitatea apei filtrate (turbiditatea sa se incadreze in domeniulOl - 10 NTU)
Mecanismele de retinere in filtrele rapide se pot sintetiza ca in schema urmatoare
3101 Mediul filtrant
Calitatile materialului filtrant sunt urmatoarele
bull domeniul de granulozitate dg = 085 - 2 mm
bull coeficientul de neuniformitate u=d6odio lt 15
bull fractiunile inferioare diametrului 085 mm si superioare dmax 2 mm inferioare procentual la 10 in greutate
bull diametrul efectiv def = dio = 09-1 mm
bull sa realizeze un numar de goluri (porozitate) mare (pgt40)
bull forma granulelor apropiata de sfera pentru obtinerea unui grad de acoperire ridicat
bull continut de roci cuartoase recomandabil peste 95
bull sa aiba duritate (gt 7 in scara Mohs) pentru a nu se sfarama la spalare
Calitatea materialului filtrant influenteaza viteza de filtrare O serie de studii au indicat domeniul optim de granulozitate al nisipului de filtru conform figurii 328
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 52
3102 Calitatea influentului fn corelatie cu materialul filtrant
Pentru realizarea unei retineri eficiente a suspensiilor se impune ca in influentul filtrelor acestea sa fie floculate Aceasta se caracterizeaza prin coeficientul de coeziune al suspensiilor floculate (namol retinut) aceasta caracterizeaza capacitatea de rezistenta la forfecare si depinde de doza de floculant si natura (minerala sau organica a suspensiilor)
Procesul de optimizare a filtrarii rapide a apei ia in considerate principiul un filtru va functiona optim cand va produce cea mai mare cantitate de apa intre doua spalari succesive aceasta se va realiza cand timpul in care se atinge pierderea de sarcina limita este egal cu timpul in care se calitatea apei filtrate se inrautateste la limita maxim acceptabila (Ti = T2) sau penetrarea impuritatilor in interiorul masei filtrante se va efectua cu aceeasi viteza cu care creste pierderea de sarcina Expresiile celor doua perioade au fost determinate de cercetatorii Richard si Croce-Spinelli
Tx = a bull σ - 0 9 5 bull k-075bull def-045bull h0
n95bull v -185 (316)
T l = b bull σ-075 k - 0 7 5 bull dlef
1 5 Δhr05 bull vF
-065 (317)
In care Ti - perioada in care turbiditatea apei filtrate atinge valoarea limita (1 NTU)
T2 - perioada in care se atinge pierderea de sarcina limita (15 - 18 m)
a b - coeficienti empirici (experimentali)
hn - grosime strat nisip
Δhr- viteza de crestere a pierderii de sarcina
INSPECTIA SANITARA SI MOMTORIZAREA CALITATII APEI
VF - viteza de filtrare
k - coeficient de coeziune al namolului
a - depozitul specific (volumul de suspensii raportat la volumul de material filtrant)
Se constata ca fiecare filtru poate conduce la un ciclu optim functie de calitatea nisipului grosimea stratului calitatea flocularii suspensiilor din apa influenta si viteza de filtrare
3103 Variatia pierderii de sarcina
Urmarirea pierderii de sarcina este importanta pentru ca poate pune in evidenta functionarea filtrului Operarea optima a unui filtru se realizeaza prin urmarirea in timp a variatiei pierderii de sarcina si turbiditatii Masurile pentru realizarea acestui optim sunt
53
bull reducerea vitezei - cele mai performante filtre lucreaza cu viteze de filtrare variabile astfel incat colmatarea stratului sa se realizeze fara socuri
bull adaugarea unui polimer (doze 01 - 02 mgl) in influent pentru a mari rezistenta particulelor floculate
bull imbunatatirea calitatii nisipului
Presiune (m col H20)
Figura 329 Estimarea pierderii de sarcina Tn
stratul filtrant
3104 Spalarea filtrelor
Se realizeaza in contra curent de apa si aer comprimat Elementele tehnice care intervin esential in obtinerea performantelor spalarii sunt
bull calitate drenaj - din punct de vedere al uniformitatii debitelor de apa si aer
bull colectarea uniforma a apei de la spalare
bull metoda de spalare care sa asigure eliminarea totala a suspensiilor retinute in strat cu resurse minime
bull drenaj de mare rezistenta hidraulica (cu placi cu crepine)
Se bazeaza pe principiul introducerii unei rezistente hidraulice de 15 - 20 cm coloana de apa (reducerea brusca de sectiune la intrarea apei in tija crepinei) care asigura uniformizarea intensitatilor de spalare pe suprafata cuvei (abateri de plusmn 3-5) In figura 330 se prezinta schema drenajului cu placi cu crepine
Se pun conditii severe din punct de vedere constructiv pentru realizarea drenajului
bull asigurarea etansarii perfecte
bull asigurarea cotei exacte si unice pentru pozitia orificiilor de aer
bull rezistenta cosurilor crepinelor
bull asigurarea formarii unui nivel de separatie apa - aer uniform si constant pe toata suprafata cuvei
Cele mai performante filtre din punct de vedere al spalarii sunt filtrele cu baleiaj la spalare (figura 331)
INSPECTIA SANITARA SI MOMTORIZAREA CALITATII APEI
55
55
in perioada de spalare a filtrului nivelul in cuva se afla la cota NS jgheaburile J nu mai deverseaza si prin orificiile de la baza jgheaburilor se creeaza un curent de baleiaj (1-2 dm3sm2) cu apa decantata care impinge suspensiile spre jgheabul de colectare Se reduc astfel timpii de spalare (cu 50) si intensitatile si volumele de apa de spalare
Prin curgerea ascendenta a aerului masa de nisip vibreaza si peliculele de namol se desprind de granule Curentul ascendent de apa le antreneaza Spalarea numai cu aer induce vibrarea masei de nisip si depunerea namolului in zona inferioara a stratului De aceea este contraindicata spalarea numai cu aer in faza 1
In general echipamentele pentru asigurarea debitelor apa de spalare se adopta un utilaj (pompa) in faza 1 si inca o pompa de acelasi tip pentru faza a Il-a
3105 Asigurarea repartitiei uniforme a influentului
Pentru asigurarea repartitiei uniforme a apei decantate se utilizeaza diverse sisteme Cel mai performant este sistemul cu deversori neinecati conform cu schema din figura 332
3106 Sistemele hidraulice
Sistemele hidraulice asigura deservirea statiei de filtre atat in procesul de filtrare cat si in procesul de spalare Acestea se vor dimensiona conform vitezelor economice prezentate in tabelul urmator
3107 Reglajului debitului si nivelului de apa in cuva
Pentru filtrele care functioneaza cu nivel constant si debit variabil este foarte important ca nivelul apei in filtru se fie mentinut pseudo-constant Aceasta se asigura cu diverse sisteme de plutitori (regulator de nivel amonte) care comanda vana de pe conducta de apa filtrata sau cu sisteme electronice si hidraulice conform figurii 333
Figura 333 Sistem de reglare electronic al nivelului apei Tn filtru
Legends 1 Strat filtrant 2 Vana apa filtrata 3 Parghie comanda vana 4 Electrovana de comanda 5 Regulator electronic 6 Senzor de presiune pentru nivel filtru 7 Senzor de presiune sub planseu 8 Potentiometru 9 Indicator de
colmatare 10 Alimentare cu fluid de comanda
313 Afin area apei
Procesul de afmare a apei este constituit din combinatia intre procesul de post-oxidare cu ozon a apei filtrate urmat de adsorbtie pe carbune activ granular
3131 Post-oxidarea cu ozon
Ozonul (O3) se obtine din aer sau oxigen supus la descarcari electrice printr-un dielectric In figura 334 se prezinta un element dintr-un ozonor
figura 334 Element tubular de ozonor
1 - Intrare gaz vector (aeroxigen) 2 3 - Electrozi 4 - Dielectric 5 - Spatiu de descarcare electrica 6 - Gaz vector +
ozon 7 - Apa racire
Diferentele de potential la care se lucreaza sunt cuprinse intre 6000 - 18000 V functie de natura si grosimea dielectricului marimea spatiului de descarcare si presiunea absoluta de functionare
Concentratiile de ozon in gazul vector obisnuite sunt
bull 10-40gm - in cazul utilizarii aerului
bull 10-140 gm3 - in cazul utilizarii oxigenului
Pentru a realiza concentratii optime si stabilitatea procesului se cere punct de roua -60degC -80degC
Energia specifics pentru productia de ozon
bull 13-18 kWhkg O3 - produs din aer
bull 8-10 kWhkg O3 - produs din oxigen
Actiunea O3 asupra apelor de consum se poate sintetiza
bull imbunatatirea calitatilor organoleptice (gust miros culoare)
bull activitate bactericide si virulicida
bull oxidarea materiilor organice
bull oxidare micro-poluanti
bull imbunatatirea biodegradabilitatii in amonte de CAG
3132 Adsorbtie pe carbune activ granular (CAG)
Carbunele activ se poate obtine din carbuni minieri sau din coaja de nuca de cocos Majoritatea carbunilor minieri pot fi convertiti in carbune activ insa proprietatile carbunelui activ depind esential de calitatea initiala a carbunilor in special in ceea ce priveste duritatea acestora in acest sens se utilizeaza adesea coaja nucilor de cocos pentru fabricarea carbunelui activ
Exista o multitudine de procese de fabricare a carbunelui activ insa eel mai dezvoltat este piroliza urmata de activarea cu gaze de oxidare Piroliza (carbonizarea) presupune incalzirea materialului la temperaturi intre 600 si 900 degC in absenta aerului Pentru obtinerea unei porozitati ridicate se pot utiliza adaosuri de cloruri metalice (de exemplu ZnCl) Piroliza poate reprezenta unicul pas de activare in cazul in care se doreste obtinerea unui material cu 0 porozitate ridicata
A doua etapa este cea de oxidare care se realizeaza de obicei cu abur sau uneori cu aer Temperaturile sunt uzuale in gama de 600 - 900 degC Pe parcursul acestei etape se realizeaza 0 erodare a suprafetei interne a carbunelui si dezvoltarea unei retele extensive de micropori care cresc capacitatea de adsorbtie
58
Printre proprietatile principale ale carbunelui activ se enumera continutul de cenusa umiditatea densitatea marimea particulelor duritatea volumul si distributia dupa marime a porilor suprafata interna
31321 Continutul in cenusa
Continutul in cenusa este reprezentat de reziduul obtinut prin calcinarea la temperatura de 954 degC timp de 3 ore in aer Uzual continutul de cenusa variaza intre 3 si 10 Pentru reducerea cantitatii de cenusa se poate utiliza spalarea cu acid
31322 Umiditatea
Umiditatea se determina prin uscarea in cuptor timp de 3 ore a unei cantitati de 5 sau 10 g de carbune activ la temperatura 150 degC Se determina greutatea inainte si dupa uscare si racire in exicator Umiditatea in vrac a carbunelui activ este recomandabil sa fie limitata la maxim 5
31323 Densitatea
Sunt mai multe tipuri de densitati printre care se mentioneaza densitatea in vrac densitatea aparenta densitatea particulei si densitatea reala Densitatea in vrac sau densitatea aparenta reprezinta greutatea carbunelui activ uscat raportata la volumul pe care acesta il ocupa Aceasta se determina prin umplerea unui cilindru cu volumul de 100 ml cu carbune prin cadere libera dintr-o masina vibratoare si cantarirea volumului respectiv Valorile uzuale sunt in gama 05 - 06 gml pentru carbune activ fabricat din carbune minier respectiv 024 - 030 mg1 pentru carbune activ fabricat din lemn
Densitatea particulei reprezinta densitatea unei particule singulare Volumul pe care se bazeaza include volumul porilor precum si volumul materialului Densitatea particulei se determina in mod uzual cu mercur la presiunea atmosferica (mercurul umple spatiile goale din particula de carbune activ dar nu umple porii) Valorile uzuale sunt in gama 074 - 080 gml
Densitatea reala sau densitatea scheletului este cea determinate numai pe materialul (carbunele) propriu-zis Pentru determinarea acesteia se utilizeaza uzual o metoda de inlocuire cu heliu (heliul intra practic in toti porii materialului) Valorile uzuale sunt in gama 21 - 22 gml
31324 Marimea particulelor
Aceasta se determina prin cernerea a 100 sau 200 g de carbune printr-un sistem de site mecanice timp de 10 minute dupa care se cantaresc retinerile pe fiecare sita in parte Carbunele activ pudra se incadreaza de obicei in domeniul 005 mm - 15 mm
31325 Friabilitatea
Capacitatea carbunelui activ de a rezista la abraziune este unul dintre parametrii cei mai importanti Procedura de determinare a friabilitatii carbunelui activ presupune determinarea granulozitatii acestora inainte si dupa testul propriu-zis care consta in concasarea succesiva a carbunelui intr-un recipient alaturi de bile de otel inoxidabil Valorile uzuale ale indicelui de friabilitate sunt 65 - 80 (practic 70 - 75) ceea ce atesta faptul ca materialul este foarte usor friabil si este necesar atentie la procedura de spalare
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATIIAPEI 59
31326 Volumul si distributia dupa marime a porilor
Volumul porilor reprezinta volumul total al porilor din particula de carbune activ granular raportat la greutate Valorile uzuale sunt de ordinul 08 - 12 mlg pentru carbune activ fabricat din carbuni minieri respectiv 22-25 mlg pentru carbune activ fabricat din lemn Volumul total al porilor poate fi determinat printr-un test de adsorbtie cu azot desfasurate astfel incat azotul condensat sa intre in totalitate in porii carbunelui
Carbunele activ confine o structura complexa de pori de forme si marimi diferite Porii au de obicei o geometrie neregulata si sunt interconectati Dimensiunile porilor sunt uzual intre 10 A si 100000 A (001 cm) Distributia dupa marime a porilor depinde de tipul de material utilizat si de metoda si de durata procesului de activare
31327 Suprafata internaSuprafata interna a materialelor poroase in general se determinS cu ecuatia BET stabilita de
Brunauer Emmett si Teller Ecuatia descrie formarea de strate multiple de gaz condensat care apar atunci cand un gaz adsorbabil (de exemplu azotul) este in contact cu materialul poros Intr-un astfel de test se utilizeaza azot la temperatura de fierbere si presiunea atmosferica (-196 degC sau 77 K)
Ecuatia BET (expresia 318) a fost derivata presupunand urmatoarelebull rata de condensare a moleculelor din primul strat este egala cu rata de evaporare a
moleculelor din zonele acoperite cu un singur strat de moleculebull caldura de adsorbtie peste primul strat este constants si egala cu caldura de lichefiere
qqm=b(PPS)(1-PPs)(1-PPS+bPPS) ( 3 1 8 )
In care Ps - presiunea de vaporizare la saturatie la temperatura utilizata in test uzual 1 atm
q - cantitatea de substanta adsorbita la presiunea P
qm - cantitatea de substanta adsorbita numai cand se constata acoperirea totala a suprafetei cu un strat monomolecular
b - constanta determinata experimental
In figura 336 se prezinta o relatie tipica intre marimea porilor si suprafata totala Suprafata cumulativa este data de insumarea suprafetelor tuturor porilor cu un diametru dat sau mai mare Se remarca faptul ca marea majoritate a suprafetei este atribuita porilor de mici dimensiuni
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI60
3133 Teste uzuale de adsorbtie
In practica se utilizeaza o serie intreaga de teste pentru a determina capacitatea de adsorbtie pentru diferite tipuri de carbune activ Printre acestea se mentioneaza
- Indicele Iod reprezinta cantitatea de iod in miligrame pe gram adsorbit de un carbune activ la echilibru cu o solutie I2-KI cu concentratia 002 N indicele iod indica suprafata totala a porilor cu diametru de 10 A sau mai mare valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 800 - 1000 mgg
Indicele Melasa reprezinta un indicator al puterii de decolorare a carbunelui activ granular in contact cu 0 solutie de melasa la fierbere indicele melasa este in stricta legatura cu suprafata totala a porilor cu diametrul mai mare de 28 A valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 200 - 300
- Indicele Albastru de Metilen reprezinta cantitatea de albastru de metilen adsorbita de 1 g de carbune activ la echilibru in contact cu o solutie cu concentratia 1 mg1 de albastru de metilen Albastrul de metilen are greutatea moleculara 320 si indica suprafata totala a porilor cu diametrul de 15 A
- Activitatea tetraclorurii de carbon tetraclorura de carbon CC14 este un compus molecular mic si poate intra in toti porii In acest test un curent de aer este saturat cu CCI4 la 0 degC si este trecut printr-un strat de carbune activ mentinut la 25 degC pana cand nu se mai detecteaza nici o schimbare in greutate Activitatea este greutatea CCI4 adsorbita pe unitatea de greutate de carbune activ exprimata procentual Valorile uzuale ale acestui indicator sunt in gama 60 -80
- Indicele butan este similar activitatii tetraclorurii de carbon valoarea acestuia este exprimata grame de butan adsorbite pe 100 ml carbune activ valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 7 - 8 g 100 ml carbune activ
- Indicele FINAD stabilit de cercetatorul C Gomella si reprezinta un produs al mai multor indici F - fenol I - iod N - indol A - antipirina D - detergent
316 Deferizarea si demanganizarea apei
Fierul (Fe) si manganul (Mn) sunt elemente care se gasesc frecvent in mediul subteran si in apa apar in concentratii pana la 10 mg1 (Fe) si 2 mg1 (Mn) Prezenta fierului si manganului in apele potabile pot genera urmatoarele probleme
bull produce gust metalic dezagreabil
bull coloreaza tesaturile si echipamentele sanitare
bull formeaza precipitate in conducte care favorizeaza dezvoltarea bacteriilor feruginoase (Chrenothrix) acestea modifica regimul hidraulic calitatea apei distribute si favorizeaza fenomenele de coroziune
3161 Echilibrul fierului si manganului in apa
Fierul si manganul sunt prezente dizolvate in solutiile apoase sub forma Fe2+si Mn2+ Concentratia in oxigen a apelor subterane care contin Fe si Mn este nula Din namolurile situate in
2+ ~
zona anaeroba din hipolimnion se elibereaza ioni de Fe2+ si Mnz+ in apele lacurilor In numeroase ape naturale se remarca prezenta Fe3+ asociata cu substantele humice Stabilitatea fierului si manganului in apa depinde de numeroase variabile
bull pH-ul apei
bull concentratia diferitelor elemente chimice
bull potentialul de oxido-reducere (Eh) al solutiei
In figura 341 se prezinta diagrama de stabilitate a formelor fierului in solutie in aceasta diagrama o curba (linie) reprezinta locul geometric pentru care concentratia celor doua substante este aceeasi De exemplu linia 1 reprezinta solutia pentru care O2 si H2O au aceeasi valoare Aria cuprinsa intre curbele 1 si 2 reprezinta aria de stabilitate a compusilor de Fe Chimia manganului este asemanatoare cu cea a Fe Astfel la pH si Eh reduse Fe si Mn sunt stabile in forme bivalente
Un alt exemplu de schema de tratare care nu cuprinde treapta de decantare este uzina de apa Ivry (Franta) modernizata in 1987 (debit instalat Q = 300000 m3zi) Dupa modernizare uzina cuprinde urmatoarele procese (figura 33)
bull pre-oxidare cu ozon doza uzuala 10 mg CVdm3
bull coagulare (amestec rapid) cu clorura ferica (5 - 10 mgdm3) si polimer anionic (0025 -005 mgdm3)
bull pre-filtrare faza I - (coagulare pe masa de contact) 18 unitati de 815 m2 strat biolit 10 m viteza de filtrare maxima 10 mh
bull floculare cu clorura ferica (2-6 mg Fe3+dm3) si polimer (005 - 10 mgdm3)
bull pre-filtrare faza II - nisip 22 unitati de 81 m viteza de filtrare 9 mh
bull filtrare lenta 30 cuve (23000 m2) viteza maxima de filtrare 13 mzi inaltime strat 07 m
bull post-ozonare timp de contact 4 minute doza uzuala 04 - 06 mg CVdm3
bull filtrare pe CAG inaltime strat 10 m viteza de filtrare 10 mh
bull dezinfectare finala cu hipoclorit de sodiu
In figura 34 este prezentata o schema tehnologica a unei uzine de apa aplicata in cateva mari uzine de tratare (Qgt2000 m3h) ce preiau apa bruta direct din fluviul Ruhr Schema asigura o eliminare optima a microorganismelor Concentratia de Cryptosporidium in apa raului Ruhr variaza de la 0 la 5 unit(100 dm3) iar concentratia chisturilor Giardia de la 8 la 250 unitdm3 Nu au fost detectate aceste organisme in treptele premergatoare dezinfectarii Se remarca prezenta treptelor de filtrare incepand cu filtrarea mecanica pe microsite in capatul amonte al filierei de tratare si continuand cu un pachet de trei trepte de filtrare (dublu strat carbune activ granular si filtre lente) care asigura o eficienta foarte mare din punct de vedere microbiologic
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 3
Figura 34 Filiera tehnologica uzina de apa Mulheim an der Ruhr
(Germania)
Un exemplu de schema tehnologica combinata (Q=32 m3s) este prezentata in figura 35 Apa bruta (fluviul Elba) este puternic incarcata in poluanti Filtrarea primara (bazine de infiltratie) reduce de cateva ori incarcarea microbiologica iar in cazul folosirii treptelor de floculare sedimentare si filtrare reducerea incarcarii microbiologice este de circa 9999
Prin curgerea in stratul subteran se obtine o apa ce se incadreaza in normele privind calitatea apei potabile Dezinfectia finala este aplicata pentru a preveni cresterea masei bacteriene in sistemele de distributie Uzina este prevazuta a fi modernizata cu treapta de oxidare cu ozon si filtre multistrat
In Elvetia sunt intalnite in principal scheme complexe de tratare avand la baza procese biologice (figura 36) Treptele de tratare clasice (pre-oxidare cu ozon coagulare-floculare filtrare rapida) sunt urmate de corectia pH-ului si postozonare in fmalul filierei de tratare se prevad reactoare biologice inseriate (filtre CAG activate biologic urmate de filtre lente) Se urmareste in principal reducerea indicatorilor biologici si bacteriologici prin reducerea concentratiilor de carbon organic asimilabil (AOC lt 10 ug Cdm ) Se remarca absenta dezinfectarii finale Se obtine o apa biostabila introducerea acesteia intr-o retea de distributie nu necesita prezenta unui dezinfectant rezidual Se asigura in acest mod o siguranta ridicata la consumator in ceea ce priveste potentialul de formare al trihalometanilor
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 3
33 Procese de oxidare
Procesele de oxidare pot fi intalnite in toate statiile de tratare in doua sectiuni caracteristice ale schemei
bull pre-oxidare in capatul amonte al filierei pentru oxidarea substantei organice plancton inactivare microorganisme obiectul principal este asigurarea functionarii optime a proceselor de tratare si evitarea contaminarii acesteia
bull post-oxidarea amplasat dupa procesele de tratare conventionale (decantare si filtrare rapida pe strat de nisip) urmareste oxidarea totala a micro poluantilor reducerea materiilor organice naturale si inactivarea totala in ape limpezi a compusilor biologici si bacteriologici
331 Pre-oxidare
In mod obisnuit se utilizeaza urmatorii agenti oxidanti clor ozon dioxid de clor 3311 Clorul(Ch)
Clorul se utilizeaza in mod uzual cu doze cuprinse in domeniul 1 - 3 mgl cu timp de contact minim Tc=30 minute in anumite situatii (inflorire algala sau poluare accidentala) dozele pot fi mai mari dar se urmareste evitarea formarii sub-produsilor organo-clorurati (de exemplu trihalometani THM) prin efectuarea de incercari pe apa sursei pentru a se stabili potentialul de formare
Clorul este adoptat frecvent datorita costurilor reduse implicate Reactia clorului trebuie urmarita cu atentie luand in consideratie agentii reducatori (H2S Mn2+ Fe3+) si materiile organice naturale in diagrama din figura 37 se poate urmari procesul de reactie al clorului in apa (clorare la breakpoint) Punctul critic se atinge daca raportul masic intre clor si amoniac variaza intre 81 -101 (teoretic 761)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 40
3312 Ozonul(03)
Ozonul este un gaz violet instabil care degaja un miros iritant caracteristic
Se produce prin descarcari electrice la diferente de potential ridicate intre doi electrozi intre care curge aer sau oxigen pur Eficienta productiei depinde de diferenta de potential frecventa caracteristicile materialului dielectric si spatiul care separa dielectricele Progresele tehnologice din ultimii 20-30 ani au condus la reducerea consumului de energie la 10 - 12 kWh 1 kg O3
Dozele uzuale de ozon sunt in gama 1 - 3 mgCVdm3 iar timpul de contact uzual este Tc=10 minute Se tinde spre adoptarea solutiei cu doua reactoare in serie ca in figura 38 Adancimea apei in reactoare poate atinge 6-75 m
Conceptual reactoarele de ozon functioneaza pe baza interceptarii curentului de apa descendent de catre voalul de bule mici de ozon in miscare ascendents
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
0
4
3313 Dioxidul de clor (CIO2)
Se poate obtine din clorit de sodiu si clor conform reactiei
2NaC102 + Cl2rarr2C102 + 2NaCl (31)
Stoechiometric 1 g dioxid de clor se obtine din 134 g clorita de sodiu si 05 g de clor
Este instabil si exploziv la temperaturi T gt (-40degC) Se produce imediat inainte de injectia in apa La 20degC si presiune partiala de 53 kPa solubilitatea este 4 gdm3
Avantajele utilizarii CIO2 sunt
bull nu formeaza sub-produsi de tip trihalometani (THM)
bull are putere oxidanta mai buna oxideaza fenoli si este foarte eficace la pH peste 85
Dozele utilizate frecvent 01 - 05 mgl timpul de contact fiind Tc = 10 min Se mentioneaza ca pentru doze mai mare de 05 mgl exista riscul formarii de sub-produsi de tip clorati
Reactoarele de pre-oxidare utilizeaza agitatoare mecanice (rezistente la coroziune) care asigura amestecul mecanic cu randamente ridicate intre apa de tratat si solutia de CIO2
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 4
332 Post-oxidare
In filierele de tratare se dezvolta din ce in ce mai mult conceptul de post-oxidare cu ozon pe apa limpezita dupa filtrele rapide de nisip pentru ca eficienta transferului creste se reduc dozele de ozon si oxidarea micro-poluantilor devine mai eficienta
incadrarea procesului de post-oxidare in schema statiei de tratare se realizeaza totdeauna ca infigura 310 n
Dozele de 03 in post-oxidare nu depasesc 2 mgl Principiile reactoarelor de ozon sunt identice cu cele utilizate in pre-oxidare
Post-oxidarea cu ozon combinata cu adsorbtia pe CAG este procesul (denumit afinare) capabil sa asigure
- eliminare totala compusi biologici microbiologici si micropoluanti
- reducere materiilor organice naturale astfel incat TOC lt 25 g Cl
- eliminare pesticide
333 Alegerea oxidantului
Alegerea oxidantului se bazeaza pe analiza calitatii apei caracterizarea marimii poluarii care poate apare (continut materii organice naturale carbon organic total numar de microorganisme perioade duraf deg ce aparitie)
Alegerea agentului oxidant are la baza costuri si implicatii in filiera tehnologica
Tabelul 35 Caracteristici principale Tn alegerea oxidantilor Nr crt
Oxidant Avantaje Dezavantaje
1 Clor-Cl2 - costuri reduse- cunoastere operare- este remanent (rezidual) in reteaua de
distributie
formeaza THM - necesita timpi de contact mari
2 Dioxid de clor - C102 - capacitate de oxidare mai ridicata in raport cu Cl2
- nu formeaza THM- este remanent (rezidual) in reteaua de
distributie
- necesita preparare si dozare instantanee- la doze prea mari poate forma cloraticosturi mai mari in raport cu Cl2
3 Ozon - 03 - cea mai mare capacitate de oxidare- nu formeaza THM
- necesita preparare si dozare instantaneeconsumuri energetice mari- poate forma subprodusi de tip bromaji sau
aldehide- nu este remanent (rezidual) in reteaua de
distributie
4
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 4
Figura 311 Fortele
ce actioneaza asupra
particulelor aflate Tn
apa
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
3511 Deznisipatoare
Sunt destinate sa retina particulele de tip nisip pentru protectia utilajelor din schema statiei de tratare Schema unui deznisipator orizontal este data in figura 313
Figura 313 Deznisipator orizontal longitudinal
1 Gratar 2 Bare de linistire 3 Nisa pentru reparatii Tn caz de avarie 4 Stavilar de intrare 5 Vane de golire 6 Stavilarde iesire 7 Galerie de golire
In zona de intrare a apei in deznisipator se monteaza un gratar rar pentru impiedicarea accesului corpurilor mari in interiorul bazinului Pentru linistirea curentului se monteaza bare verticale de linistire Peretii laterali ai deznisipatorului se executa cu evazare catre exterior pentru a permite preluarea impingerilor survenite din podul de gheata care se formeaza pe timp de iarna la suprafata bazinului Panta radierului bazinului trebuie sa permita evacuarea depunerilor in zona din aval a bazinului Evacuarea depunerilor se poate realiza cu mai multe sisteme
bull prin hidro-mecanizare cu scoaterea din functiune a unui compartiment
bull prin golirea totala a compartimentului (numai pentru debite foarte reduse)
bull cu electro-pompe speciale purtate de o grinda rulanta
3512 Decantoare statice
Sunt destinate surselor cu variatii mari de turbiditate la care 50 - 60 din suspensii sunt de natura minerala (gravimetrice) in figura 314 se prezinta schema unui decantor orizontal longitudinal Elementele principale ale bazinului sunt
bull zona de intrare in care se gaseste un perete de linistire a curentului in partea superioara respectiv canalul de evacuare a depunerilor in partea inferioara
bull decantorul propriu-zis cu radier cu panta catre basa de evacuare a namolului amplasata in zona incipienta a bazinului
bull zona de evacuare a apei decantate care este bordata de un gratar cu rolul impiedicarii accesului plutitorilor
Curatirea decantoarelor orizontale se realizeaza
bull Intermitent prin golire si evacuare depuneri hidraulic sau mecanic
bull Continuu cu ajutorul podurilor racloare care strang depunerile in base special amenajate
Dificultatile in operarea decantoarelor statice se pot sintetiza
bull sunt influentate de factori atmosferici vant gheata insorire
bull miscarea este turbulenta ca structura si particule fine pot fi repuse in stare de suspensie
bull echilibrarea fluxului hidraulic se realizeaza cu dificultate
bull eficienta retinerii nu depaseste 10-15 NTU la apa decantata
37 Filtrarea apei - generalitati
Filtrarea este procesul de limpezire finala a apei (stadiul II) la curgerea printr-un mediu poros de obicei format din nisip cuartos Procesul simuleaza infiltratia apelor superficiale in mediile poroase din subsolul pamantului Procesul este cunoscut si aplicat de mult timp (primul brevet s-a emis in 1830)
Schema generala (figura 323) indica filtrul ca fiind format dintr-un bazin (cuva) in care apa curge in sens descendent traverseaza mediul poros sustinut de un drenaj si ajunge intr-un rezervor de apa filtrata amplasat sub drenaj Sistemul este dotat cu toate instalatiile de introducere -prelevare apa preaplin si golire
Parametrii fundamentali ai procesului de filtrare sunt
bull viteza de filtrare definita (ca viteza aparenta) cu relatia urmatoare
vF = Q A [ m h ] [mzi] (313)
In care
Q - debitul de apa filtrata
A - suprafata orizontala a stratului filtrant in
functie de viteza de filtrare se pot clasifica in
o filtre lente (biologice) - VF = 01 - 025 [mh]
o filtre rapide - vF = 4 - 10 [mh|
o filtre ultra-rapide
bull mediul filtrant - in general nisip cuartos care sa realizeze prin uniformitatea granulelor un volum de goluri in care sa se acumuleze suspensia retinuta din apa caracteristicile sunt diferite pe tipuri de filtre
bull pierderea de sarcina (hr) exprimata ca diferenta intre nivelul apei in cuva filtrului si nivelul apei in rezervorul de apa filtrata este data de colmatarea stratului si este variabila in timp
49
38 Filtre lente
Se bazeaza pe formarea unei membrane biologice constituita din colonii de bacterii aerobe -amplasata la suprafata stratului de nisip (pe primii 2-3 cm) Elementul fundamental este dezvoltarea membranei (in 1 - 3 zile) functie de caracteristicile apei Dupa o perioada (30 - 50 zile) membrana se colmateaza si incepe sa se rupa degradand calitatea apei Aceasta se razuieste (se curata) manual sau mecanic si procesul este reluat In figura 52 se indica schema unui filtru lent
Dispoizitiv de curatat_____________________________membrana biologtca
Figura 325 indica tipurile de organisme care pot fi intalnite pe o adancime de 30 cm in nisipul filtrului lent
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
Nisipul din filtrul lent trebuie sa aiba urmatorii parametri
bull granulozitatea in domeniul dg = 035 - 050 mm
bull coeficientul de neuniformitate ult 15
(314)
In care d6o - diametral ochiurilor sitei prin care trece 60 din materialul cernut
d1o - diametral ochiurilor sitei prin care trece 10 din materialul cernut
01
50
bull inaltimea stratului de nisip H=90-100 cm cand grosimea stratului de nisip ajunge dupa curatiri succesive la 70 - 80 cm este necesara completarea la inaltimea initiala
Solutia filtrelor lente se prevede la debite relativ mici (max 10000 m zi) si surse de apa in general curate (lipsite de alge culoare poluanti toxici) Se pot obtine rezultate performante la ape necoagulate Operarea sistemelor de filtre lente este simpla Procesul de filtrare lenta este asimilat cu procese fizice si biologice Acestea din urma necesita o atentie si urmarire continua in etapele de operare a filtrelor in special referitor la starea coloniilor de bacterii aerobe din membrana biologica
310Filtre rapide
In figura 326 se prezinta schema unui filtru rapid Acesta este constituit din urmatoarele elemente componente
bull sistem admisie apa in cuva - are rolul echirepartitiei debitului catre cuvele de filtre
bull stratul filtrant peste care exista un strat de apa
bull drenaj cu rolul de a sustine stratul filtrant si de a transforma bulele mari in bule fine in procesul de spalare inversa
bull sistem de mentinere a nivelului apei in filtru (pentru filtrele cu functionare in sistem nivel constant si debit variabil)
bull statie de pompare apa de la spalare filtre si statie de suflante
bull instalatii hidraulice grupate in galeria tehnologica cu rolul de a asigura toate utilitatile necesare functionarii corecte a procesului (conducte si vane apa filtrata apa spalare aer spalare preaplin golire etc)
bull rezervor de apa filtrata amplasat de obicei sub toata statia sau in anumite cazuri numai sub galeria tehnologica
Procesul consta in doua etape
bull filtrarea apei parcurgand in sens descendent stratul de nisip si drenajul
bull spalarea filtrului in sens ascendent in doua faze distincte
o faza 1 (durata Ti=5-10 min)
o faza 2 - limpezire (durata Ti=10-15 min)
51
in ultimii 30-40 de ani in lume a existat o preocupare constants pentru perfectionarea procesului in sensul obtinerii performantei in calitatea apei filtrate (turbiditatea sa se incadreze in domeniulOl - 10 NTU)
Mecanismele de retinere in filtrele rapide se pot sintetiza ca in schema urmatoare
3101 Mediul filtrant
Calitatile materialului filtrant sunt urmatoarele
bull domeniul de granulozitate dg = 085 - 2 mm
bull coeficientul de neuniformitate u=d6odio lt 15
bull fractiunile inferioare diametrului 085 mm si superioare dmax 2 mm inferioare procentual la 10 in greutate
bull diametrul efectiv def = dio = 09-1 mm
bull sa realizeze un numar de goluri (porozitate) mare (pgt40)
bull forma granulelor apropiata de sfera pentru obtinerea unui grad de acoperire ridicat
bull continut de roci cuartoase recomandabil peste 95
bull sa aiba duritate (gt 7 in scara Mohs) pentru a nu se sfarama la spalare
Calitatea materialului filtrant influenteaza viteza de filtrare O serie de studii au indicat domeniul optim de granulozitate al nisipului de filtru conform figurii 328
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 52
3102 Calitatea influentului fn corelatie cu materialul filtrant
Pentru realizarea unei retineri eficiente a suspensiilor se impune ca in influentul filtrelor acestea sa fie floculate Aceasta se caracterizeaza prin coeficientul de coeziune al suspensiilor floculate (namol retinut) aceasta caracterizeaza capacitatea de rezistenta la forfecare si depinde de doza de floculant si natura (minerala sau organica a suspensiilor)
Procesul de optimizare a filtrarii rapide a apei ia in considerate principiul un filtru va functiona optim cand va produce cea mai mare cantitate de apa intre doua spalari succesive aceasta se va realiza cand timpul in care se atinge pierderea de sarcina limita este egal cu timpul in care se calitatea apei filtrate se inrautateste la limita maxim acceptabila (Ti = T2) sau penetrarea impuritatilor in interiorul masei filtrante se va efectua cu aceeasi viteza cu care creste pierderea de sarcina Expresiile celor doua perioade au fost determinate de cercetatorii Richard si Croce-Spinelli
Tx = a bull σ - 0 9 5 bull k-075bull def-045bull h0
n95bull v -185 (316)
T l = b bull σ-075 k - 0 7 5 bull dlef
1 5 Δhr05 bull vF
-065 (317)
In care Ti - perioada in care turbiditatea apei filtrate atinge valoarea limita (1 NTU)
T2 - perioada in care se atinge pierderea de sarcina limita (15 - 18 m)
a b - coeficienti empirici (experimentali)
hn - grosime strat nisip
Δhr- viteza de crestere a pierderii de sarcina
INSPECTIA SANITARA SI MOMTORIZAREA CALITATII APEI
VF - viteza de filtrare
k - coeficient de coeziune al namolului
a - depozitul specific (volumul de suspensii raportat la volumul de material filtrant)
Se constata ca fiecare filtru poate conduce la un ciclu optim functie de calitatea nisipului grosimea stratului calitatea flocularii suspensiilor din apa influenta si viteza de filtrare
3103 Variatia pierderii de sarcina
Urmarirea pierderii de sarcina este importanta pentru ca poate pune in evidenta functionarea filtrului Operarea optima a unui filtru se realizeaza prin urmarirea in timp a variatiei pierderii de sarcina si turbiditatii Masurile pentru realizarea acestui optim sunt
53
bull reducerea vitezei - cele mai performante filtre lucreaza cu viteze de filtrare variabile astfel incat colmatarea stratului sa se realizeze fara socuri
bull adaugarea unui polimer (doze 01 - 02 mgl) in influent pentru a mari rezistenta particulelor floculate
bull imbunatatirea calitatii nisipului
Presiune (m col H20)
Figura 329 Estimarea pierderii de sarcina Tn
stratul filtrant
3104 Spalarea filtrelor
Se realizeaza in contra curent de apa si aer comprimat Elementele tehnice care intervin esential in obtinerea performantelor spalarii sunt
bull calitate drenaj - din punct de vedere al uniformitatii debitelor de apa si aer
bull colectarea uniforma a apei de la spalare
bull metoda de spalare care sa asigure eliminarea totala a suspensiilor retinute in strat cu resurse minime
bull drenaj de mare rezistenta hidraulica (cu placi cu crepine)
Se bazeaza pe principiul introducerii unei rezistente hidraulice de 15 - 20 cm coloana de apa (reducerea brusca de sectiune la intrarea apei in tija crepinei) care asigura uniformizarea intensitatilor de spalare pe suprafata cuvei (abateri de plusmn 3-5) In figura 330 se prezinta schema drenajului cu placi cu crepine
Se pun conditii severe din punct de vedere constructiv pentru realizarea drenajului
bull asigurarea etansarii perfecte
bull asigurarea cotei exacte si unice pentru pozitia orificiilor de aer
bull rezistenta cosurilor crepinelor
bull asigurarea formarii unui nivel de separatie apa - aer uniform si constant pe toata suprafata cuvei
Cele mai performante filtre din punct de vedere al spalarii sunt filtrele cu baleiaj la spalare (figura 331)
INSPECTIA SANITARA SI MOMTORIZAREA CALITATII APEI
55
55
in perioada de spalare a filtrului nivelul in cuva se afla la cota NS jgheaburile J nu mai deverseaza si prin orificiile de la baza jgheaburilor se creeaza un curent de baleiaj (1-2 dm3sm2) cu apa decantata care impinge suspensiile spre jgheabul de colectare Se reduc astfel timpii de spalare (cu 50) si intensitatile si volumele de apa de spalare
Prin curgerea ascendenta a aerului masa de nisip vibreaza si peliculele de namol se desprind de granule Curentul ascendent de apa le antreneaza Spalarea numai cu aer induce vibrarea masei de nisip si depunerea namolului in zona inferioara a stratului De aceea este contraindicata spalarea numai cu aer in faza 1
In general echipamentele pentru asigurarea debitelor apa de spalare se adopta un utilaj (pompa) in faza 1 si inca o pompa de acelasi tip pentru faza a Il-a
3105 Asigurarea repartitiei uniforme a influentului
Pentru asigurarea repartitiei uniforme a apei decantate se utilizeaza diverse sisteme Cel mai performant este sistemul cu deversori neinecati conform cu schema din figura 332
3106 Sistemele hidraulice
Sistemele hidraulice asigura deservirea statiei de filtre atat in procesul de filtrare cat si in procesul de spalare Acestea se vor dimensiona conform vitezelor economice prezentate in tabelul urmator
3107 Reglajului debitului si nivelului de apa in cuva
Pentru filtrele care functioneaza cu nivel constant si debit variabil este foarte important ca nivelul apei in filtru se fie mentinut pseudo-constant Aceasta se asigura cu diverse sisteme de plutitori (regulator de nivel amonte) care comanda vana de pe conducta de apa filtrata sau cu sisteme electronice si hidraulice conform figurii 333
Figura 333 Sistem de reglare electronic al nivelului apei Tn filtru
Legends 1 Strat filtrant 2 Vana apa filtrata 3 Parghie comanda vana 4 Electrovana de comanda 5 Regulator electronic 6 Senzor de presiune pentru nivel filtru 7 Senzor de presiune sub planseu 8 Potentiometru 9 Indicator de
colmatare 10 Alimentare cu fluid de comanda
313 Afin area apei
Procesul de afmare a apei este constituit din combinatia intre procesul de post-oxidare cu ozon a apei filtrate urmat de adsorbtie pe carbune activ granular
3131 Post-oxidarea cu ozon
Ozonul (O3) se obtine din aer sau oxigen supus la descarcari electrice printr-un dielectric In figura 334 se prezinta un element dintr-un ozonor
figura 334 Element tubular de ozonor
1 - Intrare gaz vector (aeroxigen) 2 3 - Electrozi 4 - Dielectric 5 - Spatiu de descarcare electrica 6 - Gaz vector +
ozon 7 - Apa racire
Diferentele de potential la care se lucreaza sunt cuprinse intre 6000 - 18000 V functie de natura si grosimea dielectricului marimea spatiului de descarcare si presiunea absoluta de functionare
Concentratiile de ozon in gazul vector obisnuite sunt
bull 10-40gm - in cazul utilizarii aerului
bull 10-140 gm3 - in cazul utilizarii oxigenului
Pentru a realiza concentratii optime si stabilitatea procesului se cere punct de roua -60degC -80degC
Energia specifics pentru productia de ozon
bull 13-18 kWhkg O3 - produs din aer
bull 8-10 kWhkg O3 - produs din oxigen
Actiunea O3 asupra apelor de consum se poate sintetiza
bull imbunatatirea calitatilor organoleptice (gust miros culoare)
bull activitate bactericide si virulicida
bull oxidarea materiilor organice
bull oxidare micro-poluanti
bull imbunatatirea biodegradabilitatii in amonte de CAG
3132 Adsorbtie pe carbune activ granular (CAG)
Carbunele activ se poate obtine din carbuni minieri sau din coaja de nuca de cocos Majoritatea carbunilor minieri pot fi convertiti in carbune activ insa proprietatile carbunelui activ depind esential de calitatea initiala a carbunilor in special in ceea ce priveste duritatea acestora in acest sens se utilizeaza adesea coaja nucilor de cocos pentru fabricarea carbunelui activ
Exista o multitudine de procese de fabricare a carbunelui activ insa eel mai dezvoltat este piroliza urmata de activarea cu gaze de oxidare Piroliza (carbonizarea) presupune incalzirea materialului la temperaturi intre 600 si 900 degC in absenta aerului Pentru obtinerea unei porozitati ridicate se pot utiliza adaosuri de cloruri metalice (de exemplu ZnCl) Piroliza poate reprezenta unicul pas de activare in cazul in care se doreste obtinerea unui material cu 0 porozitate ridicata
A doua etapa este cea de oxidare care se realizeaza de obicei cu abur sau uneori cu aer Temperaturile sunt uzuale in gama de 600 - 900 degC Pe parcursul acestei etape se realizeaza 0 erodare a suprafetei interne a carbunelui si dezvoltarea unei retele extensive de micropori care cresc capacitatea de adsorbtie
58
Printre proprietatile principale ale carbunelui activ se enumera continutul de cenusa umiditatea densitatea marimea particulelor duritatea volumul si distributia dupa marime a porilor suprafata interna
31321 Continutul in cenusa
Continutul in cenusa este reprezentat de reziduul obtinut prin calcinarea la temperatura de 954 degC timp de 3 ore in aer Uzual continutul de cenusa variaza intre 3 si 10 Pentru reducerea cantitatii de cenusa se poate utiliza spalarea cu acid
31322 Umiditatea
Umiditatea se determina prin uscarea in cuptor timp de 3 ore a unei cantitati de 5 sau 10 g de carbune activ la temperatura 150 degC Se determina greutatea inainte si dupa uscare si racire in exicator Umiditatea in vrac a carbunelui activ este recomandabil sa fie limitata la maxim 5
31323 Densitatea
Sunt mai multe tipuri de densitati printre care se mentioneaza densitatea in vrac densitatea aparenta densitatea particulei si densitatea reala Densitatea in vrac sau densitatea aparenta reprezinta greutatea carbunelui activ uscat raportata la volumul pe care acesta il ocupa Aceasta se determina prin umplerea unui cilindru cu volumul de 100 ml cu carbune prin cadere libera dintr-o masina vibratoare si cantarirea volumului respectiv Valorile uzuale sunt in gama 05 - 06 gml pentru carbune activ fabricat din carbune minier respectiv 024 - 030 mg1 pentru carbune activ fabricat din lemn
Densitatea particulei reprezinta densitatea unei particule singulare Volumul pe care se bazeaza include volumul porilor precum si volumul materialului Densitatea particulei se determina in mod uzual cu mercur la presiunea atmosferica (mercurul umple spatiile goale din particula de carbune activ dar nu umple porii) Valorile uzuale sunt in gama 074 - 080 gml
Densitatea reala sau densitatea scheletului este cea determinate numai pe materialul (carbunele) propriu-zis Pentru determinarea acesteia se utilizeaza uzual o metoda de inlocuire cu heliu (heliul intra practic in toti porii materialului) Valorile uzuale sunt in gama 21 - 22 gml
31324 Marimea particulelor
Aceasta se determina prin cernerea a 100 sau 200 g de carbune printr-un sistem de site mecanice timp de 10 minute dupa care se cantaresc retinerile pe fiecare sita in parte Carbunele activ pudra se incadreaza de obicei in domeniul 005 mm - 15 mm
31325 Friabilitatea
Capacitatea carbunelui activ de a rezista la abraziune este unul dintre parametrii cei mai importanti Procedura de determinare a friabilitatii carbunelui activ presupune determinarea granulozitatii acestora inainte si dupa testul propriu-zis care consta in concasarea succesiva a carbunelui intr-un recipient alaturi de bile de otel inoxidabil Valorile uzuale ale indicelui de friabilitate sunt 65 - 80 (practic 70 - 75) ceea ce atesta faptul ca materialul este foarte usor friabil si este necesar atentie la procedura de spalare
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATIIAPEI 59
31326 Volumul si distributia dupa marime a porilor
Volumul porilor reprezinta volumul total al porilor din particula de carbune activ granular raportat la greutate Valorile uzuale sunt de ordinul 08 - 12 mlg pentru carbune activ fabricat din carbuni minieri respectiv 22-25 mlg pentru carbune activ fabricat din lemn Volumul total al porilor poate fi determinat printr-un test de adsorbtie cu azot desfasurate astfel incat azotul condensat sa intre in totalitate in porii carbunelui
Carbunele activ confine o structura complexa de pori de forme si marimi diferite Porii au de obicei o geometrie neregulata si sunt interconectati Dimensiunile porilor sunt uzual intre 10 A si 100000 A (001 cm) Distributia dupa marime a porilor depinde de tipul de material utilizat si de metoda si de durata procesului de activare
31327 Suprafata internaSuprafata interna a materialelor poroase in general se determinS cu ecuatia BET stabilita de
Brunauer Emmett si Teller Ecuatia descrie formarea de strate multiple de gaz condensat care apar atunci cand un gaz adsorbabil (de exemplu azotul) este in contact cu materialul poros Intr-un astfel de test se utilizeaza azot la temperatura de fierbere si presiunea atmosferica (-196 degC sau 77 K)
Ecuatia BET (expresia 318) a fost derivata presupunand urmatoarelebull rata de condensare a moleculelor din primul strat este egala cu rata de evaporare a
moleculelor din zonele acoperite cu un singur strat de moleculebull caldura de adsorbtie peste primul strat este constants si egala cu caldura de lichefiere
qqm=b(PPS)(1-PPs)(1-PPS+bPPS) ( 3 1 8 )
In care Ps - presiunea de vaporizare la saturatie la temperatura utilizata in test uzual 1 atm
q - cantitatea de substanta adsorbita la presiunea P
qm - cantitatea de substanta adsorbita numai cand se constata acoperirea totala a suprafetei cu un strat monomolecular
b - constanta determinata experimental
In figura 336 se prezinta o relatie tipica intre marimea porilor si suprafata totala Suprafata cumulativa este data de insumarea suprafetelor tuturor porilor cu un diametru dat sau mai mare Se remarca faptul ca marea majoritate a suprafetei este atribuita porilor de mici dimensiuni
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI60
3133 Teste uzuale de adsorbtie
In practica se utilizeaza o serie intreaga de teste pentru a determina capacitatea de adsorbtie pentru diferite tipuri de carbune activ Printre acestea se mentioneaza
- Indicele Iod reprezinta cantitatea de iod in miligrame pe gram adsorbit de un carbune activ la echilibru cu o solutie I2-KI cu concentratia 002 N indicele iod indica suprafata totala a porilor cu diametru de 10 A sau mai mare valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 800 - 1000 mgg
Indicele Melasa reprezinta un indicator al puterii de decolorare a carbunelui activ granular in contact cu 0 solutie de melasa la fierbere indicele melasa este in stricta legatura cu suprafata totala a porilor cu diametrul mai mare de 28 A valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 200 - 300
- Indicele Albastru de Metilen reprezinta cantitatea de albastru de metilen adsorbita de 1 g de carbune activ la echilibru in contact cu o solutie cu concentratia 1 mg1 de albastru de metilen Albastrul de metilen are greutatea moleculara 320 si indica suprafata totala a porilor cu diametrul de 15 A
- Activitatea tetraclorurii de carbon tetraclorura de carbon CC14 este un compus molecular mic si poate intra in toti porii In acest test un curent de aer este saturat cu CCI4 la 0 degC si este trecut printr-un strat de carbune activ mentinut la 25 degC pana cand nu se mai detecteaza nici o schimbare in greutate Activitatea este greutatea CCI4 adsorbita pe unitatea de greutate de carbune activ exprimata procentual Valorile uzuale ale acestui indicator sunt in gama 60 -80
- Indicele butan este similar activitatii tetraclorurii de carbon valoarea acestuia este exprimata grame de butan adsorbite pe 100 ml carbune activ valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 7 - 8 g 100 ml carbune activ
- Indicele FINAD stabilit de cercetatorul C Gomella si reprezinta un produs al mai multor indici F - fenol I - iod N - indol A - antipirina D - detergent
316 Deferizarea si demanganizarea apei
Fierul (Fe) si manganul (Mn) sunt elemente care se gasesc frecvent in mediul subteran si in apa apar in concentratii pana la 10 mg1 (Fe) si 2 mg1 (Mn) Prezenta fierului si manganului in apele potabile pot genera urmatoarele probleme
bull produce gust metalic dezagreabil
bull coloreaza tesaturile si echipamentele sanitare
bull formeaza precipitate in conducte care favorizeaza dezvoltarea bacteriilor feruginoase (Chrenothrix) acestea modifica regimul hidraulic calitatea apei distribute si favorizeaza fenomenele de coroziune
3161 Echilibrul fierului si manganului in apa
Fierul si manganul sunt prezente dizolvate in solutiile apoase sub forma Fe2+si Mn2+ Concentratia in oxigen a apelor subterane care contin Fe si Mn este nula Din namolurile situate in
2+ ~
zona anaeroba din hipolimnion se elibereaza ioni de Fe2+ si Mnz+ in apele lacurilor In numeroase ape naturale se remarca prezenta Fe3+ asociata cu substantele humice Stabilitatea fierului si manganului in apa depinde de numeroase variabile
bull pH-ul apei
bull concentratia diferitelor elemente chimice
bull potentialul de oxido-reducere (Eh) al solutiei
In figura 341 se prezinta diagrama de stabilitate a formelor fierului in solutie in aceasta diagrama o curba (linie) reprezinta locul geometric pentru care concentratia celor doua substante este aceeasi De exemplu linia 1 reprezinta solutia pentru care O2 si H2O au aceeasi valoare Aria cuprinsa intre curbele 1 si 2 reprezinta aria de stabilitate a compusilor de Fe Chimia manganului este asemanatoare cu cea a Fe Astfel la pH si Eh reduse Fe si Mn sunt stabile in forme bivalente
Figura 34 Filiera tehnologica uzina de apa Mulheim an der Ruhr
(Germania)
Un exemplu de schema tehnologica combinata (Q=32 m3s) este prezentata in figura 35 Apa bruta (fluviul Elba) este puternic incarcata in poluanti Filtrarea primara (bazine de infiltratie) reduce de cateva ori incarcarea microbiologica iar in cazul folosirii treptelor de floculare sedimentare si filtrare reducerea incarcarii microbiologice este de circa 9999
Prin curgerea in stratul subteran se obtine o apa ce se incadreaza in normele privind calitatea apei potabile Dezinfectia finala este aplicata pentru a preveni cresterea masei bacteriene in sistemele de distributie Uzina este prevazuta a fi modernizata cu treapta de oxidare cu ozon si filtre multistrat
In Elvetia sunt intalnite in principal scheme complexe de tratare avand la baza procese biologice (figura 36) Treptele de tratare clasice (pre-oxidare cu ozon coagulare-floculare filtrare rapida) sunt urmate de corectia pH-ului si postozonare in fmalul filierei de tratare se prevad reactoare biologice inseriate (filtre CAG activate biologic urmate de filtre lente) Se urmareste in principal reducerea indicatorilor biologici si bacteriologici prin reducerea concentratiilor de carbon organic asimilabil (AOC lt 10 ug Cdm ) Se remarca absenta dezinfectarii finale Se obtine o apa biostabila introducerea acesteia intr-o retea de distributie nu necesita prezenta unui dezinfectant rezidual Se asigura in acest mod o siguranta ridicata la consumator in ceea ce priveste potentialul de formare al trihalometanilor
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 3
33 Procese de oxidare
Procesele de oxidare pot fi intalnite in toate statiile de tratare in doua sectiuni caracteristice ale schemei
bull pre-oxidare in capatul amonte al filierei pentru oxidarea substantei organice plancton inactivare microorganisme obiectul principal este asigurarea functionarii optime a proceselor de tratare si evitarea contaminarii acesteia
bull post-oxidarea amplasat dupa procesele de tratare conventionale (decantare si filtrare rapida pe strat de nisip) urmareste oxidarea totala a micro poluantilor reducerea materiilor organice naturale si inactivarea totala in ape limpezi a compusilor biologici si bacteriologici
331 Pre-oxidare
In mod obisnuit se utilizeaza urmatorii agenti oxidanti clor ozon dioxid de clor 3311 Clorul(Ch)
Clorul se utilizeaza in mod uzual cu doze cuprinse in domeniul 1 - 3 mgl cu timp de contact minim Tc=30 minute in anumite situatii (inflorire algala sau poluare accidentala) dozele pot fi mai mari dar se urmareste evitarea formarii sub-produsilor organo-clorurati (de exemplu trihalometani THM) prin efectuarea de incercari pe apa sursei pentru a se stabili potentialul de formare
Clorul este adoptat frecvent datorita costurilor reduse implicate Reactia clorului trebuie urmarita cu atentie luand in consideratie agentii reducatori (H2S Mn2+ Fe3+) si materiile organice naturale in diagrama din figura 37 se poate urmari procesul de reactie al clorului in apa (clorare la breakpoint) Punctul critic se atinge daca raportul masic intre clor si amoniac variaza intre 81 -101 (teoretic 761)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 40
3312 Ozonul(03)
Ozonul este un gaz violet instabil care degaja un miros iritant caracteristic
Se produce prin descarcari electrice la diferente de potential ridicate intre doi electrozi intre care curge aer sau oxigen pur Eficienta productiei depinde de diferenta de potential frecventa caracteristicile materialului dielectric si spatiul care separa dielectricele Progresele tehnologice din ultimii 20-30 ani au condus la reducerea consumului de energie la 10 - 12 kWh 1 kg O3
Dozele uzuale de ozon sunt in gama 1 - 3 mgCVdm3 iar timpul de contact uzual este Tc=10 minute Se tinde spre adoptarea solutiei cu doua reactoare in serie ca in figura 38 Adancimea apei in reactoare poate atinge 6-75 m
Conceptual reactoarele de ozon functioneaza pe baza interceptarii curentului de apa descendent de catre voalul de bule mici de ozon in miscare ascendents
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
0
4
3313 Dioxidul de clor (CIO2)
Se poate obtine din clorit de sodiu si clor conform reactiei
2NaC102 + Cl2rarr2C102 + 2NaCl (31)
Stoechiometric 1 g dioxid de clor se obtine din 134 g clorita de sodiu si 05 g de clor
Este instabil si exploziv la temperaturi T gt (-40degC) Se produce imediat inainte de injectia in apa La 20degC si presiune partiala de 53 kPa solubilitatea este 4 gdm3
Avantajele utilizarii CIO2 sunt
bull nu formeaza sub-produsi de tip trihalometani (THM)
bull are putere oxidanta mai buna oxideaza fenoli si este foarte eficace la pH peste 85
Dozele utilizate frecvent 01 - 05 mgl timpul de contact fiind Tc = 10 min Se mentioneaza ca pentru doze mai mare de 05 mgl exista riscul formarii de sub-produsi de tip clorati
Reactoarele de pre-oxidare utilizeaza agitatoare mecanice (rezistente la coroziune) care asigura amestecul mecanic cu randamente ridicate intre apa de tratat si solutia de CIO2
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 4
332 Post-oxidare
In filierele de tratare se dezvolta din ce in ce mai mult conceptul de post-oxidare cu ozon pe apa limpezita dupa filtrele rapide de nisip pentru ca eficienta transferului creste se reduc dozele de ozon si oxidarea micro-poluantilor devine mai eficienta
incadrarea procesului de post-oxidare in schema statiei de tratare se realizeaza totdeauna ca infigura 310 n
Dozele de 03 in post-oxidare nu depasesc 2 mgl Principiile reactoarelor de ozon sunt identice cu cele utilizate in pre-oxidare
Post-oxidarea cu ozon combinata cu adsorbtia pe CAG este procesul (denumit afinare) capabil sa asigure
- eliminare totala compusi biologici microbiologici si micropoluanti
- reducere materiilor organice naturale astfel incat TOC lt 25 g Cl
- eliminare pesticide
333 Alegerea oxidantului
Alegerea oxidantului se bazeaza pe analiza calitatii apei caracterizarea marimii poluarii care poate apare (continut materii organice naturale carbon organic total numar de microorganisme perioade duraf deg ce aparitie)
Alegerea agentului oxidant are la baza costuri si implicatii in filiera tehnologica
Tabelul 35 Caracteristici principale Tn alegerea oxidantilor Nr crt
Oxidant Avantaje Dezavantaje
1 Clor-Cl2 - costuri reduse- cunoastere operare- este remanent (rezidual) in reteaua de
distributie
formeaza THM - necesita timpi de contact mari
2 Dioxid de clor - C102 - capacitate de oxidare mai ridicata in raport cu Cl2
- nu formeaza THM- este remanent (rezidual) in reteaua de
distributie
- necesita preparare si dozare instantanee- la doze prea mari poate forma cloraticosturi mai mari in raport cu Cl2
3 Ozon - 03 - cea mai mare capacitate de oxidare- nu formeaza THM
- necesita preparare si dozare instantaneeconsumuri energetice mari- poate forma subprodusi de tip bromaji sau
aldehide- nu este remanent (rezidual) in reteaua de
distributie
4
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 4
Figura 311 Fortele
ce actioneaza asupra
particulelor aflate Tn
apa
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
3511 Deznisipatoare
Sunt destinate sa retina particulele de tip nisip pentru protectia utilajelor din schema statiei de tratare Schema unui deznisipator orizontal este data in figura 313
Figura 313 Deznisipator orizontal longitudinal
1 Gratar 2 Bare de linistire 3 Nisa pentru reparatii Tn caz de avarie 4 Stavilar de intrare 5 Vane de golire 6 Stavilarde iesire 7 Galerie de golire
In zona de intrare a apei in deznisipator se monteaza un gratar rar pentru impiedicarea accesului corpurilor mari in interiorul bazinului Pentru linistirea curentului se monteaza bare verticale de linistire Peretii laterali ai deznisipatorului se executa cu evazare catre exterior pentru a permite preluarea impingerilor survenite din podul de gheata care se formeaza pe timp de iarna la suprafata bazinului Panta radierului bazinului trebuie sa permita evacuarea depunerilor in zona din aval a bazinului Evacuarea depunerilor se poate realiza cu mai multe sisteme
bull prin hidro-mecanizare cu scoaterea din functiune a unui compartiment
bull prin golirea totala a compartimentului (numai pentru debite foarte reduse)
bull cu electro-pompe speciale purtate de o grinda rulanta
3512 Decantoare statice
Sunt destinate surselor cu variatii mari de turbiditate la care 50 - 60 din suspensii sunt de natura minerala (gravimetrice) in figura 314 se prezinta schema unui decantor orizontal longitudinal Elementele principale ale bazinului sunt
bull zona de intrare in care se gaseste un perete de linistire a curentului in partea superioara respectiv canalul de evacuare a depunerilor in partea inferioara
bull decantorul propriu-zis cu radier cu panta catre basa de evacuare a namolului amplasata in zona incipienta a bazinului
bull zona de evacuare a apei decantate care este bordata de un gratar cu rolul impiedicarii accesului plutitorilor
Curatirea decantoarelor orizontale se realizeaza
bull Intermitent prin golire si evacuare depuneri hidraulic sau mecanic
bull Continuu cu ajutorul podurilor racloare care strang depunerile in base special amenajate
Dificultatile in operarea decantoarelor statice se pot sintetiza
bull sunt influentate de factori atmosferici vant gheata insorire
bull miscarea este turbulenta ca structura si particule fine pot fi repuse in stare de suspensie
bull echilibrarea fluxului hidraulic se realizeaza cu dificultate
bull eficienta retinerii nu depaseste 10-15 NTU la apa decantata
37 Filtrarea apei - generalitati
Filtrarea este procesul de limpezire finala a apei (stadiul II) la curgerea printr-un mediu poros de obicei format din nisip cuartos Procesul simuleaza infiltratia apelor superficiale in mediile poroase din subsolul pamantului Procesul este cunoscut si aplicat de mult timp (primul brevet s-a emis in 1830)
Schema generala (figura 323) indica filtrul ca fiind format dintr-un bazin (cuva) in care apa curge in sens descendent traverseaza mediul poros sustinut de un drenaj si ajunge intr-un rezervor de apa filtrata amplasat sub drenaj Sistemul este dotat cu toate instalatiile de introducere -prelevare apa preaplin si golire
Parametrii fundamentali ai procesului de filtrare sunt
bull viteza de filtrare definita (ca viteza aparenta) cu relatia urmatoare
vF = Q A [ m h ] [mzi] (313)
In care
Q - debitul de apa filtrata
A - suprafata orizontala a stratului filtrant in
functie de viteza de filtrare se pot clasifica in
o filtre lente (biologice) - VF = 01 - 025 [mh]
o filtre rapide - vF = 4 - 10 [mh|
o filtre ultra-rapide
bull mediul filtrant - in general nisip cuartos care sa realizeze prin uniformitatea granulelor un volum de goluri in care sa se acumuleze suspensia retinuta din apa caracteristicile sunt diferite pe tipuri de filtre
bull pierderea de sarcina (hr) exprimata ca diferenta intre nivelul apei in cuva filtrului si nivelul apei in rezervorul de apa filtrata este data de colmatarea stratului si este variabila in timp
49
38 Filtre lente
Se bazeaza pe formarea unei membrane biologice constituita din colonii de bacterii aerobe -amplasata la suprafata stratului de nisip (pe primii 2-3 cm) Elementul fundamental este dezvoltarea membranei (in 1 - 3 zile) functie de caracteristicile apei Dupa o perioada (30 - 50 zile) membrana se colmateaza si incepe sa se rupa degradand calitatea apei Aceasta se razuieste (se curata) manual sau mecanic si procesul este reluat In figura 52 se indica schema unui filtru lent
Dispoizitiv de curatat_____________________________membrana biologtca
Figura 325 indica tipurile de organisme care pot fi intalnite pe o adancime de 30 cm in nisipul filtrului lent
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
Nisipul din filtrul lent trebuie sa aiba urmatorii parametri
bull granulozitatea in domeniul dg = 035 - 050 mm
bull coeficientul de neuniformitate ult 15
(314)
In care d6o - diametral ochiurilor sitei prin care trece 60 din materialul cernut
d1o - diametral ochiurilor sitei prin care trece 10 din materialul cernut
01
50
bull inaltimea stratului de nisip H=90-100 cm cand grosimea stratului de nisip ajunge dupa curatiri succesive la 70 - 80 cm este necesara completarea la inaltimea initiala
Solutia filtrelor lente se prevede la debite relativ mici (max 10000 m zi) si surse de apa in general curate (lipsite de alge culoare poluanti toxici) Se pot obtine rezultate performante la ape necoagulate Operarea sistemelor de filtre lente este simpla Procesul de filtrare lenta este asimilat cu procese fizice si biologice Acestea din urma necesita o atentie si urmarire continua in etapele de operare a filtrelor in special referitor la starea coloniilor de bacterii aerobe din membrana biologica
310Filtre rapide
In figura 326 se prezinta schema unui filtru rapid Acesta este constituit din urmatoarele elemente componente
bull sistem admisie apa in cuva - are rolul echirepartitiei debitului catre cuvele de filtre
bull stratul filtrant peste care exista un strat de apa
bull drenaj cu rolul de a sustine stratul filtrant si de a transforma bulele mari in bule fine in procesul de spalare inversa
bull sistem de mentinere a nivelului apei in filtru (pentru filtrele cu functionare in sistem nivel constant si debit variabil)
bull statie de pompare apa de la spalare filtre si statie de suflante
bull instalatii hidraulice grupate in galeria tehnologica cu rolul de a asigura toate utilitatile necesare functionarii corecte a procesului (conducte si vane apa filtrata apa spalare aer spalare preaplin golire etc)
bull rezervor de apa filtrata amplasat de obicei sub toata statia sau in anumite cazuri numai sub galeria tehnologica
Procesul consta in doua etape
bull filtrarea apei parcurgand in sens descendent stratul de nisip si drenajul
bull spalarea filtrului in sens ascendent in doua faze distincte
o faza 1 (durata Ti=5-10 min)
o faza 2 - limpezire (durata Ti=10-15 min)
51
in ultimii 30-40 de ani in lume a existat o preocupare constants pentru perfectionarea procesului in sensul obtinerii performantei in calitatea apei filtrate (turbiditatea sa se incadreze in domeniulOl - 10 NTU)
Mecanismele de retinere in filtrele rapide se pot sintetiza ca in schema urmatoare
3101 Mediul filtrant
Calitatile materialului filtrant sunt urmatoarele
bull domeniul de granulozitate dg = 085 - 2 mm
bull coeficientul de neuniformitate u=d6odio lt 15
bull fractiunile inferioare diametrului 085 mm si superioare dmax 2 mm inferioare procentual la 10 in greutate
bull diametrul efectiv def = dio = 09-1 mm
bull sa realizeze un numar de goluri (porozitate) mare (pgt40)
bull forma granulelor apropiata de sfera pentru obtinerea unui grad de acoperire ridicat
bull continut de roci cuartoase recomandabil peste 95
bull sa aiba duritate (gt 7 in scara Mohs) pentru a nu se sfarama la spalare
Calitatea materialului filtrant influenteaza viteza de filtrare O serie de studii au indicat domeniul optim de granulozitate al nisipului de filtru conform figurii 328
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 52
3102 Calitatea influentului fn corelatie cu materialul filtrant
Pentru realizarea unei retineri eficiente a suspensiilor se impune ca in influentul filtrelor acestea sa fie floculate Aceasta se caracterizeaza prin coeficientul de coeziune al suspensiilor floculate (namol retinut) aceasta caracterizeaza capacitatea de rezistenta la forfecare si depinde de doza de floculant si natura (minerala sau organica a suspensiilor)
Procesul de optimizare a filtrarii rapide a apei ia in considerate principiul un filtru va functiona optim cand va produce cea mai mare cantitate de apa intre doua spalari succesive aceasta se va realiza cand timpul in care se atinge pierderea de sarcina limita este egal cu timpul in care se calitatea apei filtrate se inrautateste la limita maxim acceptabila (Ti = T2) sau penetrarea impuritatilor in interiorul masei filtrante se va efectua cu aceeasi viteza cu care creste pierderea de sarcina Expresiile celor doua perioade au fost determinate de cercetatorii Richard si Croce-Spinelli
Tx = a bull σ - 0 9 5 bull k-075bull def-045bull h0
n95bull v -185 (316)
T l = b bull σ-075 k - 0 7 5 bull dlef
1 5 Δhr05 bull vF
-065 (317)
In care Ti - perioada in care turbiditatea apei filtrate atinge valoarea limita (1 NTU)
T2 - perioada in care se atinge pierderea de sarcina limita (15 - 18 m)
a b - coeficienti empirici (experimentali)
hn - grosime strat nisip
Δhr- viteza de crestere a pierderii de sarcina
INSPECTIA SANITARA SI MOMTORIZAREA CALITATII APEI
VF - viteza de filtrare
k - coeficient de coeziune al namolului
a - depozitul specific (volumul de suspensii raportat la volumul de material filtrant)
Se constata ca fiecare filtru poate conduce la un ciclu optim functie de calitatea nisipului grosimea stratului calitatea flocularii suspensiilor din apa influenta si viteza de filtrare
3103 Variatia pierderii de sarcina
Urmarirea pierderii de sarcina este importanta pentru ca poate pune in evidenta functionarea filtrului Operarea optima a unui filtru se realizeaza prin urmarirea in timp a variatiei pierderii de sarcina si turbiditatii Masurile pentru realizarea acestui optim sunt
53
bull reducerea vitezei - cele mai performante filtre lucreaza cu viteze de filtrare variabile astfel incat colmatarea stratului sa se realizeze fara socuri
bull adaugarea unui polimer (doze 01 - 02 mgl) in influent pentru a mari rezistenta particulelor floculate
bull imbunatatirea calitatii nisipului
Presiune (m col H20)
Figura 329 Estimarea pierderii de sarcina Tn
stratul filtrant
3104 Spalarea filtrelor
Se realizeaza in contra curent de apa si aer comprimat Elementele tehnice care intervin esential in obtinerea performantelor spalarii sunt
bull calitate drenaj - din punct de vedere al uniformitatii debitelor de apa si aer
bull colectarea uniforma a apei de la spalare
bull metoda de spalare care sa asigure eliminarea totala a suspensiilor retinute in strat cu resurse minime
bull drenaj de mare rezistenta hidraulica (cu placi cu crepine)
Se bazeaza pe principiul introducerii unei rezistente hidraulice de 15 - 20 cm coloana de apa (reducerea brusca de sectiune la intrarea apei in tija crepinei) care asigura uniformizarea intensitatilor de spalare pe suprafata cuvei (abateri de plusmn 3-5) In figura 330 se prezinta schema drenajului cu placi cu crepine
Se pun conditii severe din punct de vedere constructiv pentru realizarea drenajului
bull asigurarea etansarii perfecte
bull asigurarea cotei exacte si unice pentru pozitia orificiilor de aer
bull rezistenta cosurilor crepinelor
bull asigurarea formarii unui nivel de separatie apa - aer uniform si constant pe toata suprafata cuvei
Cele mai performante filtre din punct de vedere al spalarii sunt filtrele cu baleiaj la spalare (figura 331)
INSPECTIA SANITARA SI MOMTORIZAREA CALITATII APEI
55
55
in perioada de spalare a filtrului nivelul in cuva se afla la cota NS jgheaburile J nu mai deverseaza si prin orificiile de la baza jgheaburilor se creeaza un curent de baleiaj (1-2 dm3sm2) cu apa decantata care impinge suspensiile spre jgheabul de colectare Se reduc astfel timpii de spalare (cu 50) si intensitatile si volumele de apa de spalare
Prin curgerea ascendenta a aerului masa de nisip vibreaza si peliculele de namol se desprind de granule Curentul ascendent de apa le antreneaza Spalarea numai cu aer induce vibrarea masei de nisip si depunerea namolului in zona inferioara a stratului De aceea este contraindicata spalarea numai cu aer in faza 1
In general echipamentele pentru asigurarea debitelor apa de spalare se adopta un utilaj (pompa) in faza 1 si inca o pompa de acelasi tip pentru faza a Il-a
3105 Asigurarea repartitiei uniforme a influentului
Pentru asigurarea repartitiei uniforme a apei decantate se utilizeaza diverse sisteme Cel mai performant este sistemul cu deversori neinecati conform cu schema din figura 332
3106 Sistemele hidraulice
Sistemele hidraulice asigura deservirea statiei de filtre atat in procesul de filtrare cat si in procesul de spalare Acestea se vor dimensiona conform vitezelor economice prezentate in tabelul urmator
3107 Reglajului debitului si nivelului de apa in cuva
Pentru filtrele care functioneaza cu nivel constant si debit variabil este foarte important ca nivelul apei in filtru se fie mentinut pseudo-constant Aceasta se asigura cu diverse sisteme de plutitori (regulator de nivel amonte) care comanda vana de pe conducta de apa filtrata sau cu sisteme electronice si hidraulice conform figurii 333
Figura 333 Sistem de reglare electronic al nivelului apei Tn filtru
Legends 1 Strat filtrant 2 Vana apa filtrata 3 Parghie comanda vana 4 Electrovana de comanda 5 Regulator electronic 6 Senzor de presiune pentru nivel filtru 7 Senzor de presiune sub planseu 8 Potentiometru 9 Indicator de
colmatare 10 Alimentare cu fluid de comanda
313 Afin area apei
Procesul de afmare a apei este constituit din combinatia intre procesul de post-oxidare cu ozon a apei filtrate urmat de adsorbtie pe carbune activ granular
3131 Post-oxidarea cu ozon
Ozonul (O3) se obtine din aer sau oxigen supus la descarcari electrice printr-un dielectric In figura 334 se prezinta un element dintr-un ozonor
figura 334 Element tubular de ozonor
1 - Intrare gaz vector (aeroxigen) 2 3 - Electrozi 4 - Dielectric 5 - Spatiu de descarcare electrica 6 - Gaz vector +
ozon 7 - Apa racire
Diferentele de potential la care se lucreaza sunt cuprinse intre 6000 - 18000 V functie de natura si grosimea dielectricului marimea spatiului de descarcare si presiunea absoluta de functionare
Concentratiile de ozon in gazul vector obisnuite sunt
bull 10-40gm - in cazul utilizarii aerului
bull 10-140 gm3 - in cazul utilizarii oxigenului
Pentru a realiza concentratii optime si stabilitatea procesului se cere punct de roua -60degC -80degC
Energia specifics pentru productia de ozon
bull 13-18 kWhkg O3 - produs din aer
bull 8-10 kWhkg O3 - produs din oxigen
Actiunea O3 asupra apelor de consum se poate sintetiza
bull imbunatatirea calitatilor organoleptice (gust miros culoare)
bull activitate bactericide si virulicida
bull oxidarea materiilor organice
bull oxidare micro-poluanti
bull imbunatatirea biodegradabilitatii in amonte de CAG
3132 Adsorbtie pe carbune activ granular (CAG)
Carbunele activ se poate obtine din carbuni minieri sau din coaja de nuca de cocos Majoritatea carbunilor minieri pot fi convertiti in carbune activ insa proprietatile carbunelui activ depind esential de calitatea initiala a carbunilor in special in ceea ce priveste duritatea acestora in acest sens se utilizeaza adesea coaja nucilor de cocos pentru fabricarea carbunelui activ
Exista o multitudine de procese de fabricare a carbunelui activ insa eel mai dezvoltat este piroliza urmata de activarea cu gaze de oxidare Piroliza (carbonizarea) presupune incalzirea materialului la temperaturi intre 600 si 900 degC in absenta aerului Pentru obtinerea unei porozitati ridicate se pot utiliza adaosuri de cloruri metalice (de exemplu ZnCl) Piroliza poate reprezenta unicul pas de activare in cazul in care se doreste obtinerea unui material cu 0 porozitate ridicata
A doua etapa este cea de oxidare care se realizeaza de obicei cu abur sau uneori cu aer Temperaturile sunt uzuale in gama de 600 - 900 degC Pe parcursul acestei etape se realizeaza 0 erodare a suprafetei interne a carbunelui si dezvoltarea unei retele extensive de micropori care cresc capacitatea de adsorbtie
58
Printre proprietatile principale ale carbunelui activ se enumera continutul de cenusa umiditatea densitatea marimea particulelor duritatea volumul si distributia dupa marime a porilor suprafata interna
31321 Continutul in cenusa
Continutul in cenusa este reprezentat de reziduul obtinut prin calcinarea la temperatura de 954 degC timp de 3 ore in aer Uzual continutul de cenusa variaza intre 3 si 10 Pentru reducerea cantitatii de cenusa se poate utiliza spalarea cu acid
31322 Umiditatea
Umiditatea se determina prin uscarea in cuptor timp de 3 ore a unei cantitati de 5 sau 10 g de carbune activ la temperatura 150 degC Se determina greutatea inainte si dupa uscare si racire in exicator Umiditatea in vrac a carbunelui activ este recomandabil sa fie limitata la maxim 5
31323 Densitatea
Sunt mai multe tipuri de densitati printre care se mentioneaza densitatea in vrac densitatea aparenta densitatea particulei si densitatea reala Densitatea in vrac sau densitatea aparenta reprezinta greutatea carbunelui activ uscat raportata la volumul pe care acesta il ocupa Aceasta se determina prin umplerea unui cilindru cu volumul de 100 ml cu carbune prin cadere libera dintr-o masina vibratoare si cantarirea volumului respectiv Valorile uzuale sunt in gama 05 - 06 gml pentru carbune activ fabricat din carbune minier respectiv 024 - 030 mg1 pentru carbune activ fabricat din lemn
Densitatea particulei reprezinta densitatea unei particule singulare Volumul pe care se bazeaza include volumul porilor precum si volumul materialului Densitatea particulei se determina in mod uzual cu mercur la presiunea atmosferica (mercurul umple spatiile goale din particula de carbune activ dar nu umple porii) Valorile uzuale sunt in gama 074 - 080 gml
Densitatea reala sau densitatea scheletului este cea determinate numai pe materialul (carbunele) propriu-zis Pentru determinarea acesteia se utilizeaza uzual o metoda de inlocuire cu heliu (heliul intra practic in toti porii materialului) Valorile uzuale sunt in gama 21 - 22 gml
31324 Marimea particulelor
Aceasta se determina prin cernerea a 100 sau 200 g de carbune printr-un sistem de site mecanice timp de 10 minute dupa care se cantaresc retinerile pe fiecare sita in parte Carbunele activ pudra se incadreaza de obicei in domeniul 005 mm - 15 mm
31325 Friabilitatea
Capacitatea carbunelui activ de a rezista la abraziune este unul dintre parametrii cei mai importanti Procedura de determinare a friabilitatii carbunelui activ presupune determinarea granulozitatii acestora inainte si dupa testul propriu-zis care consta in concasarea succesiva a carbunelui intr-un recipient alaturi de bile de otel inoxidabil Valorile uzuale ale indicelui de friabilitate sunt 65 - 80 (practic 70 - 75) ceea ce atesta faptul ca materialul este foarte usor friabil si este necesar atentie la procedura de spalare
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATIIAPEI 59
31326 Volumul si distributia dupa marime a porilor
Volumul porilor reprezinta volumul total al porilor din particula de carbune activ granular raportat la greutate Valorile uzuale sunt de ordinul 08 - 12 mlg pentru carbune activ fabricat din carbuni minieri respectiv 22-25 mlg pentru carbune activ fabricat din lemn Volumul total al porilor poate fi determinat printr-un test de adsorbtie cu azot desfasurate astfel incat azotul condensat sa intre in totalitate in porii carbunelui
Carbunele activ confine o structura complexa de pori de forme si marimi diferite Porii au de obicei o geometrie neregulata si sunt interconectati Dimensiunile porilor sunt uzual intre 10 A si 100000 A (001 cm) Distributia dupa marime a porilor depinde de tipul de material utilizat si de metoda si de durata procesului de activare
31327 Suprafata internaSuprafata interna a materialelor poroase in general se determinS cu ecuatia BET stabilita de
Brunauer Emmett si Teller Ecuatia descrie formarea de strate multiple de gaz condensat care apar atunci cand un gaz adsorbabil (de exemplu azotul) este in contact cu materialul poros Intr-un astfel de test se utilizeaza azot la temperatura de fierbere si presiunea atmosferica (-196 degC sau 77 K)
Ecuatia BET (expresia 318) a fost derivata presupunand urmatoarelebull rata de condensare a moleculelor din primul strat este egala cu rata de evaporare a
moleculelor din zonele acoperite cu un singur strat de moleculebull caldura de adsorbtie peste primul strat este constants si egala cu caldura de lichefiere
qqm=b(PPS)(1-PPs)(1-PPS+bPPS) ( 3 1 8 )
In care Ps - presiunea de vaporizare la saturatie la temperatura utilizata in test uzual 1 atm
q - cantitatea de substanta adsorbita la presiunea P
qm - cantitatea de substanta adsorbita numai cand se constata acoperirea totala a suprafetei cu un strat monomolecular
b - constanta determinata experimental
In figura 336 se prezinta o relatie tipica intre marimea porilor si suprafata totala Suprafata cumulativa este data de insumarea suprafetelor tuturor porilor cu un diametru dat sau mai mare Se remarca faptul ca marea majoritate a suprafetei este atribuita porilor de mici dimensiuni
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI60
3133 Teste uzuale de adsorbtie
In practica se utilizeaza o serie intreaga de teste pentru a determina capacitatea de adsorbtie pentru diferite tipuri de carbune activ Printre acestea se mentioneaza
- Indicele Iod reprezinta cantitatea de iod in miligrame pe gram adsorbit de un carbune activ la echilibru cu o solutie I2-KI cu concentratia 002 N indicele iod indica suprafata totala a porilor cu diametru de 10 A sau mai mare valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 800 - 1000 mgg
Indicele Melasa reprezinta un indicator al puterii de decolorare a carbunelui activ granular in contact cu 0 solutie de melasa la fierbere indicele melasa este in stricta legatura cu suprafata totala a porilor cu diametrul mai mare de 28 A valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 200 - 300
- Indicele Albastru de Metilen reprezinta cantitatea de albastru de metilen adsorbita de 1 g de carbune activ la echilibru in contact cu o solutie cu concentratia 1 mg1 de albastru de metilen Albastrul de metilen are greutatea moleculara 320 si indica suprafata totala a porilor cu diametrul de 15 A
- Activitatea tetraclorurii de carbon tetraclorura de carbon CC14 este un compus molecular mic si poate intra in toti porii In acest test un curent de aer este saturat cu CCI4 la 0 degC si este trecut printr-un strat de carbune activ mentinut la 25 degC pana cand nu se mai detecteaza nici o schimbare in greutate Activitatea este greutatea CCI4 adsorbita pe unitatea de greutate de carbune activ exprimata procentual Valorile uzuale ale acestui indicator sunt in gama 60 -80
- Indicele butan este similar activitatii tetraclorurii de carbon valoarea acestuia este exprimata grame de butan adsorbite pe 100 ml carbune activ valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 7 - 8 g 100 ml carbune activ
- Indicele FINAD stabilit de cercetatorul C Gomella si reprezinta un produs al mai multor indici F - fenol I - iod N - indol A - antipirina D - detergent
316 Deferizarea si demanganizarea apei
Fierul (Fe) si manganul (Mn) sunt elemente care se gasesc frecvent in mediul subteran si in apa apar in concentratii pana la 10 mg1 (Fe) si 2 mg1 (Mn) Prezenta fierului si manganului in apele potabile pot genera urmatoarele probleme
bull produce gust metalic dezagreabil
bull coloreaza tesaturile si echipamentele sanitare
bull formeaza precipitate in conducte care favorizeaza dezvoltarea bacteriilor feruginoase (Chrenothrix) acestea modifica regimul hidraulic calitatea apei distribute si favorizeaza fenomenele de coroziune
3161 Echilibrul fierului si manganului in apa
Fierul si manganul sunt prezente dizolvate in solutiile apoase sub forma Fe2+si Mn2+ Concentratia in oxigen a apelor subterane care contin Fe si Mn este nula Din namolurile situate in
2+ ~
zona anaeroba din hipolimnion se elibereaza ioni de Fe2+ si Mnz+ in apele lacurilor In numeroase ape naturale se remarca prezenta Fe3+ asociata cu substantele humice Stabilitatea fierului si manganului in apa depinde de numeroase variabile
bull pH-ul apei
bull concentratia diferitelor elemente chimice
bull potentialul de oxido-reducere (Eh) al solutiei
In figura 341 se prezinta diagrama de stabilitate a formelor fierului in solutie in aceasta diagrama o curba (linie) reprezinta locul geometric pentru care concentratia celor doua substante este aceeasi De exemplu linia 1 reprezinta solutia pentru care O2 si H2O au aceeasi valoare Aria cuprinsa intre curbele 1 si 2 reprezinta aria de stabilitate a compusilor de Fe Chimia manganului este asemanatoare cu cea a Fe Astfel la pH si Eh reduse Fe si Mn sunt stabile in forme bivalente
In Elvetia sunt intalnite in principal scheme complexe de tratare avand la baza procese biologice (figura 36) Treptele de tratare clasice (pre-oxidare cu ozon coagulare-floculare filtrare rapida) sunt urmate de corectia pH-ului si postozonare in fmalul filierei de tratare se prevad reactoare biologice inseriate (filtre CAG activate biologic urmate de filtre lente) Se urmareste in principal reducerea indicatorilor biologici si bacteriologici prin reducerea concentratiilor de carbon organic asimilabil (AOC lt 10 ug Cdm ) Se remarca absenta dezinfectarii finale Se obtine o apa biostabila introducerea acesteia intr-o retea de distributie nu necesita prezenta unui dezinfectant rezidual Se asigura in acest mod o siguranta ridicata la consumator in ceea ce priveste potentialul de formare al trihalometanilor
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 3
33 Procese de oxidare
Procesele de oxidare pot fi intalnite in toate statiile de tratare in doua sectiuni caracteristice ale schemei
bull pre-oxidare in capatul amonte al filierei pentru oxidarea substantei organice plancton inactivare microorganisme obiectul principal este asigurarea functionarii optime a proceselor de tratare si evitarea contaminarii acesteia
bull post-oxidarea amplasat dupa procesele de tratare conventionale (decantare si filtrare rapida pe strat de nisip) urmareste oxidarea totala a micro poluantilor reducerea materiilor organice naturale si inactivarea totala in ape limpezi a compusilor biologici si bacteriologici
331 Pre-oxidare
In mod obisnuit se utilizeaza urmatorii agenti oxidanti clor ozon dioxid de clor 3311 Clorul(Ch)
Clorul se utilizeaza in mod uzual cu doze cuprinse in domeniul 1 - 3 mgl cu timp de contact minim Tc=30 minute in anumite situatii (inflorire algala sau poluare accidentala) dozele pot fi mai mari dar se urmareste evitarea formarii sub-produsilor organo-clorurati (de exemplu trihalometani THM) prin efectuarea de incercari pe apa sursei pentru a se stabili potentialul de formare
Clorul este adoptat frecvent datorita costurilor reduse implicate Reactia clorului trebuie urmarita cu atentie luand in consideratie agentii reducatori (H2S Mn2+ Fe3+) si materiile organice naturale in diagrama din figura 37 se poate urmari procesul de reactie al clorului in apa (clorare la breakpoint) Punctul critic se atinge daca raportul masic intre clor si amoniac variaza intre 81 -101 (teoretic 761)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 40
3312 Ozonul(03)
Ozonul este un gaz violet instabil care degaja un miros iritant caracteristic
Se produce prin descarcari electrice la diferente de potential ridicate intre doi electrozi intre care curge aer sau oxigen pur Eficienta productiei depinde de diferenta de potential frecventa caracteristicile materialului dielectric si spatiul care separa dielectricele Progresele tehnologice din ultimii 20-30 ani au condus la reducerea consumului de energie la 10 - 12 kWh 1 kg O3
Dozele uzuale de ozon sunt in gama 1 - 3 mgCVdm3 iar timpul de contact uzual este Tc=10 minute Se tinde spre adoptarea solutiei cu doua reactoare in serie ca in figura 38 Adancimea apei in reactoare poate atinge 6-75 m
Conceptual reactoarele de ozon functioneaza pe baza interceptarii curentului de apa descendent de catre voalul de bule mici de ozon in miscare ascendents
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
0
4
3313 Dioxidul de clor (CIO2)
Se poate obtine din clorit de sodiu si clor conform reactiei
2NaC102 + Cl2rarr2C102 + 2NaCl (31)
Stoechiometric 1 g dioxid de clor se obtine din 134 g clorita de sodiu si 05 g de clor
Este instabil si exploziv la temperaturi T gt (-40degC) Se produce imediat inainte de injectia in apa La 20degC si presiune partiala de 53 kPa solubilitatea este 4 gdm3
Avantajele utilizarii CIO2 sunt
bull nu formeaza sub-produsi de tip trihalometani (THM)
bull are putere oxidanta mai buna oxideaza fenoli si este foarte eficace la pH peste 85
Dozele utilizate frecvent 01 - 05 mgl timpul de contact fiind Tc = 10 min Se mentioneaza ca pentru doze mai mare de 05 mgl exista riscul formarii de sub-produsi de tip clorati
Reactoarele de pre-oxidare utilizeaza agitatoare mecanice (rezistente la coroziune) care asigura amestecul mecanic cu randamente ridicate intre apa de tratat si solutia de CIO2
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 4
332 Post-oxidare
In filierele de tratare se dezvolta din ce in ce mai mult conceptul de post-oxidare cu ozon pe apa limpezita dupa filtrele rapide de nisip pentru ca eficienta transferului creste se reduc dozele de ozon si oxidarea micro-poluantilor devine mai eficienta
incadrarea procesului de post-oxidare in schema statiei de tratare se realizeaza totdeauna ca infigura 310 n
Dozele de 03 in post-oxidare nu depasesc 2 mgl Principiile reactoarelor de ozon sunt identice cu cele utilizate in pre-oxidare
Post-oxidarea cu ozon combinata cu adsorbtia pe CAG este procesul (denumit afinare) capabil sa asigure
- eliminare totala compusi biologici microbiologici si micropoluanti
- reducere materiilor organice naturale astfel incat TOC lt 25 g Cl
- eliminare pesticide
333 Alegerea oxidantului
Alegerea oxidantului se bazeaza pe analiza calitatii apei caracterizarea marimii poluarii care poate apare (continut materii organice naturale carbon organic total numar de microorganisme perioade duraf deg ce aparitie)
Alegerea agentului oxidant are la baza costuri si implicatii in filiera tehnologica
Tabelul 35 Caracteristici principale Tn alegerea oxidantilor Nr crt
Oxidant Avantaje Dezavantaje
1 Clor-Cl2 - costuri reduse- cunoastere operare- este remanent (rezidual) in reteaua de
distributie
formeaza THM - necesita timpi de contact mari
2 Dioxid de clor - C102 - capacitate de oxidare mai ridicata in raport cu Cl2
- nu formeaza THM- este remanent (rezidual) in reteaua de
distributie
- necesita preparare si dozare instantanee- la doze prea mari poate forma cloraticosturi mai mari in raport cu Cl2
3 Ozon - 03 - cea mai mare capacitate de oxidare- nu formeaza THM
- necesita preparare si dozare instantaneeconsumuri energetice mari- poate forma subprodusi de tip bromaji sau
aldehide- nu este remanent (rezidual) in reteaua de
distributie
4
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 4
Figura 311 Fortele
ce actioneaza asupra
particulelor aflate Tn
apa
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
3511 Deznisipatoare
Sunt destinate sa retina particulele de tip nisip pentru protectia utilajelor din schema statiei de tratare Schema unui deznisipator orizontal este data in figura 313
Figura 313 Deznisipator orizontal longitudinal
1 Gratar 2 Bare de linistire 3 Nisa pentru reparatii Tn caz de avarie 4 Stavilar de intrare 5 Vane de golire 6 Stavilarde iesire 7 Galerie de golire
In zona de intrare a apei in deznisipator se monteaza un gratar rar pentru impiedicarea accesului corpurilor mari in interiorul bazinului Pentru linistirea curentului se monteaza bare verticale de linistire Peretii laterali ai deznisipatorului se executa cu evazare catre exterior pentru a permite preluarea impingerilor survenite din podul de gheata care se formeaza pe timp de iarna la suprafata bazinului Panta radierului bazinului trebuie sa permita evacuarea depunerilor in zona din aval a bazinului Evacuarea depunerilor se poate realiza cu mai multe sisteme
bull prin hidro-mecanizare cu scoaterea din functiune a unui compartiment
bull prin golirea totala a compartimentului (numai pentru debite foarte reduse)
bull cu electro-pompe speciale purtate de o grinda rulanta
3512 Decantoare statice
Sunt destinate surselor cu variatii mari de turbiditate la care 50 - 60 din suspensii sunt de natura minerala (gravimetrice) in figura 314 se prezinta schema unui decantor orizontal longitudinal Elementele principale ale bazinului sunt
bull zona de intrare in care se gaseste un perete de linistire a curentului in partea superioara respectiv canalul de evacuare a depunerilor in partea inferioara
bull decantorul propriu-zis cu radier cu panta catre basa de evacuare a namolului amplasata in zona incipienta a bazinului
bull zona de evacuare a apei decantate care este bordata de un gratar cu rolul impiedicarii accesului plutitorilor
Curatirea decantoarelor orizontale se realizeaza
bull Intermitent prin golire si evacuare depuneri hidraulic sau mecanic
bull Continuu cu ajutorul podurilor racloare care strang depunerile in base special amenajate
Dificultatile in operarea decantoarelor statice se pot sintetiza
bull sunt influentate de factori atmosferici vant gheata insorire
bull miscarea este turbulenta ca structura si particule fine pot fi repuse in stare de suspensie
bull echilibrarea fluxului hidraulic se realizeaza cu dificultate
bull eficienta retinerii nu depaseste 10-15 NTU la apa decantata
37 Filtrarea apei - generalitati
Filtrarea este procesul de limpezire finala a apei (stadiul II) la curgerea printr-un mediu poros de obicei format din nisip cuartos Procesul simuleaza infiltratia apelor superficiale in mediile poroase din subsolul pamantului Procesul este cunoscut si aplicat de mult timp (primul brevet s-a emis in 1830)
Schema generala (figura 323) indica filtrul ca fiind format dintr-un bazin (cuva) in care apa curge in sens descendent traverseaza mediul poros sustinut de un drenaj si ajunge intr-un rezervor de apa filtrata amplasat sub drenaj Sistemul este dotat cu toate instalatiile de introducere -prelevare apa preaplin si golire
Parametrii fundamentali ai procesului de filtrare sunt
bull viteza de filtrare definita (ca viteza aparenta) cu relatia urmatoare
vF = Q A [ m h ] [mzi] (313)
In care
Q - debitul de apa filtrata
A - suprafata orizontala a stratului filtrant in
functie de viteza de filtrare se pot clasifica in
o filtre lente (biologice) - VF = 01 - 025 [mh]
o filtre rapide - vF = 4 - 10 [mh|
o filtre ultra-rapide
bull mediul filtrant - in general nisip cuartos care sa realizeze prin uniformitatea granulelor un volum de goluri in care sa se acumuleze suspensia retinuta din apa caracteristicile sunt diferite pe tipuri de filtre
bull pierderea de sarcina (hr) exprimata ca diferenta intre nivelul apei in cuva filtrului si nivelul apei in rezervorul de apa filtrata este data de colmatarea stratului si este variabila in timp
49
38 Filtre lente
Se bazeaza pe formarea unei membrane biologice constituita din colonii de bacterii aerobe -amplasata la suprafata stratului de nisip (pe primii 2-3 cm) Elementul fundamental este dezvoltarea membranei (in 1 - 3 zile) functie de caracteristicile apei Dupa o perioada (30 - 50 zile) membrana se colmateaza si incepe sa se rupa degradand calitatea apei Aceasta se razuieste (se curata) manual sau mecanic si procesul este reluat In figura 52 se indica schema unui filtru lent
Dispoizitiv de curatat_____________________________membrana biologtca
Figura 325 indica tipurile de organisme care pot fi intalnite pe o adancime de 30 cm in nisipul filtrului lent
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
Nisipul din filtrul lent trebuie sa aiba urmatorii parametri
bull granulozitatea in domeniul dg = 035 - 050 mm
bull coeficientul de neuniformitate ult 15
(314)
In care d6o - diametral ochiurilor sitei prin care trece 60 din materialul cernut
d1o - diametral ochiurilor sitei prin care trece 10 din materialul cernut
01
50
bull inaltimea stratului de nisip H=90-100 cm cand grosimea stratului de nisip ajunge dupa curatiri succesive la 70 - 80 cm este necesara completarea la inaltimea initiala
Solutia filtrelor lente se prevede la debite relativ mici (max 10000 m zi) si surse de apa in general curate (lipsite de alge culoare poluanti toxici) Se pot obtine rezultate performante la ape necoagulate Operarea sistemelor de filtre lente este simpla Procesul de filtrare lenta este asimilat cu procese fizice si biologice Acestea din urma necesita o atentie si urmarire continua in etapele de operare a filtrelor in special referitor la starea coloniilor de bacterii aerobe din membrana biologica
310Filtre rapide
In figura 326 se prezinta schema unui filtru rapid Acesta este constituit din urmatoarele elemente componente
bull sistem admisie apa in cuva - are rolul echirepartitiei debitului catre cuvele de filtre
bull stratul filtrant peste care exista un strat de apa
bull drenaj cu rolul de a sustine stratul filtrant si de a transforma bulele mari in bule fine in procesul de spalare inversa
bull sistem de mentinere a nivelului apei in filtru (pentru filtrele cu functionare in sistem nivel constant si debit variabil)
bull statie de pompare apa de la spalare filtre si statie de suflante
bull instalatii hidraulice grupate in galeria tehnologica cu rolul de a asigura toate utilitatile necesare functionarii corecte a procesului (conducte si vane apa filtrata apa spalare aer spalare preaplin golire etc)
bull rezervor de apa filtrata amplasat de obicei sub toata statia sau in anumite cazuri numai sub galeria tehnologica
Procesul consta in doua etape
bull filtrarea apei parcurgand in sens descendent stratul de nisip si drenajul
bull spalarea filtrului in sens ascendent in doua faze distincte
o faza 1 (durata Ti=5-10 min)
o faza 2 - limpezire (durata Ti=10-15 min)
51
in ultimii 30-40 de ani in lume a existat o preocupare constants pentru perfectionarea procesului in sensul obtinerii performantei in calitatea apei filtrate (turbiditatea sa se incadreze in domeniulOl - 10 NTU)
Mecanismele de retinere in filtrele rapide se pot sintetiza ca in schema urmatoare
3101 Mediul filtrant
Calitatile materialului filtrant sunt urmatoarele
bull domeniul de granulozitate dg = 085 - 2 mm
bull coeficientul de neuniformitate u=d6odio lt 15
bull fractiunile inferioare diametrului 085 mm si superioare dmax 2 mm inferioare procentual la 10 in greutate
bull diametrul efectiv def = dio = 09-1 mm
bull sa realizeze un numar de goluri (porozitate) mare (pgt40)
bull forma granulelor apropiata de sfera pentru obtinerea unui grad de acoperire ridicat
bull continut de roci cuartoase recomandabil peste 95
bull sa aiba duritate (gt 7 in scara Mohs) pentru a nu se sfarama la spalare
Calitatea materialului filtrant influenteaza viteza de filtrare O serie de studii au indicat domeniul optim de granulozitate al nisipului de filtru conform figurii 328
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 52
3102 Calitatea influentului fn corelatie cu materialul filtrant
Pentru realizarea unei retineri eficiente a suspensiilor se impune ca in influentul filtrelor acestea sa fie floculate Aceasta se caracterizeaza prin coeficientul de coeziune al suspensiilor floculate (namol retinut) aceasta caracterizeaza capacitatea de rezistenta la forfecare si depinde de doza de floculant si natura (minerala sau organica a suspensiilor)
Procesul de optimizare a filtrarii rapide a apei ia in considerate principiul un filtru va functiona optim cand va produce cea mai mare cantitate de apa intre doua spalari succesive aceasta se va realiza cand timpul in care se atinge pierderea de sarcina limita este egal cu timpul in care se calitatea apei filtrate se inrautateste la limita maxim acceptabila (Ti = T2) sau penetrarea impuritatilor in interiorul masei filtrante se va efectua cu aceeasi viteza cu care creste pierderea de sarcina Expresiile celor doua perioade au fost determinate de cercetatorii Richard si Croce-Spinelli
Tx = a bull σ - 0 9 5 bull k-075bull def-045bull h0
n95bull v -185 (316)
T l = b bull σ-075 k - 0 7 5 bull dlef
1 5 Δhr05 bull vF
-065 (317)
In care Ti - perioada in care turbiditatea apei filtrate atinge valoarea limita (1 NTU)
T2 - perioada in care se atinge pierderea de sarcina limita (15 - 18 m)
a b - coeficienti empirici (experimentali)
hn - grosime strat nisip
Δhr- viteza de crestere a pierderii de sarcina
INSPECTIA SANITARA SI MOMTORIZAREA CALITATII APEI
VF - viteza de filtrare
k - coeficient de coeziune al namolului
a - depozitul specific (volumul de suspensii raportat la volumul de material filtrant)
Se constata ca fiecare filtru poate conduce la un ciclu optim functie de calitatea nisipului grosimea stratului calitatea flocularii suspensiilor din apa influenta si viteza de filtrare
3103 Variatia pierderii de sarcina
Urmarirea pierderii de sarcina este importanta pentru ca poate pune in evidenta functionarea filtrului Operarea optima a unui filtru se realizeaza prin urmarirea in timp a variatiei pierderii de sarcina si turbiditatii Masurile pentru realizarea acestui optim sunt
53
bull reducerea vitezei - cele mai performante filtre lucreaza cu viteze de filtrare variabile astfel incat colmatarea stratului sa se realizeze fara socuri
bull adaugarea unui polimer (doze 01 - 02 mgl) in influent pentru a mari rezistenta particulelor floculate
bull imbunatatirea calitatii nisipului
Presiune (m col H20)
Figura 329 Estimarea pierderii de sarcina Tn
stratul filtrant
3104 Spalarea filtrelor
Se realizeaza in contra curent de apa si aer comprimat Elementele tehnice care intervin esential in obtinerea performantelor spalarii sunt
bull calitate drenaj - din punct de vedere al uniformitatii debitelor de apa si aer
bull colectarea uniforma a apei de la spalare
bull metoda de spalare care sa asigure eliminarea totala a suspensiilor retinute in strat cu resurse minime
bull drenaj de mare rezistenta hidraulica (cu placi cu crepine)
Se bazeaza pe principiul introducerii unei rezistente hidraulice de 15 - 20 cm coloana de apa (reducerea brusca de sectiune la intrarea apei in tija crepinei) care asigura uniformizarea intensitatilor de spalare pe suprafata cuvei (abateri de plusmn 3-5) In figura 330 se prezinta schema drenajului cu placi cu crepine
Se pun conditii severe din punct de vedere constructiv pentru realizarea drenajului
bull asigurarea etansarii perfecte
bull asigurarea cotei exacte si unice pentru pozitia orificiilor de aer
bull rezistenta cosurilor crepinelor
bull asigurarea formarii unui nivel de separatie apa - aer uniform si constant pe toata suprafata cuvei
Cele mai performante filtre din punct de vedere al spalarii sunt filtrele cu baleiaj la spalare (figura 331)
INSPECTIA SANITARA SI MOMTORIZAREA CALITATII APEI
55
55
in perioada de spalare a filtrului nivelul in cuva se afla la cota NS jgheaburile J nu mai deverseaza si prin orificiile de la baza jgheaburilor se creeaza un curent de baleiaj (1-2 dm3sm2) cu apa decantata care impinge suspensiile spre jgheabul de colectare Se reduc astfel timpii de spalare (cu 50) si intensitatile si volumele de apa de spalare
Prin curgerea ascendenta a aerului masa de nisip vibreaza si peliculele de namol se desprind de granule Curentul ascendent de apa le antreneaza Spalarea numai cu aer induce vibrarea masei de nisip si depunerea namolului in zona inferioara a stratului De aceea este contraindicata spalarea numai cu aer in faza 1
In general echipamentele pentru asigurarea debitelor apa de spalare se adopta un utilaj (pompa) in faza 1 si inca o pompa de acelasi tip pentru faza a Il-a
3105 Asigurarea repartitiei uniforme a influentului
Pentru asigurarea repartitiei uniforme a apei decantate se utilizeaza diverse sisteme Cel mai performant este sistemul cu deversori neinecati conform cu schema din figura 332
3106 Sistemele hidraulice
Sistemele hidraulice asigura deservirea statiei de filtre atat in procesul de filtrare cat si in procesul de spalare Acestea se vor dimensiona conform vitezelor economice prezentate in tabelul urmator
3107 Reglajului debitului si nivelului de apa in cuva
Pentru filtrele care functioneaza cu nivel constant si debit variabil este foarte important ca nivelul apei in filtru se fie mentinut pseudo-constant Aceasta se asigura cu diverse sisteme de plutitori (regulator de nivel amonte) care comanda vana de pe conducta de apa filtrata sau cu sisteme electronice si hidraulice conform figurii 333
Figura 333 Sistem de reglare electronic al nivelului apei Tn filtru
Legends 1 Strat filtrant 2 Vana apa filtrata 3 Parghie comanda vana 4 Electrovana de comanda 5 Regulator electronic 6 Senzor de presiune pentru nivel filtru 7 Senzor de presiune sub planseu 8 Potentiometru 9 Indicator de
colmatare 10 Alimentare cu fluid de comanda
313 Afin area apei
Procesul de afmare a apei este constituit din combinatia intre procesul de post-oxidare cu ozon a apei filtrate urmat de adsorbtie pe carbune activ granular
3131 Post-oxidarea cu ozon
Ozonul (O3) se obtine din aer sau oxigen supus la descarcari electrice printr-un dielectric In figura 334 se prezinta un element dintr-un ozonor
figura 334 Element tubular de ozonor
1 - Intrare gaz vector (aeroxigen) 2 3 - Electrozi 4 - Dielectric 5 - Spatiu de descarcare electrica 6 - Gaz vector +
ozon 7 - Apa racire
Diferentele de potential la care se lucreaza sunt cuprinse intre 6000 - 18000 V functie de natura si grosimea dielectricului marimea spatiului de descarcare si presiunea absoluta de functionare
Concentratiile de ozon in gazul vector obisnuite sunt
bull 10-40gm - in cazul utilizarii aerului
bull 10-140 gm3 - in cazul utilizarii oxigenului
Pentru a realiza concentratii optime si stabilitatea procesului se cere punct de roua -60degC -80degC
Energia specifics pentru productia de ozon
bull 13-18 kWhkg O3 - produs din aer
bull 8-10 kWhkg O3 - produs din oxigen
Actiunea O3 asupra apelor de consum se poate sintetiza
bull imbunatatirea calitatilor organoleptice (gust miros culoare)
bull activitate bactericide si virulicida
bull oxidarea materiilor organice
bull oxidare micro-poluanti
bull imbunatatirea biodegradabilitatii in amonte de CAG
3132 Adsorbtie pe carbune activ granular (CAG)
Carbunele activ se poate obtine din carbuni minieri sau din coaja de nuca de cocos Majoritatea carbunilor minieri pot fi convertiti in carbune activ insa proprietatile carbunelui activ depind esential de calitatea initiala a carbunilor in special in ceea ce priveste duritatea acestora in acest sens se utilizeaza adesea coaja nucilor de cocos pentru fabricarea carbunelui activ
Exista o multitudine de procese de fabricare a carbunelui activ insa eel mai dezvoltat este piroliza urmata de activarea cu gaze de oxidare Piroliza (carbonizarea) presupune incalzirea materialului la temperaturi intre 600 si 900 degC in absenta aerului Pentru obtinerea unei porozitati ridicate se pot utiliza adaosuri de cloruri metalice (de exemplu ZnCl) Piroliza poate reprezenta unicul pas de activare in cazul in care se doreste obtinerea unui material cu 0 porozitate ridicata
A doua etapa este cea de oxidare care se realizeaza de obicei cu abur sau uneori cu aer Temperaturile sunt uzuale in gama de 600 - 900 degC Pe parcursul acestei etape se realizeaza 0 erodare a suprafetei interne a carbunelui si dezvoltarea unei retele extensive de micropori care cresc capacitatea de adsorbtie
58
Printre proprietatile principale ale carbunelui activ se enumera continutul de cenusa umiditatea densitatea marimea particulelor duritatea volumul si distributia dupa marime a porilor suprafata interna
31321 Continutul in cenusa
Continutul in cenusa este reprezentat de reziduul obtinut prin calcinarea la temperatura de 954 degC timp de 3 ore in aer Uzual continutul de cenusa variaza intre 3 si 10 Pentru reducerea cantitatii de cenusa se poate utiliza spalarea cu acid
31322 Umiditatea
Umiditatea se determina prin uscarea in cuptor timp de 3 ore a unei cantitati de 5 sau 10 g de carbune activ la temperatura 150 degC Se determina greutatea inainte si dupa uscare si racire in exicator Umiditatea in vrac a carbunelui activ este recomandabil sa fie limitata la maxim 5
31323 Densitatea
Sunt mai multe tipuri de densitati printre care se mentioneaza densitatea in vrac densitatea aparenta densitatea particulei si densitatea reala Densitatea in vrac sau densitatea aparenta reprezinta greutatea carbunelui activ uscat raportata la volumul pe care acesta il ocupa Aceasta se determina prin umplerea unui cilindru cu volumul de 100 ml cu carbune prin cadere libera dintr-o masina vibratoare si cantarirea volumului respectiv Valorile uzuale sunt in gama 05 - 06 gml pentru carbune activ fabricat din carbune minier respectiv 024 - 030 mg1 pentru carbune activ fabricat din lemn
Densitatea particulei reprezinta densitatea unei particule singulare Volumul pe care se bazeaza include volumul porilor precum si volumul materialului Densitatea particulei se determina in mod uzual cu mercur la presiunea atmosferica (mercurul umple spatiile goale din particula de carbune activ dar nu umple porii) Valorile uzuale sunt in gama 074 - 080 gml
Densitatea reala sau densitatea scheletului este cea determinate numai pe materialul (carbunele) propriu-zis Pentru determinarea acesteia se utilizeaza uzual o metoda de inlocuire cu heliu (heliul intra practic in toti porii materialului) Valorile uzuale sunt in gama 21 - 22 gml
31324 Marimea particulelor
Aceasta se determina prin cernerea a 100 sau 200 g de carbune printr-un sistem de site mecanice timp de 10 minute dupa care se cantaresc retinerile pe fiecare sita in parte Carbunele activ pudra se incadreaza de obicei in domeniul 005 mm - 15 mm
31325 Friabilitatea
Capacitatea carbunelui activ de a rezista la abraziune este unul dintre parametrii cei mai importanti Procedura de determinare a friabilitatii carbunelui activ presupune determinarea granulozitatii acestora inainte si dupa testul propriu-zis care consta in concasarea succesiva a carbunelui intr-un recipient alaturi de bile de otel inoxidabil Valorile uzuale ale indicelui de friabilitate sunt 65 - 80 (practic 70 - 75) ceea ce atesta faptul ca materialul este foarte usor friabil si este necesar atentie la procedura de spalare
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATIIAPEI 59
31326 Volumul si distributia dupa marime a porilor
Volumul porilor reprezinta volumul total al porilor din particula de carbune activ granular raportat la greutate Valorile uzuale sunt de ordinul 08 - 12 mlg pentru carbune activ fabricat din carbuni minieri respectiv 22-25 mlg pentru carbune activ fabricat din lemn Volumul total al porilor poate fi determinat printr-un test de adsorbtie cu azot desfasurate astfel incat azotul condensat sa intre in totalitate in porii carbunelui
Carbunele activ confine o structura complexa de pori de forme si marimi diferite Porii au de obicei o geometrie neregulata si sunt interconectati Dimensiunile porilor sunt uzual intre 10 A si 100000 A (001 cm) Distributia dupa marime a porilor depinde de tipul de material utilizat si de metoda si de durata procesului de activare
31327 Suprafata internaSuprafata interna a materialelor poroase in general se determinS cu ecuatia BET stabilita de
Brunauer Emmett si Teller Ecuatia descrie formarea de strate multiple de gaz condensat care apar atunci cand un gaz adsorbabil (de exemplu azotul) este in contact cu materialul poros Intr-un astfel de test se utilizeaza azot la temperatura de fierbere si presiunea atmosferica (-196 degC sau 77 K)
Ecuatia BET (expresia 318) a fost derivata presupunand urmatoarelebull rata de condensare a moleculelor din primul strat este egala cu rata de evaporare a
moleculelor din zonele acoperite cu un singur strat de moleculebull caldura de adsorbtie peste primul strat este constants si egala cu caldura de lichefiere
qqm=b(PPS)(1-PPs)(1-PPS+bPPS) ( 3 1 8 )
In care Ps - presiunea de vaporizare la saturatie la temperatura utilizata in test uzual 1 atm
q - cantitatea de substanta adsorbita la presiunea P
qm - cantitatea de substanta adsorbita numai cand se constata acoperirea totala a suprafetei cu un strat monomolecular
b - constanta determinata experimental
In figura 336 se prezinta o relatie tipica intre marimea porilor si suprafata totala Suprafata cumulativa este data de insumarea suprafetelor tuturor porilor cu un diametru dat sau mai mare Se remarca faptul ca marea majoritate a suprafetei este atribuita porilor de mici dimensiuni
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI60
3133 Teste uzuale de adsorbtie
In practica se utilizeaza o serie intreaga de teste pentru a determina capacitatea de adsorbtie pentru diferite tipuri de carbune activ Printre acestea se mentioneaza
- Indicele Iod reprezinta cantitatea de iod in miligrame pe gram adsorbit de un carbune activ la echilibru cu o solutie I2-KI cu concentratia 002 N indicele iod indica suprafata totala a porilor cu diametru de 10 A sau mai mare valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 800 - 1000 mgg
Indicele Melasa reprezinta un indicator al puterii de decolorare a carbunelui activ granular in contact cu 0 solutie de melasa la fierbere indicele melasa este in stricta legatura cu suprafata totala a porilor cu diametrul mai mare de 28 A valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 200 - 300
- Indicele Albastru de Metilen reprezinta cantitatea de albastru de metilen adsorbita de 1 g de carbune activ la echilibru in contact cu o solutie cu concentratia 1 mg1 de albastru de metilen Albastrul de metilen are greutatea moleculara 320 si indica suprafata totala a porilor cu diametrul de 15 A
- Activitatea tetraclorurii de carbon tetraclorura de carbon CC14 este un compus molecular mic si poate intra in toti porii In acest test un curent de aer este saturat cu CCI4 la 0 degC si este trecut printr-un strat de carbune activ mentinut la 25 degC pana cand nu se mai detecteaza nici o schimbare in greutate Activitatea este greutatea CCI4 adsorbita pe unitatea de greutate de carbune activ exprimata procentual Valorile uzuale ale acestui indicator sunt in gama 60 -80
- Indicele butan este similar activitatii tetraclorurii de carbon valoarea acestuia este exprimata grame de butan adsorbite pe 100 ml carbune activ valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 7 - 8 g 100 ml carbune activ
- Indicele FINAD stabilit de cercetatorul C Gomella si reprezinta un produs al mai multor indici F - fenol I - iod N - indol A - antipirina D - detergent
316 Deferizarea si demanganizarea apei
Fierul (Fe) si manganul (Mn) sunt elemente care se gasesc frecvent in mediul subteran si in apa apar in concentratii pana la 10 mg1 (Fe) si 2 mg1 (Mn) Prezenta fierului si manganului in apele potabile pot genera urmatoarele probleme
bull produce gust metalic dezagreabil
bull coloreaza tesaturile si echipamentele sanitare
bull formeaza precipitate in conducte care favorizeaza dezvoltarea bacteriilor feruginoase (Chrenothrix) acestea modifica regimul hidraulic calitatea apei distribute si favorizeaza fenomenele de coroziune
3161 Echilibrul fierului si manganului in apa
Fierul si manganul sunt prezente dizolvate in solutiile apoase sub forma Fe2+si Mn2+ Concentratia in oxigen a apelor subterane care contin Fe si Mn este nula Din namolurile situate in
2+ ~
zona anaeroba din hipolimnion se elibereaza ioni de Fe2+ si Mnz+ in apele lacurilor In numeroase ape naturale se remarca prezenta Fe3+ asociata cu substantele humice Stabilitatea fierului si manganului in apa depinde de numeroase variabile
bull pH-ul apei
bull concentratia diferitelor elemente chimice
bull potentialul de oxido-reducere (Eh) al solutiei
In figura 341 se prezinta diagrama de stabilitate a formelor fierului in solutie in aceasta diagrama o curba (linie) reprezinta locul geometric pentru care concentratia celor doua substante este aceeasi De exemplu linia 1 reprezinta solutia pentru care O2 si H2O au aceeasi valoare Aria cuprinsa intre curbele 1 si 2 reprezinta aria de stabilitate a compusilor de Fe Chimia manganului este asemanatoare cu cea a Fe Astfel la pH si Eh reduse Fe si Mn sunt stabile in forme bivalente
33 Procese de oxidare
Procesele de oxidare pot fi intalnite in toate statiile de tratare in doua sectiuni caracteristice ale schemei
bull pre-oxidare in capatul amonte al filierei pentru oxidarea substantei organice plancton inactivare microorganisme obiectul principal este asigurarea functionarii optime a proceselor de tratare si evitarea contaminarii acesteia
bull post-oxidarea amplasat dupa procesele de tratare conventionale (decantare si filtrare rapida pe strat de nisip) urmareste oxidarea totala a micro poluantilor reducerea materiilor organice naturale si inactivarea totala in ape limpezi a compusilor biologici si bacteriologici
331 Pre-oxidare
In mod obisnuit se utilizeaza urmatorii agenti oxidanti clor ozon dioxid de clor 3311 Clorul(Ch)
Clorul se utilizeaza in mod uzual cu doze cuprinse in domeniul 1 - 3 mgl cu timp de contact minim Tc=30 minute in anumite situatii (inflorire algala sau poluare accidentala) dozele pot fi mai mari dar se urmareste evitarea formarii sub-produsilor organo-clorurati (de exemplu trihalometani THM) prin efectuarea de incercari pe apa sursei pentru a se stabili potentialul de formare
Clorul este adoptat frecvent datorita costurilor reduse implicate Reactia clorului trebuie urmarita cu atentie luand in consideratie agentii reducatori (H2S Mn2+ Fe3+) si materiile organice naturale in diagrama din figura 37 se poate urmari procesul de reactie al clorului in apa (clorare la breakpoint) Punctul critic se atinge daca raportul masic intre clor si amoniac variaza intre 81 -101 (teoretic 761)
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 40
3312 Ozonul(03)
Ozonul este un gaz violet instabil care degaja un miros iritant caracteristic
Se produce prin descarcari electrice la diferente de potential ridicate intre doi electrozi intre care curge aer sau oxigen pur Eficienta productiei depinde de diferenta de potential frecventa caracteristicile materialului dielectric si spatiul care separa dielectricele Progresele tehnologice din ultimii 20-30 ani au condus la reducerea consumului de energie la 10 - 12 kWh 1 kg O3
Dozele uzuale de ozon sunt in gama 1 - 3 mgCVdm3 iar timpul de contact uzual este Tc=10 minute Se tinde spre adoptarea solutiei cu doua reactoare in serie ca in figura 38 Adancimea apei in reactoare poate atinge 6-75 m
Conceptual reactoarele de ozon functioneaza pe baza interceptarii curentului de apa descendent de catre voalul de bule mici de ozon in miscare ascendents
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
0
4
3313 Dioxidul de clor (CIO2)
Se poate obtine din clorit de sodiu si clor conform reactiei
2NaC102 + Cl2rarr2C102 + 2NaCl (31)
Stoechiometric 1 g dioxid de clor se obtine din 134 g clorita de sodiu si 05 g de clor
Este instabil si exploziv la temperaturi T gt (-40degC) Se produce imediat inainte de injectia in apa La 20degC si presiune partiala de 53 kPa solubilitatea este 4 gdm3
Avantajele utilizarii CIO2 sunt
bull nu formeaza sub-produsi de tip trihalometani (THM)
bull are putere oxidanta mai buna oxideaza fenoli si este foarte eficace la pH peste 85
Dozele utilizate frecvent 01 - 05 mgl timpul de contact fiind Tc = 10 min Se mentioneaza ca pentru doze mai mare de 05 mgl exista riscul formarii de sub-produsi de tip clorati
Reactoarele de pre-oxidare utilizeaza agitatoare mecanice (rezistente la coroziune) care asigura amestecul mecanic cu randamente ridicate intre apa de tratat si solutia de CIO2
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 4
332 Post-oxidare
In filierele de tratare se dezvolta din ce in ce mai mult conceptul de post-oxidare cu ozon pe apa limpezita dupa filtrele rapide de nisip pentru ca eficienta transferului creste se reduc dozele de ozon si oxidarea micro-poluantilor devine mai eficienta
incadrarea procesului de post-oxidare in schema statiei de tratare se realizeaza totdeauna ca infigura 310 n
Dozele de 03 in post-oxidare nu depasesc 2 mgl Principiile reactoarelor de ozon sunt identice cu cele utilizate in pre-oxidare
Post-oxidarea cu ozon combinata cu adsorbtia pe CAG este procesul (denumit afinare) capabil sa asigure
- eliminare totala compusi biologici microbiologici si micropoluanti
- reducere materiilor organice naturale astfel incat TOC lt 25 g Cl
- eliminare pesticide
333 Alegerea oxidantului
Alegerea oxidantului se bazeaza pe analiza calitatii apei caracterizarea marimii poluarii care poate apare (continut materii organice naturale carbon organic total numar de microorganisme perioade duraf deg ce aparitie)
Alegerea agentului oxidant are la baza costuri si implicatii in filiera tehnologica
Tabelul 35 Caracteristici principale Tn alegerea oxidantilor Nr crt
Oxidant Avantaje Dezavantaje
1 Clor-Cl2 - costuri reduse- cunoastere operare- este remanent (rezidual) in reteaua de
distributie
formeaza THM - necesita timpi de contact mari
2 Dioxid de clor - C102 - capacitate de oxidare mai ridicata in raport cu Cl2
- nu formeaza THM- este remanent (rezidual) in reteaua de
distributie
- necesita preparare si dozare instantanee- la doze prea mari poate forma cloraticosturi mai mari in raport cu Cl2
3 Ozon - 03 - cea mai mare capacitate de oxidare- nu formeaza THM
- necesita preparare si dozare instantaneeconsumuri energetice mari- poate forma subprodusi de tip bromaji sau
aldehide- nu este remanent (rezidual) in reteaua de
distributie
4
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 4
Figura 311 Fortele
ce actioneaza asupra
particulelor aflate Tn
apa
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
3511 Deznisipatoare
Sunt destinate sa retina particulele de tip nisip pentru protectia utilajelor din schema statiei de tratare Schema unui deznisipator orizontal este data in figura 313
Figura 313 Deznisipator orizontal longitudinal
1 Gratar 2 Bare de linistire 3 Nisa pentru reparatii Tn caz de avarie 4 Stavilar de intrare 5 Vane de golire 6 Stavilarde iesire 7 Galerie de golire
In zona de intrare a apei in deznisipator se monteaza un gratar rar pentru impiedicarea accesului corpurilor mari in interiorul bazinului Pentru linistirea curentului se monteaza bare verticale de linistire Peretii laterali ai deznisipatorului se executa cu evazare catre exterior pentru a permite preluarea impingerilor survenite din podul de gheata care se formeaza pe timp de iarna la suprafata bazinului Panta radierului bazinului trebuie sa permita evacuarea depunerilor in zona din aval a bazinului Evacuarea depunerilor se poate realiza cu mai multe sisteme
bull prin hidro-mecanizare cu scoaterea din functiune a unui compartiment
bull prin golirea totala a compartimentului (numai pentru debite foarte reduse)
bull cu electro-pompe speciale purtate de o grinda rulanta
3512 Decantoare statice
Sunt destinate surselor cu variatii mari de turbiditate la care 50 - 60 din suspensii sunt de natura minerala (gravimetrice) in figura 314 se prezinta schema unui decantor orizontal longitudinal Elementele principale ale bazinului sunt
bull zona de intrare in care se gaseste un perete de linistire a curentului in partea superioara respectiv canalul de evacuare a depunerilor in partea inferioara
bull decantorul propriu-zis cu radier cu panta catre basa de evacuare a namolului amplasata in zona incipienta a bazinului
bull zona de evacuare a apei decantate care este bordata de un gratar cu rolul impiedicarii accesului plutitorilor
Curatirea decantoarelor orizontale se realizeaza
bull Intermitent prin golire si evacuare depuneri hidraulic sau mecanic
bull Continuu cu ajutorul podurilor racloare care strang depunerile in base special amenajate
Dificultatile in operarea decantoarelor statice se pot sintetiza
bull sunt influentate de factori atmosferici vant gheata insorire
bull miscarea este turbulenta ca structura si particule fine pot fi repuse in stare de suspensie
bull echilibrarea fluxului hidraulic se realizeaza cu dificultate
bull eficienta retinerii nu depaseste 10-15 NTU la apa decantata
37 Filtrarea apei - generalitati
Filtrarea este procesul de limpezire finala a apei (stadiul II) la curgerea printr-un mediu poros de obicei format din nisip cuartos Procesul simuleaza infiltratia apelor superficiale in mediile poroase din subsolul pamantului Procesul este cunoscut si aplicat de mult timp (primul brevet s-a emis in 1830)
Schema generala (figura 323) indica filtrul ca fiind format dintr-un bazin (cuva) in care apa curge in sens descendent traverseaza mediul poros sustinut de un drenaj si ajunge intr-un rezervor de apa filtrata amplasat sub drenaj Sistemul este dotat cu toate instalatiile de introducere -prelevare apa preaplin si golire
Parametrii fundamentali ai procesului de filtrare sunt
bull viteza de filtrare definita (ca viteza aparenta) cu relatia urmatoare
vF = Q A [ m h ] [mzi] (313)
In care
Q - debitul de apa filtrata
A - suprafata orizontala a stratului filtrant in
functie de viteza de filtrare se pot clasifica in
o filtre lente (biologice) - VF = 01 - 025 [mh]
o filtre rapide - vF = 4 - 10 [mh|
o filtre ultra-rapide
bull mediul filtrant - in general nisip cuartos care sa realizeze prin uniformitatea granulelor un volum de goluri in care sa se acumuleze suspensia retinuta din apa caracteristicile sunt diferite pe tipuri de filtre
bull pierderea de sarcina (hr) exprimata ca diferenta intre nivelul apei in cuva filtrului si nivelul apei in rezervorul de apa filtrata este data de colmatarea stratului si este variabila in timp
49
38 Filtre lente
Se bazeaza pe formarea unei membrane biologice constituita din colonii de bacterii aerobe -amplasata la suprafata stratului de nisip (pe primii 2-3 cm) Elementul fundamental este dezvoltarea membranei (in 1 - 3 zile) functie de caracteristicile apei Dupa o perioada (30 - 50 zile) membrana se colmateaza si incepe sa se rupa degradand calitatea apei Aceasta se razuieste (se curata) manual sau mecanic si procesul este reluat In figura 52 se indica schema unui filtru lent
Dispoizitiv de curatat_____________________________membrana biologtca
Figura 325 indica tipurile de organisme care pot fi intalnite pe o adancime de 30 cm in nisipul filtrului lent
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
Nisipul din filtrul lent trebuie sa aiba urmatorii parametri
bull granulozitatea in domeniul dg = 035 - 050 mm
bull coeficientul de neuniformitate ult 15
(314)
In care d6o - diametral ochiurilor sitei prin care trece 60 din materialul cernut
d1o - diametral ochiurilor sitei prin care trece 10 din materialul cernut
01
50
bull inaltimea stratului de nisip H=90-100 cm cand grosimea stratului de nisip ajunge dupa curatiri succesive la 70 - 80 cm este necesara completarea la inaltimea initiala
Solutia filtrelor lente se prevede la debite relativ mici (max 10000 m zi) si surse de apa in general curate (lipsite de alge culoare poluanti toxici) Se pot obtine rezultate performante la ape necoagulate Operarea sistemelor de filtre lente este simpla Procesul de filtrare lenta este asimilat cu procese fizice si biologice Acestea din urma necesita o atentie si urmarire continua in etapele de operare a filtrelor in special referitor la starea coloniilor de bacterii aerobe din membrana biologica
310Filtre rapide
In figura 326 se prezinta schema unui filtru rapid Acesta este constituit din urmatoarele elemente componente
bull sistem admisie apa in cuva - are rolul echirepartitiei debitului catre cuvele de filtre
bull stratul filtrant peste care exista un strat de apa
bull drenaj cu rolul de a sustine stratul filtrant si de a transforma bulele mari in bule fine in procesul de spalare inversa
bull sistem de mentinere a nivelului apei in filtru (pentru filtrele cu functionare in sistem nivel constant si debit variabil)
bull statie de pompare apa de la spalare filtre si statie de suflante
bull instalatii hidraulice grupate in galeria tehnologica cu rolul de a asigura toate utilitatile necesare functionarii corecte a procesului (conducte si vane apa filtrata apa spalare aer spalare preaplin golire etc)
bull rezervor de apa filtrata amplasat de obicei sub toata statia sau in anumite cazuri numai sub galeria tehnologica
Procesul consta in doua etape
bull filtrarea apei parcurgand in sens descendent stratul de nisip si drenajul
bull spalarea filtrului in sens ascendent in doua faze distincte
o faza 1 (durata Ti=5-10 min)
o faza 2 - limpezire (durata Ti=10-15 min)
51
in ultimii 30-40 de ani in lume a existat o preocupare constants pentru perfectionarea procesului in sensul obtinerii performantei in calitatea apei filtrate (turbiditatea sa se incadreze in domeniulOl - 10 NTU)
Mecanismele de retinere in filtrele rapide se pot sintetiza ca in schema urmatoare
3101 Mediul filtrant
Calitatile materialului filtrant sunt urmatoarele
bull domeniul de granulozitate dg = 085 - 2 mm
bull coeficientul de neuniformitate u=d6odio lt 15
bull fractiunile inferioare diametrului 085 mm si superioare dmax 2 mm inferioare procentual la 10 in greutate
bull diametrul efectiv def = dio = 09-1 mm
bull sa realizeze un numar de goluri (porozitate) mare (pgt40)
bull forma granulelor apropiata de sfera pentru obtinerea unui grad de acoperire ridicat
bull continut de roci cuartoase recomandabil peste 95
bull sa aiba duritate (gt 7 in scara Mohs) pentru a nu se sfarama la spalare
Calitatea materialului filtrant influenteaza viteza de filtrare O serie de studii au indicat domeniul optim de granulozitate al nisipului de filtru conform figurii 328
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 52
3102 Calitatea influentului fn corelatie cu materialul filtrant
Pentru realizarea unei retineri eficiente a suspensiilor se impune ca in influentul filtrelor acestea sa fie floculate Aceasta se caracterizeaza prin coeficientul de coeziune al suspensiilor floculate (namol retinut) aceasta caracterizeaza capacitatea de rezistenta la forfecare si depinde de doza de floculant si natura (minerala sau organica a suspensiilor)
Procesul de optimizare a filtrarii rapide a apei ia in considerate principiul un filtru va functiona optim cand va produce cea mai mare cantitate de apa intre doua spalari succesive aceasta se va realiza cand timpul in care se atinge pierderea de sarcina limita este egal cu timpul in care se calitatea apei filtrate se inrautateste la limita maxim acceptabila (Ti = T2) sau penetrarea impuritatilor in interiorul masei filtrante se va efectua cu aceeasi viteza cu care creste pierderea de sarcina Expresiile celor doua perioade au fost determinate de cercetatorii Richard si Croce-Spinelli
Tx = a bull σ - 0 9 5 bull k-075bull def-045bull h0
n95bull v -185 (316)
T l = b bull σ-075 k - 0 7 5 bull dlef
1 5 Δhr05 bull vF
-065 (317)
In care Ti - perioada in care turbiditatea apei filtrate atinge valoarea limita (1 NTU)
T2 - perioada in care se atinge pierderea de sarcina limita (15 - 18 m)
a b - coeficienti empirici (experimentali)
hn - grosime strat nisip
Δhr- viteza de crestere a pierderii de sarcina
INSPECTIA SANITARA SI MOMTORIZAREA CALITATII APEI
VF - viteza de filtrare
k - coeficient de coeziune al namolului
a - depozitul specific (volumul de suspensii raportat la volumul de material filtrant)
Se constata ca fiecare filtru poate conduce la un ciclu optim functie de calitatea nisipului grosimea stratului calitatea flocularii suspensiilor din apa influenta si viteza de filtrare
3103 Variatia pierderii de sarcina
Urmarirea pierderii de sarcina este importanta pentru ca poate pune in evidenta functionarea filtrului Operarea optima a unui filtru se realizeaza prin urmarirea in timp a variatiei pierderii de sarcina si turbiditatii Masurile pentru realizarea acestui optim sunt
53
bull reducerea vitezei - cele mai performante filtre lucreaza cu viteze de filtrare variabile astfel incat colmatarea stratului sa se realizeze fara socuri
bull adaugarea unui polimer (doze 01 - 02 mgl) in influent pentru a mari rezistenta particulelor floculate
bull imbunatatirea calitatii nisipului
Presiune (m col H20)
Figura 329 Estimarea pierderii de sarcina Tn
stratul filtrant
3104 Spalarea filtrelor
Se realizeaza in contra curent de apa si aer comprimat Elementele tehnice care intervin esential in obtinerea performantelor spalarii sunt
bull calitate drenaj - din punct de vedere al uniformitatii debitelor de apa si aer
bull colectarea uniforma a apei de la spalare
bull metoda de spalare care sa asigure eliminarea totala a suspensiilor retinute in strat cu resurse minime
bull drenaj de mare rezistenta hidraulica (cu placi cu crepine)
Se bazeaza pe principiul introducerii unei rezistente hidraulice de 15 - 20 cm coloana de apa (reducerea brusca de sectiune la intrarea apei in tija crepinei) care asigura uniformizarea intensitatilor de spalare pe suprafata cuvei (abateri de plusmn 3-5) In figura 330 se prezinta schema drenajului cu placi cu crepine
Se pun conditii severe din punct de vedere constructiv pentru realizarea drenajului
bull asigurarea etansarii perfecte
bull asigurarea cotei exacte si unice pentru pozitia orificiilor de aer
bull rezistenta cosurilor crepinelor
bull asigurarea formarii unui nivel de separatie apa - aer uniform si constant pe toata suprafata cuvei
Cele mai performante filtre din punct de vedere al spalarii sunt filtrele cu baleiaj la spalare (figura 331)
INSPECTIA SANITARA SI MOMTORIZAREA CALITATII APEI
55
55
in perioada de spalare a filtrului nivelul in cuva se afla la cota NS jgheaburile J nu mai deverseaza si prin orificiile de la baza jgheaburilor se creeaza un curent de baleiaj (1-2 dm3sm2) cu apa decantata care impinge suspensiile spre jgheabul de colectare Se reduc astfel timpii de spalare (cu 50) si intensitatile si volumele de apa de spalare
Prin curgerea ascendenta a aerului masa de nisip vibreaza si peliculele de namol se desprind de granule Curentul ascendent de apa le antreneaza Spalarea numai cu aer induce vibrarea masei de nisip si depunerea namolului in zona inferioara a stratului De aceea este contraindicata spalarea numai cu aer in faza 1
In general echipamentele pentru asigurarea debitelor apa de spalare se adopta un utilaj (pompa) in faza 1 si inca o pompa de acelasi tip pentru faza a Il-a
3105 Asigurarea repartitiei uniforme a influentului
Pentru asigurarea repartitiei uniforme a apei decantate se utilizeaza diverse sisteme Cel mai performant este sistemul cu deversori neinecati conform cu schema din figura 332
3106 Sistemele hidraulice
Sistemele hidraulice asigura deservirea statiei de filtre atat in procesul de filtrare cat si in procesul de spalare Acestea se vor dimensiona conform vitezelor economice prezentate in tabelul urmator
3107 Reglajului debitului si nivelului de apa in cuva
Pentru filtrele care functioneaza cu nivel constant si debit variabil este foarte important ca nivelul apei in filtru se fie mentinut pseudo-constant Aceasta se asigura cu diverse sisteme de plutitori (regulator de nivel amonte) care comanda vana de pe conducta de apa filtrata sau cu sisteme electronice si hidraulice conform figurii 333
Figura 333 Sistem de reglare electronic al nivelului apei Tn filtru
Legends 1 Strat filtrant 2 Vana apa filtrata 3 Parghie comanda vana 4 Electrovana de comanda 5 Regulator electronic 6 Senzor de presiune pentru nivel filtru 7 Senzor de presiune sub planseu 8 Potentiometru 9 Indicator de
colmatare 10 Alimentare cu fluid de comanda
313 Afin area apei
Procesul de afmare a apei este constituit din combinatia intre procesul de post-oxidare cu ozon a apei filtrate urmat de adsorbtie pe carbune activ granular
3131 Post-oxidarea cu ozon
Ozonul (O3) se obtine din aer sau oxigen supus la descarcari electrice printr-un dielectric In figura 334 se prezinta un element dintr-un ozonor
figura 334 Element tubular de ozonor
1 - Intrare gaz vector (aeroxigen) 2 3 - Electrozi 4 - Dielectric 5 - Spatiu de descarcare electrica 6 - Gaz vector +
ozon 7 - Apa racire
Diferentele de potential la care se lucreaza sunt cuprinse intre 6000 - 18000 V functie de natura si grosimea dielectricului marimea spatiului de descarcare si presiunea absoluta de functionare
Concentratiile de ozon in gazul vector obisnuite sunt
bull 10-40gm - in cazul utilizarii aerului
bull 10-140 gm3 - in cazul utilizarii oxigenului
Pentru a realiza concentratii optime si stabilitatea procesului se cere punct de roua -60degC -80degC
Energia specifics pentru productia de ozon
bull 13-18 kWhkg O3 - produs din aer
bull 8-10 kWhkg O3 - produs din oxigen
Actiunea O3 asupra apelor de consum se poate sintetiza
bull imbunatatirea calitatilor organoleptice (gust miros culoare)
bull activitate bactericide si virulicida
bull oxidarea materiilor organice
bull oxidare micro-poluanti
bull imbunatatirea biodegradabilitatii in amonte de CAG
3132 Adsorbtie pe carbune activ granular (CAG)
Carbunele activ se poate obtine din carbuni minieri sau din coaja de nuca de cocos Majoritatea carbunilor minieri pot fi convertiti in carbune activ insa proprietatile carbunelui activ depind esential de calitatea initiala a carbunilor in special in ceea ce priveste duritatea acestora in acest sens se utilizeaza adesea coaja nucilor de cocos pentru fabricarea carbunelui activ
Exista o multitudine de procese de fabricare a carbunelui activ insa eel mai dezvoltat este piroliza urmata de activarea cu gaze de oxidare Piroliza (carbonizarea) presupune incalzirea materialului la temperaturi intre 600 si 900 degC in absenta aerului Pentru obtinerea unei porozitati ridicate se pot utiliza adaosuri de cloruri metalice (de exemplu ZnCl) Piroliza poate reprezenta unicul pas de activare in cazul in care se doreste obtinerea unui material cu 0 porozitate ridicata
A doua etapa este cea de oxidare care se realizeaza de obicei cu abur sau uneori cu aer Temperaturile sunt uzuale in gama de 600 - 900 degC Pe parcursul acestei etape se realizeaza 0 erodare a suprafetei interne a carbunelui si dezvoltarea unei retele extensive de micropori care cresc capacitatea de adsorbtie
58
Printre proprietatile principale ale carbunelui activ se enumera continutul de cenusa umiditatea densitatea marimea particulelor duritatea volumul si distributia dupa marime a porilor suprafata interna
31321 Continutul in cenusa
Continutul in cenusa este reprezentat de reziduul obtinut prin calcinarea la temperatura de 954 degC timp de 3 ore in aer Uzual continutul de cenusa variaza intre 3 si 10 Pentru reducerea cantitatii de cenusa se poate utiliza spalarea cu acid
31322 Umiditatea
Umiditatea se determina prin uscarea in cuptor timp de 3 ore a unei cantitati de 5 sau 10 g de carbune activ la temperatura 150 degC Se determina greutatea inainte si dupa uscare si racire in exicator Umiditatea in vrac a carbunelui activ este recomandabil sa fie limitata la maxim 5
31323 Densitatea
Sunt mai multe tipuri de densitati printre care se mentioneaza densitatea in vrac densitatea aparenta densitatea particulei si densitatea reala Densitatea in vrac sau densitatea aparenta reprezinta greutatea carbunelui activ uscat raportata la volumul pe care acesta il ocupa Aceasta se determina prin umplerea unui cilindru cu volumul de 100 ml cu carbune prin cadere libera dintr-o masina vibratoare si cantarirea volumului respectiv Valorile uzuale sunt in gama 05 - 06 gml pentru carbune activ fabricat din carbune minier respectiv 024 - 030 mg1 pentru carbune activ fabricat din lemn
Densitatea particulei reprezinta densitatea unei particule singulare Volumul pe care se bazeaza include volumul porilor precum si volumul materialului Densitatea particulei se determina in mod uzual cu mercur la presiunea atmosferica (mercurul umple spatiile goale din particula de carbune activ dar nu umple porii) Valorile uzuale sunt in gama 074 - 080 gml
Densitatea reala sau densitatea scheletului este cea determinate numai pe materialul (carbunele) propriu-zis Pentru determinarea acesteia se utilizeaza uzual o metoda de inlocuire cu heliu (heliul intra practic in toti porii materialului) Valorile uzuale sunt in gama 21 - 22 gml
31324 Marimea particulelor
Aceasta se determina prin cernerea a 100 sau 200 g de carbune printr-un sistem de site mecanice timp de 10 minute dupa care se cantaresc retinerile pe fiecare sita in parte Carbunele activ pudra se incadreaza de obicei in domeniul 005 mm - 15 mm
31325 Friabilitatea
Capacitatea carbunelui activ de a rezista la abraziune este unul dintre parametrii cei mai importanti Procedura de determinare a friabilitatii carbunelui activ presupune determinarea granulozitatii acestora inainte si dupa testul propriu-zis care consta in concasarea succesiva a carbunelui intr-un recipient alaturi de bile de otel inoxidabil Valorile uzuale ale indicelui de friabilitate sunt 65 - 80 (practic 70 - 75) ceea ce atesta faptul ca materialul este foarte usor friabil si este necesar atentie la procedura de spalare
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATIIAPEI 59
31326 Volumul si distributia dupa marime a porilor
Volumul porilor reprezinta volumul total al porilor din particula de carbune activ granular raportat la greutate Valorile uzuale sunt de ordinul 08 - 12 mlg pentru carbune activ fabricat din carbuni minieri respectiv 22-25 mlg pentru carbune activ fabricat din lemn Volumul total al porilor poate fi determinat printr-un test de adsorbtie cu azot desfasurate astfel incat azotul condensat sa intre in totalitate in porii carbunelui
Carbunele activ confine o structura complexa de pori de forme si marimi diferite Porii au de obicei o geometrie neregulata si sunt interconectati Dimensiunile porilor sunt uzual intre 10 A si 100000 A (001 cm) Distributia dupa marime a porilor depinde de tipul de material utilizat si de metoda si de durata procesului de activare
31327 Suprafata internaSuprafata interna a materialelor poroase in general se determinS cu ecuatia BET stabilita de
Brunauer Emmett si Teller Ecuatia descrie formarea de strate multiple de gaz condensat care apar atunci cand un gaz adsorbabil (de exemplu azotul) este in contact cu materialul poros Intr-un astfel de test se utilizeaza azot la temperatura de fierbere si presiunea atmosferica (-196 degC sau 77 K)
Ecuatia BET (expresia 318) a fost derivata presupunand urmatoarelebull rata de condensare a moleculelor din primul strat este egala cu rata de evaporare a
moleculelor din zonele acoperite cu un singur strat de moleculebull caldura de adsorbtie peste primul strat este constants si egala cu caldura de lichefiere
qqm=b(PPS)(1-PPs)(1-PPS+bPPS) ( 3 1 8 )
In care Ps - presiunea de vaporizare la saturatie la temperatura utilizata in test uzual 1 atm
q - cantitatea de substanta adsorbita la presiunea P
qm - cantitatea de substanta adsorbita numai cand se constata acoperirea totala a suprafetei cu un strat monomolecular
b - constanta determinata experimental
In figura 336 se prezinta o relatie tipica intre marimea porilor si suprafata totala Suprafata cumulativa este data de insumarea suprafetelor tuturor porilor cu un diametru dat sau mai mare Se remarca faptul ca marea majoritate a suprafetei este atribuita porilor de mici dimensiuni
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI60
3133 Teste uzuale de adsorbtie
In practica se utilizeaza o serie intreaga de teste pentru a determina capacitatea de adsorbtie pentru diferite tipuri de carbune activ Printre acestea se mentioneaza
- Indicele Iod reprezinta cantitatea de iod in miligrame pe gram adsorbit de un carbune activ la echilibru cu o solutie I2-KI cu concentratia 002 N indicele iod indica suprafata totala a porilor cu diametru de 10 A sau mai mare valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 800 - 1000 mgg
Indicele Melasa reprezinta un indicator al puterii de decolorare a carbunelui activ granular in contact cu 0 solutie de melasa la fierbere indicele melasa este in stricta legatura cu suprafata totala a porilor cu diametrul mai mare de 28 A valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 200 - 300
- Indicele Albastru de Metilen reprezinta cantitatea de albastru de metilen adsorbita de 1 g de carbune activ la echilibru in contact cu o solutie cu concentratia 1 mg1 de albastru de metilen Albastrul de metilen are greutatea moleculara 320 si indica suprafata totala a porilor cu diametrul de 15 A
- Activitatea tetraclorurii de carbon tetraclorura de carbon CC14 este un compus molecular mic si poate intra in toti porii In acest test un curent de aer este saturat cu CCI4 la 0 degC si este trecut printr-un strat de carbune activ mentinut la 25 degC pana cand nu se mai detecteaza nici o schimbare in greutate Activitatea este greutatea CCI4 adsorbita pe unitatea de greutate de carbune activ exprimata procentual Valorile uzuale ale acestui indicator sunt in gama 60 -80
- Indicele butan este similar activitatii tetraclorurii de carbon valoarea acestuia este exprimata grame de butan adsorbite pe 100 ml carbune activ valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 7 - 8 g 100 ml carbune activ
- Indicele FINAD stabilit de cercetatorul C Gomella si reprezinta un produs al mai multor indici F - fenol I - iod N - indol A - antipirina D - detergent
316 Deferizarea si demanganizarea apei
Fierul (Fe) si manganul (Mn) sunt elemente care se gasesc frecvent in mediul subteran si in apa apar in concentratii pana la 10 mg1 (Fe) si 2 mg1 (Mn) Prezenta fierului si manganului in apele potabile pot genera urmatoarele probleme
bull produce gust metalic dezagreabil
bull coloreaza tesaturile si echipamentele sanitare
bull formeaza precipitate in conducte care favorizeaza dezvoltarea bacteriilor feruginoase (Chrenothrix) acestea modifica regimul hidraulic calitatea apei distribute si favorizeaza fenomenele de coroziune
3161 Echilibrul fierului si manganului in apa
Fierul si manganul sunt prezente dizolvate in solutiile apoase sub forma Fe2+si Mn2+ Concentratia in oxigen a apelor subterane care contin Fe si Mn este nula Din namolurile situate in
2+ ~
zona anaeroba din hipolimnion se elibereaza ioni de Fe2+ si Mnz+ in apele lacurilor In numeroase ape naturale se remarca prezenta Fe3+ asociata cu substantele humice Stabilitatea fierului si manganului in apa depinde de numeroase variabile
bull pH-ul apei
bull concentratia diferitelor elemente chimice
bull potentialul de oxido-reducere (Eh) al solutiei
In figura 341 se prezinta diagrama de stabilitate a formelor fierului in solutie in aceasta diagrama o curba (linie) reprezinta locul geometric pentru care concentratia celor doua substante este aceeasi De exemplu linia 1 reprezinta solutia pentru care O2 si H2O au aceeasi valoare Aria cuprinsa intre curbele 1 si 2 reprezinta aria de stabilitate a compusilor de Fe Chimia manganului este asemanatoare cu cea a Fe Astfel la pH si Eh reduse Fe si Mn sunt stabile in forme bivalente
3312 Ozonul(03)
Ozonul este un gaz violet instabil care degaja un miros iritant caracteristic
Se produce prin descarcari electrice la diferente de potential ridicate intre doi electrozi intre care curge aer sau oxigen pur Eficienta productiei depinde de diferenta de potential frecventa caracteristicile materialului dielectric si spatiul care separa dielectricele Progresele tehnologice din ultimii 20-30 ani au condus la reducerea consumului de energie la 10 - 12 kWh 1 kg O3
Dozele uzuale de ozon sunt in gama 1 - 3 mgCVdm3 iar timpul de contact uzual este Tc=10 minute Se tinde spre adoptarea solutiei cu doua reactoare in serie ca in figura 38 Adancimea apei in reactoare poate atinge 6-75 m
Conceptual reactoarele de ozon functioneaza pe baza interceptarii curentului de apa descendent de catre voalul de bule mici de ozon in miscare ascendents
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
0
4
3313 Dioxidul de clor (CIO2)
Se poate obtine din clorit de sodiu si clor conform reactiei
2NaC102 + Cl2rarr2C102 + 2NaCl (31)
Stoechiometric 1 g dioxid de clor se obtine din 134 g clorita de sodiu si 05 g de clor
Este instabil si exploziv la temperaturi T gt (-40degC) Se produce imediat inainte de injectia in apa La 20degC si presiune partiala de 53 kPa solubilitatea este 4 gdm3
Avantajele utilizarii CIO2 sunt
bull nu formeaza sub-produsi de tip trihalometani (THM)
bull are putere oxidanta mai buna oxideaza fenoli si este foarte eficace la pH peste 85
Dozele utilizate frecvent 01 - 05 mgl timpul de contact fiind Tc = 10 min Se mentioneaza ca pentru doze mai mare de 05 mgl exista riscul formarii de sub-produsi de tip clorati
Reactoarele de pre-oxidare utilizeaza agitatoare mecanice (rezistente la coroziune) care asigura amestecul mecanic cu randamente ridicate intre apa de tratat si solutia de CIO2
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 4
332 Post-oxidare
In filierele de tratare se dezvolta din ce in ce mai mult conceptul de post-oxidare cu ozon pe apa limpezita dupa filtrele rapide de nisip pentru ca eficienta transferului creste se reduc dozele de ozon si oxidarea micro-poluantilor devine mai eficienta
incadrarea procesului de post-oxidare in schema statiei de tratare se realizeaza totdeauna ca infigura 310 n
Dozele de 03 in post-oxidare nu depasesc 2 mgl Principiile reactoarelor de ozon sunt identice cu cele utilizate in pre-oxidare
Post-oxidarea cu ozon combinata cu adsorbtia pe CAG este procesul (denumit afinare) capabil sa asigure
- eliminare totala compusi biologici microbiologici si micropoluanti
- reducere materiilor organice naturale astfel incat TOC lt 25 g Cl
- eliminare pesticide
333 Alegerea oxidantului
Alegerea oxidantului se bazeaza pe analiza calitatii apei caracterizarea marimii poluarii care poate apare (continut materii organice naturale carbon organic total numar de microorganisme perioade duraf deg ce aparitie)
Alegerea agentului oxidant are la baza costuri si implicatii in filiera tehnologica
Tabelul 35 Caracteristici principale Tn alegerea oxidantilor Nr crt
Oxidant Avantaje Dezavantaje
1 Clor-Cl2 - costuri reduse- cunoastere operare- este remanent (rezidual) in reteaua de
distributie
formeaza THM - necesita timpi de contact mari
2 Dioxid de clor - C102 - capacitate de oxidare mai ridicata in raport cu Cl2
- nu formeaza THM- este remanent (rezidual) in reteaua de
distributie
- necesita preparare si dozare instantanee- la doze prea mari poate forma cloraticosturi mai mari in raport cu Cl2
3 Ozon - 03 - cea mai mare capacitate de oxidare- nu formeaza THM
- necesita preparare si dozare instantaneeconsumuri energetice mari- poate forma subprodusi de tip bromaji sau
aldehide- nu este remanent (rezidual) in reteaua de
distributie
4
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 4
Figura 311 Fortele
ce actioneaza asupra
particulelor aflate Tn
apa
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
3511 Deznisipatoare
Sunt destinate sa retina particulele de tip nisip pentru protectia utilajelor din schema statiei de tratare Schema unui deznisipator orizontal este data in figura 313
Figura 313 Deznisipator orizontal longitudinal
1 Gratar 2 Bare de linistire 3 Nisa pentru reparatii Tn caz de avarie 4 Stavilar de intrare 5 Vane de golire 6 Stavilarde iesire 7 Galerie de golire
In zona de intrare a apei in deznisipator se monteaza un gratar rar pentru impiedicarea accesului corpurilor mari in interiorul bazinului Pentru linistirea curentului se monteaza bare verticale de linistire Peretii laterali ai deznisipatorului se executa cu evazare catre exterior pentru a permite preluarea impingerilor survenite din podul de gheata care se formeaza pe timp de iarna la suprafata bazinului Panta radierului bazinului trebuie sa permita evacuarea depunerilor in zona din aval a bazinului Evacuarea depunerilor se poate realiza cu mai multe sisteme
bull prin hidro-mecanizare cu scoaterea din functiune a unui compartiment
bull prin golirea totala a compartimentului (numai pentru debite foarte reduse)
bull cu electro-pompe speciale purtate de o grinda rulanta
3512 Decantoare statice
Sunt destinate surselor cu variatii mari de turbiditate la care 50 - 60 din suspensii sunt de natura minerala (gravimetrice) in figura 314 se prezinta schema unui decantor orizontal longitudinal Elementele principale ale bazinului sunt
bull zona de intrare in care se gaseste un perete de linistire a curentului in partea superioara respectiv canalul de evacuare a depunerilor in partea inferioara
bull decantorul propriu-zis cu radier cu panta catre basa de evacuare a namolului amplasata in zona incipienta a bazinului
bull zona de evacuare a apei decantate care este bordata de un gratar cu rolul impiedicarii accesului plutitorilor
Curatirea decantoarelor orizontale se realizeaza
bull Intermitent prin golire si evacuare depuneri hidraulic sau mecanic
bull Continuu cu ajutorul podurilor racloare care strang depunerile in base special amenajate
Dificultatile in operarea decantoarelor statice se pot sintetiza
bull sunt influentate de factori atmosferici vant gheata insorire
bull miscarea este turbulenta ca structura si particule fine pot fi repuse in stare de suspensie
bull echilibrarea fluxului hidraulic se realizeaza cu dificultate
bull eficienta retinerii nu depaseste 10-15 NTU la apa decantata
37 Filtrarea apei - generalitati
Filtrarea este procesul de limpezire finala a apei (stadiul II) la curgerea printr-un mediu poros de obicei format din nisip cuartos Procesul simuleaza infiltratia apelor superficiale in mediile poroase din subsolul pamantului Procesul este cunoscut si aplicat de mult timp (primul brevet s-a emis in 1830)
Schema generala (figura 323) indica filtrul ca fiind format dintr-un bazin (cuva) in care apa curge in sens descendent traverseaza mediul poros sustinut de un drenaj si ajunge intr-un rezervor de apa filtrata amplasat sub drenaj Sistemul este dotat cu toate instalatiile de introducere -prelevare apa preaplin si golire
Parametrii fundamentali ai procesului de filtrare sunt
bull viteza de filtrare definita (ca viteza aparenta) cu relatia urmatoare
vF = Q A [ m h ] [mzi] (313)
In care
Q - debitul de apa filtrata
A - suprafata orizontala a stratului filtrant in
functie de viteza de filtrare se pot clasifica in
o filtre lente (biologice) - VF = 01 - 025 [mh]
o filtre rapide - vF = 4 - 10 [mh|
o filtre ultra-rapide
bull mediul filtrant - in general nisip cuartos care sa realizeze prin uniformitatea granulelor un volum de goluri in care sa se acumuleze suspensia retinuta din apa caracteristicile sunt diferite pe tipuri de filtre
bull pierderea de sarcina (hr) exprimata ca diferenta intre nivelul apei in cuva filtrului si nivelul apei in rezervorul de apa filtrata este data de colmatarea stratului si este variabila in timp
49
38 Filtre lente
Se bazeaza pe formarea unei membrane biologice constituita din colonii de bacterii aerobe -amplasata la suprafata stratului de nisip (pe primii 2-3 cm) Elementul fundamental este dezvoltarea membranei (in 1 - 3 zile) functie de caracteristicile apei Dupa o perioada (30 - 50 zile) membrana se colmateaza si incepe sa se rupa degradand calitatea apei Aceasta se razuieste (se curata) manual sau mecanic si procesul este reluat In figura 52 se indica schema unui filtru lent
Dispoizitiv de curatat_____________________________membrana biologtca
Figura 325 indica tipurile de organisme care pot fi intalnite pe o adancime de 30 cm in nisipul filtrului lent
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
Nisipul din filtrul lent trebuie sa aiba urmatorii parametri
bull granulozitatea in domeniul dg = 035 - 050 mm
bull coeficientul de neuniformitate ult 15
(314)
In care d6o - diametral ochiurilor sitei prin care trece 60 din materialul cernut
d1o - diametral ochiurilor sitei prin care trece 10 din materialul cernut
01
50
bull inaltimea stratului de nisip H=90-100 cm cand grosimea stratului de nisip ajunge dupa curatiri succesive la 70 - 80 cm este necesara completarea la inaltimea initiala
Solutia filtrelor lente se prevede la debite relativ mici (max 10000 m zi) si surse de apa in general curate (lipsite de alge culoare poluanti toxici) Se pot obtine rezultate performante la ape necoagulate Operarea sistemelor de filtre lente este simpla Procesul de filtrare lenta este asimilat cu procese fizice si biologice Acestea din urma necesita o atentie si urmarire continua in etapele de operare a filtrelor in special referitor la starea coloniilor de bacterii aerobe din membrana biologica
310Filtre rapide
In figura 326 se prezinta schema unui filtru rapid Acesta este constituit din urmatoarele elemente componente
bull sistem admisie apa in cuva - are rolul echirepartitiei debitului catre cuvele de filtre
bull stratul filtrant peste care exista un strat de apa
bull drenaj cu rolul de a sustine stratul filtrant si de a transforma bulele mari in bule fine in procesul de spalare inversa
bull sistem de mentinere a nivelului apei in filtru (pentru filtrele cu functionare in sistem nivel constant si debit variabil)
bull statie de pompare apa de la spalare filtre si statie de suflante
bull instalatii hidraulice grupate in galeria tehnologica cu rolul de a asigura toate utilitatile necesare functionarii corecte a procesului (conducte si vane apa filtrata apa spalare aer spalare preaplin golire etc)
bull rezervor de apa filtrata amplasat de obicei sub toata statia sau in anumite cazuri numai sub galeria tehnologica
Procesul consta in doua etape
bull filtrarea apei parcurgand in sens descendent stratul de nisip si drenajul
bull spalarea filtrului in sens ascendent in doua faze distincte
o faza 1 (durata Ti=5-10 min)
o faza 2 - limpezire (durata Ti=10-15 min)
51
in ultimii 30-40 de ani in lume a existat o preocupare constants pentru perfectionarea procesului in sensul obtinerii performantei in calitatea apei filtrate (turbiditatea sa se incadreze in domeniulOl - 10 NTU)
Mecanismele de retinere in filtrele rapide se pot sintetiza ca in schema urmatoare
3101 Mediul filtrant
Calitatile materialului filtrant sunt urmatoarele
bull domeniul de granulozitate dg = 085 - 2 mm
bull coeficientul de neuniformitate u=d6odio lt 15
bull fractiunile inferioare diametrului 085 mm si superioare dmax 2 mm inferioare procentual la 10 in greutate
bull diametrul efectiv def = dio = 09-1 mm
bull sa realizeze un numar de goluri (porozitate) mare (pgt40)
bull forma granulelor apropiata de sfera pentru obtinerea unui grad de acoperire ridicat
bull continut de roci cuartoase recomandabil peste 95
bull sa aiba duritate (gt 7 in scara Mohs) pentru a nu se sfarama la spalare
Calitatea materialului filtrant influenteaza viteza de filtrare O serie de studii au indicat domeniul optim de granulozitate al nisipului de filtru conform figurii 328
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 52
3102 Calitatea influentului fn corelatie cu materialul filtrant
Pentru realizarea unei retineri eficiente a suspensiilor se impune ca in influentul filtrelor acestea sa fie floculate Aceasta se caracterizeaza prin coeficientul de coeziune al suspensiilor floculate (namol retinut) aceasta caracterizeaza capacitatea de rezistenta la forfecare si depinde de doza de floculant si natura (minerala sau organica a suspensiilor)
Procesul de optimizare a filtrarii rapide a apei ia in considerate principiul un filtru va functiona optim cand va produce cea mai mare cantitate de apa intre doua spalari succesive aceasta se va realiza cand timpul in care se atinge pierderea de sarcina limita este egal cu timpul in care se calitatea apei filtrate se inrautateste la limita maxim acceptabila (Ti = T2) sau penetrarea impuritatilor in interiorul masei filtrante se va efectua cu aceeasi viteza cu care creste pierderea de sarcina Expresiile celor doua perioade au fost determinate de cercetatorii Richard si Croce-Spinelli
Tx = a bull σ - 0 9 5 bull k-075bull def-045bull h0
n95bull v -185 (316)
T l = b bull σ-075 k - 0 7 5 bull dlef
1 5 Δhr05 bull vF
-065 (317)
In care Ti - perioada in care turbiditatea apei filtrate atinge valoarea limita (1 NTU)
T2 - perioada in care se atinge pierderea de sarcina limita (15 - 18 m)
a b - coeficienti empirici (experimentali)
hn - grosime strat nisip
Δhr- viteza de crestere a pierderii de sarcina
INSPECTIA SANITARA SI MOMTORIZAREA CALITATII APEI
VF - viteza de filtrare
k - coeficient de coeziune al namolului
a - depozitul specific (volumul de suspensii raportat la volumul de material filtrant)
Se constata ca fiecare filtru poate conduce la un ciclu optim functie de calitatea nisipului grosimea stratului calitatea flocularii suspensiilor din apa influenta si viteza de filtrare
3103 Variatia pierderii de sarcina
Urmarirea pierderii de sarcina este importanta pentru ca poate pune in evidenta functionarea filtrului Operarea optima a unui filtru se realizeaza prin urmarirea in timp a variatiei pierderii de sarcina si turbiditatii Masurile pentru realizarea acestui optim sunt
53
bull reducerea vitezei - cele mai performante filtre lucreaza cu viteze de filtrare variabile astfel incat colmatarea stratului sa se realizeze fara socuri
bull adaugarea unui polimer (doze 01 - 02 mgl) in influent pentru a mari rezistenta particulelor floculate
bull imbunatatirea calitatii nisipului
Presiune (m col H20)
Figura 329 Estimarea pierderii de sarcina Tn
stratul filtrant
3104 Spalarea filtrelor
Se realizeaza in contra curent de apa si aer comprimat Elementele tehnice care intervin esential in obtinerea performantelor spalarii sunt
bull calitate drenaj - din punct de vedere al uniformitatii debitelor de apa si aer
bull colectarea uniforma a apei de la spalare
bull metoda de spalare care sa asigure eliminarea totala a suspensiilor retinute in strat cu resurse minime
bull drenaj de mare rezistenta hidraulica (cu placi cu crepine)
Se bazeaza pe principiul introducerii unei rezistente hidraulice de 15 - 20 cm coloana de apa (reducerea brusca de sectiune la intrarea apei in tija crepinei) care asigura uniformizarea intensitatilor de spalare pe suprafata cuvei (abateri de plusmn 3-5) In figura 330 se prezinta schema drenajului cu placi cu crepine
Se pun conditii severe din punct de vedere constructiv pentru realizarea drenajului
bull asigurarea etansarii perfecte
bull asigurarea cotei exacte si unice pentru pozitia orificiilor de aer
bull rezistenta cosurilor crepinelor
bull asigurarea formarii unui nivel de separatie apa - aer uniform si constant pe toata suprafata cuvei
Cele mai performante filtre din punct de vedere al spalarii sunt filtrele cu baleiaj la spalare (figura 331)
INSPECTIA SANITARA SI MOMTORIZAREA CALITATII APEI
55
55
in perioada de spalare a filtrului nivelul in cuva se afla la cota NS jgheaburile J nu mai deverseaza si prin orificiile de la baza jgheaburilor se creeaza un curent de baleiaj (1-2 dm3sm2) cu apa decantata care impinge suspensiile spre jgheabul de colectare Se reduc astfel timpii de spalare (cu 50) si intensitatile si volumele de apa de spalare
Prin curgerea ascendenta a aerului masa de nisip vibreaza si peliculele de namol se desprind de granule Curentul ascendent de apa le antreneaza Spalarea numai cu aer induce vibrarea masei de nisip si depunerea namolului in zona inferioara a stratului De aceea este contraindicata spalarea numai cu aer in faza 1
In general echipamentele pentru asigurarea debitelor apa de spalare se adopta un utilaj (pompa) in faza 1 si inca o pompa de acelasi tip pentru faza a Il-a
3105 Asigurarea repartitiei uniforme a influentului
Pentru asigurarea repartitiei uniforme a apei decantate se utilizeaza diverse sisteme Cel mai performant este sistemul cu deversori neinecati conform cu schema din figura 332
3106 Sistemele hidraulice
Sistemele hidraulice asigura deservirea statiei de filtre atat in procesul de filtrare cat si in procesul de spalare Acestea se vor dimensiona conform vitezelor economice prezentate in tabelul urmator
3107 Reglajului debitului si nivelului de apa in cuva
Pentru filtrele care functioneaza cu nivel constant si debit variabil este foarte important ca nivelul apei in filtru se fie mentinut pseudo-constant Aceasta se asigura cu diverse sisteme de plutitori (regulator de nivel amonte) care comanda vana de pe conducta de apa filtrata sau cu sisteme electronice si hidraulice conform figurii 333
Figura 333 Sistem de reglare electronic al nivelului apei Tn filtru
Legends 1 Strat filtrant 2 Vana apa filtrata 3 Parghie comanda vana 4 Electrovana de comanda 5 Regulator electronic 6 Senzor de presiune pentru nivel filtru 7 Senzor de presiune sub planseu 8 Potentiometru 9 Indicator de
colmatare 10 Alimentare cu fluid de comanda
313 Afin area apei
Procesul de afmare a apei este constituit din combinatia intre procesul de post-oxidare cu ozon a apei filtrate urmat de adsorbtie pe carbune activ granular
3131 Post-oxidarea cu ozon
Ozonul (O3) se obtine din aer sau oxigen supus la descarcari electrice printr-un dielectric In figura 334 se prezinta un element dintr-un ozonor
figura 334 Element tubular de ozonor
1 - Intrare gaz vector (aeroxigen) 2 3 - Electrozi 4 - Dielectric 5 - Spatiu de descarcare electrica 6 - Gaz vector +
ozon 7 - Apa racire
Diferentele de potential la care se lucreaza sunt cuprinse intre 6000 - 18000 V functie de natura si grosimea dielectricului marimea spatiului de descarcare si presiunea absoluta de functionare
Concentratiile de ozon in gazul vector obisnuite sunt
bull 10-40gm - in cazul utilizarii aerului
bull 10-140 gm3 - in cazul utilizarii oxigenului
Pentru a realiza concentratii optime si stabilitatea procesului se cere punct de roua -60degC -80degC
Energia specifics pentru productia de ozon
bull 13-18 kWhkg O3 - produs din aer
bull 8-10 kWhkg O3 - produs din oxigen
Actiunea O3 asupra apelor de consum se poate sintetiza
bull imbunatatirea calitatilor organoleptice (gust miros culoare)
bull activitate bactericide si virulicida
bull oxidarea materiilor organice
bull oxidare micro-poluanti
bull imbunatatirea biodegradabilitatii in amonte de CAG
3132 Adsorbtie pe carbune activ granular (CAG)
Carbunele activ se poate obtine din carbuni minieri sau din coaja de nuca de cocos Majoritatea carbunilor minieri pot fi convertiti in carbune activ insa proprietatile carbunelui activ depind esential de calitatea initiala a carbunilor in special in ceea ce priveste duritatea acestora in acest sens se utilizeaza adesea coaja nucilor de cocos pentru fabricarea carbunelui activ
Exista o multitudine de procese de fabricare a carbunelui activ insa eel mai dezvoltat este piroliza urmata de activarea cu gaze de oxidare Piroliza (carbonizarea) presupune incalzirea materialului la temperaturi intre 600 si 900 degC in absenta aerului Pentru obtinerea unei porozitati ridicate se pot utiliza adaosuri de cloruri metalice (de exemplu ZnCl) Piroliza poate reprezenta unicul pas de activare in cazul in care se doreste obtinerea unui material cu 0 porozitate ridicata
A doua etapa este cea de oxidare care se realizeaza de obicei cu abur sau uneori cu aer Temperaturile sunt uzuale in gama de 600 - 900 degC Pe parcursul acestei etape se realizeaza 0 erodare a suprafetei interne a carbunelui si dezvoltarea unei retele extensive de micropori care cresc capacitatea de adsorbtie
58
Printre proprietatile principale ale carbunelui activ se enumera continutul de cenusa umiditatea densitatea marimea particulelor duritatea volumul si distributia dupa marime a porilor suprafata interna
31321 Continutul in cenusa
Continutul in cenusa este reprezentat de reziduul obtinut prin calcinarea la temperatura de 954 degC timp de 3 ore in aer Uzual continutul de cenusa variaza intre 3 si 10 Pentru reducerea cantitatii de cenusa se poate utiliza spalarea cu acid
31322 Umiditatea
Umiditatea se determina prin uscarea in cuptor timp de 3 ore a unei cantitati de 5 sau 10 g de carbune activ la temperatura 150 degC Se determina greutatea inainte si dupa uscare si racire in exicator Umiditatea in vrac a carbunelui activ este recomandabil sa fie limitata la maxim 5
31323 Densitatea
Sunt mai multe tipuri de densitati printre care se mentioneaza densitatea in vrac densitatea aparenta densitatea particulei si densitatea reala Densitatea in vrac sau densitatea aparenta reprezinta greutatea carbunelui activ uscat raportata la volumul pe care acesta il ocupa Aceasta se determina prin umplerea unui cilindru cu volumul de 100 ml cu carbune prin cadere libera dintr-o masina vibratoare si cantarirea volumului respectiv Valorile uzuale sunt in gama 05 - 06 gml pentru carbune activ fabricat din carbune minier respectiv 024 - 030 mg1 pentru carbune activ fabricat din lemn
Densitatea particulei reprezinta densitatea unei particule singulare Volumul pe care se bazeaza include volumul porilor precum si volumul materialului Densitatea particulei se determina in mod uzual cu mercur la presiunea atmosferica (mercurul umple spatiile goale din particula de carbune activ dar nu umple porii) Valorile uzuale sunt in gama 074 - 080 gml
Densitatea reala sau densitatea scheletului este cea determinate numai pe materialul (carbunele) propriu-zis Pentru determinarea acesteia se utilizeaza uzual o metoda de inlocuire cu heliu (heliul intra practic in toti porii materialului) Valorile uzuale sunt in gama 21 - 22 gml
31324 Marimea particulelor
Aceasta se determina prin cernerea a 100 sau 200 g de carbune printr-un sistem de site mecanice timp de 10 minute dupa care se cantaresc retinerile pe fiecare sita in parte Carbunele activ pudra se incadreaza de obicei in domeniul 005 mm - 15 mm
31325 Friabilitatea
Capacitatea carbunelui activ de a rezista la abraziune este unul dintre parametrii cei mai importanti Procedura de determinare a friabilitatii carbunelui activ presupune determinarea granulozitatii acestora inainte si dupa testul propriu-zis care consta in concasarea succesiva a carbunelui intr-un recipient alaturi de bile de otel inoxidabil Valorile uzuale ale indicelui de friabilitate sunt 65 - 80 (practic 70 - 75) ceea ce atesta faptul ca materialul este foarte usor friabil si este necesar atentie la procedura de spalare
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATIIAPEI 59
31326 Volumul si distributia dupa marime a porilor
Volumul porilor reprezinta volumul total al porilor din particula de carbune activ granular raportat la greutate Valorile uzuale sunt de ordinul 08 - 12 mlg pentru carbune activ fabricat din carbuni minieri respectiv 22-25 mlg pentru carbune activ fabricat din lemn Volumul total al porilor poate fi determinat printr-un test de adsorbtie cu azot desfasurate astfel incat azotul condensat sa intre in totalitate in porii carbunelui
Carbunele activ confine o structura complexa de pori de forme si marimi diferite Porii au de obicei o geometrie neregulata si sunt interconectati Dimensiunile porilor sunt uzual intre 10 A si 100000 A (001 cm) Distributia dupa marime a porilor depinde de tipul de material utilizat si de metoda si de durata procesului de activare
31327 Suprafata internaSuprafata interna a materialelor poroase in general se determinS cu ecuatia BET stabilita de
Brunauer Emmett si Teller Ecuatia descrie formarea de strate multiple de gaz condensat care apar atunci cand un gaz adsorbabil (de exemplu azotul) este in contact cu materialul poros Intr-un astfel de test se utilizeaza azot la temperatura de fierbere si presiunea atmosferica (-196 degC sau 77 K)
Ecuatia BET (expresia 318) a fost derivata presupunand urmatoarelebull rata de condensare a moleculelor din primul strat este egala cu rata de evaporare a
moleculelor din zonele acoperite cu un singur strat de moleculebull caldura de adsorbtie peste primul strat este constants si egala cu caldura de lichefiere
qqm=b(PPS)(1-PPs)(1-PPS+bPPS) ( 3 1 8 )
In care Ps - presiunea de vaporizare la saturatie la temperatura utilizata in test uzual 1 atm
q - cantitatea de substanta adsorbita la presiunea P
qm - cantitatea de substanta adsorbita numai cand se constata acoperirea totala a suprafetei cu un strat monomolecular
b - constanta determinata experimental
In figura 336 se prezinta o relatie tipica intre marimea porilor si suprafata totala Suprafata cumulativa este data de insumarea suprafetelor tuturor porilor cu un diametru dat sau mai mare Se remarca faptul ca marea majoritate a suprafetei este atribuita porilor de mici dimensiuni
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI60
3133 Teste uzuale de adsorbtie
In practica se utilizeaza o serie intreaga de teste pentru a determina capacitatea de adsorbtie pentru diferite tipuri de carbune activ Printre acestea se mentioneaza
- Indicele Iod reprezinta cantitatea de iod in miligrame pe gram adsorbit de un carbune activ la echilibru cu o solutie I2-KI cu concentratia 002 N indicele iod indica suprafata totala a porilor cu diametru de 10 A sau mai mare valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 800 - 1000 mgg
Indicele Melasa reprezinta un indicator al puterii de decolorare a carbunelui activ granular in contact cu 0 solutie de melasa la fierbere indicele melasa este in stricta legatura cu suprafata totala a porilor cu diametrul mai mare de 28 A valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 200 - 300
- Indicele Albastru de Metilen reprezinta cantitatea de albastru de metilen adsorbita de 1 g de carbune activ la echilibru in contact cu o solutie cu concentratia 1 mg1 de albastru de metilen Albastrul de metilen are greutatea moleculara 320 si indica suprafata totala a porilor cu diametrul de 15 A
- Activitatea tetraclorurii de carbon tetraclorura de carbon CC14 este un compus molecular mic si poate intra in toti porii In acest test un curent de aer este saturat cu CCI4 la 0 degC si este trecut printr-un strat de carbune activ mentinut la 25 degC pana cand nu se mai detecteaza nici o schimbare in greutate Activitatea este greutatea CCI4 adsorbita pe unitatea de greutate de carbune activ exprimata procentual Valorile uzuale ale acestui indicator sunt in gama 60 -80
- Indicele butan este similar activitatii tetraclorurii de carbon valoarea acestuia este exprimata grame de butan adsorbite pe 100 ml carbune activ valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 7 - 8 g 100 ml carbune activ
- Indicele FINAD stabilit de cercetatorul C Gomella si reprezinta un produs al mai multor indici F - fenol I - iod N - indol A - antipirina D - detergent
316 Deferizarea si demanganizarea apei
Fierul (Fe) si manganul (Mn) sunt elemente care se gasesc frecvent in mediul subteran si in apa apar in concentratii pana la 10 mg1 (Fe) si 2 mg1 (Mn) Prezenta fierului si manganului in apele potabile pot genera urmatoarele probleme
bull produce gust metalic dezagreabil
bull coloreaza tesaturile si echipamentele sanitare
bull formeaza precipitate in conducte care favorizeaza dezvoltarea bacteriilor feruginoase (Chrenothrix) acestea modifica regimul hidraulic calitatea apei distribute si favorizeaza fenomenele de coroziune
3161 Echilibrul fierului si manganului in apa
Fierul si manganul sunt prezente dizolvate in solutiile apoase sub forma Fe2+si Mn2+ Concentratia in oxigen a apelor subterane care contin Fe si Mn este nula Din namolurile situate in
2+ ~
zona anaeroba din hipolimnion se elibereaza ioni de Fe2+ si Mnz+ in apele lacurilor In numeroase ape naturale se remarca prezenta Fe3+ asociata cu substantele humice Stabilitatea fierului si manganului in apa depinde de numeroase variabile
bull pH-ul apei
bull concentratia diferitelor elemente chimice
bull potentialul de oxido-reducere (Eh) al solutiei
In figura 341 se prezinta diagrama de stabilitate a formelor fierului in solutie in aceasta diagrama o curba (linie) reprezinta locul geometric pentru care concentratia celor doua substante este aceeasi De exemplu linia 1 reprezinta solutia pentru care O2 si H2O au aceeasi valoare Aria cuprinsa intre curbele 1 si 2 reprezinta aria de stabilitate a compusilor de Fe Chimia manganului este asemanatoare cu cea a Fe Astfel la pH si Eh reduse Fe si Mn sunt stabile in forme bivalente
3313 Dioxidul de clor (CIO2)
Se poate obtine din clorit de sodiu si clor conform reactiei
2NaC102 + Cl2rarr2C102 + 2NaCl (31)
Stoechiometric 1 g dioxid de clor se obtine din 134 g clorita de sodiu si 05 g de clor
Este instabil si exploziv la temperaturi T gt (-40degC) Se produce imediat inainte de injectia in apa La 20degC si presiune partiala de 53 kPa solubilitatea este 4 gdm3
Avantajele utilizarii CIO2 sunt
bull nu formeaza sub-produsi de tip trihalometani (THM)
bull are putere oxidanta mai buna oxideaza fenoli si este foarte eficace la pH peste 85
Dozele utilizate frecvent 01 - 05 mgl timpul de contact fiind Tc = 10 min Se mentioneaza ca pentru doze mai mare de 05 mgl exista riscul formarii de sub-produsi de tip clorati
Reactoarele de pre-oxidare utilizeaza agitatoare mecanice (rezistente la coroziune) care asigura amestecul mecanic cu randamente ridicate intre apa de tratat si solutia de CIO2
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 4
332 Post-oxidare
In filierele de tratare se dezvolta din ce in ce mai mult conceptul de post-oxidare cu ozon pe apa limpezita dupa filtrele rapide de nisip pentru ca eficienta transferului creste se reduc dozele de ozon si oxidarea micro-poluantilor devine mai eficienta
incadrarea procesului de post-oxidare in schema statiei de tratare se realizeaza totdeauna ca infigura 310 n
Dozele de 03 in post-oxidare nu depasesc 2 mgl Principiile reactoarelor de ozon sunt identice cu cele utilizate in pre-oxidare
Post-oxidarea cu ozon combinata cu adsorbtia pe CAG este procesul (denumit afinare) capabil sa asigure
- eliminare totala compusi biologici microbiologici si micropoluanti
- reducere materiilor organice naturale astfel incat TOC lt 25 g Cl
- eliminare pesticide
333 Alegerea oxidantului
Alegerea oxidantului se bazeaza pe analiza calitatii apei caracterizarea marimii poluarii care poate apare (continut materii organice naturale carbon organic total numar de microorganisme perioade duraf deg ce aparitie)
Alegerea agentului oxidant are la baza costuri si implicatii in filiera tehnologica
Tabelul 35 Caracteristici principale Tn alegerea oxidantilor Nr crt
Oxidant Avantaje Dezavantaje
1 Clor-Cl2 - costuri reduse- cunoastere operare- este remanent (rezidual) in reteaua de
distributie
formeaza THM - necesita timpi de contact mari
2 Dioxid de clor - C102 - capacitate de oxidare mai ridicata in raport cu Cl2
- nu formeaza THM- este remanent (rezidual) in reteaua de
distributie
- necesita preparare si dozare instantanee- la doze prea mari poate forma cloraticosturi mai mari in raport cu Cl2
3 Ozon - 03 - cea mai mare capacitate de oxidare- nu formeaza THM
- necesita preparare si dozare instantaneeconsumuri energetice mari- poate forma subprodusi de tip bromaji sau
aldehide- nu este remanent (rezidual) in reteaua de
distributie
4
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 4
Figura 311 Fortele
ce actioneaza asupra
particulelor aflate Tn
apa
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
3511 Deznisipatoare
Sunt destinate sa retina particulele de tip nisip pentru protectia utilajelor din schema statiei de tratare Schema unui deznisipator orizontal este data in figura 313
Figura 313 Deznisipator orizontal longitudinal
1 Gratar 2 Bare de linistire 3 Nisa pentru reparatii Tn caz de avarie 4 Stavilar de intrare 5 Vane de golire 6 Stavilarde iesire 7 Galerie de golire
In zona de intrare a apei in deznisipator se monteaza un gratar rar pentru impiedicarea accesului corpurilor mari in interiorul bazinului Pentru linistirea curentului se monteaza bare verticale de linistire Peretii laterali ai deznisipatorului se executa cu evazare catre exterior pentru a permite preluarea impingerilor survenite din podul de gheata care se formeaza pe timp de iarna la suprafata bazinului Panta radierului bazinului trebuie sa permita evacuarea depunerilor in zona din aval a bazinului Evacuarea depunerilor se poate realiza cu mai multe sisteme
bull prin hidro-mecanizare cu scoaterea din functiune a unui compartiment
bull prin golirea totala a compartimentului (numai pentru debite foarte reduse)
bull cu electro-pompe speciale purtate de o grinda rulanta
3512 Decantoare statice
Sunt destinate surselor cu variatii mari de turbiditate la care 50 - 60 din suspensii sunt de natura minerala (gravimetrice) in figura 314 se prezinta schema unui decantor orizontal longitudinal Elementele principale ale bazinului sunt
bull zona de intrare in care se gaseste un perete de linistire a curentului in partea superioara respectiv canalul de evacuare a depunerilor in partea inferioara
bull decantorul propriu-zis cu radier cu panta catre basa de evacuare a namolului amplasata in zona incipienta a bazinului
bull zona de evacuare a apei decantate care este bordata de un gratar cu rolul impiedicarii accesului plutitorilor
Curatirea decantoarelor orizontale se realizeaza
bull Intermitent prin golire si evacuare depuneri hidraulic sau mecanic
bull Continuu cu ajutorul podurilor racloare care strang depunerile in base special amenajate
Dificultatile in operarea decantoarelor statice se pot sintetiza
bull sunt influentate de factori atmosferici vant gheata insorire
bull miscarea este turbulenta ca structura si particule fine pot fi repuse in stare de suspensie
bull echilibrarea fluxului hidraulic se realizeaza cu dificultate
bull eficienta retinerii nu depaseste 10-15 NTU la apa decantata
37 Filtrarea apei - generalitati
Filtrarea este procesul de limpezire finala a apei (stadiul II) la curgerea printr-un mediu poros de obicei format din nisip cuartos Procesul simuleaza infiltratia apelor superficiale in mediile poroase din subsolul pamantului Procesul este cunoscut si aplicat de mult timp (primul brevet s-a emis in 1830)
Schema generala (figura 323) indica filtrul ca fiind format dintr-un bazin (cuva) in care apa curge in sens descendent traverseaza mediul poros sustinut de un drenaj si ajunge intr-un rezervor de apa filtrata amplasat sub drenaj Sistemul este dotat cu toate instalatiile de introducere -prelevare apa preaplin si golire
Parametrii fundamentali ai procesului de filtrare sunt
bull viteza de filtrare definita (ca viteza aparenta) cu relatia urmatoare
vF = Q A [ m h ] [mzi] (313)
In care
Q - debitul de apa filtrata
A - suprafata orizontala a stratului filtrant in
functie de viteza de filtrare se pot clasifica in
o filtre lente (biologice) - VF = 01 - 025 [mh]
o filtre rapide - vF = 4 - 10 [mh|
o filtre ultra-rapide
bull mediul filtrant - in general nisip cuartos care sa realizeze prin uniformitatea granulelor un volum de goluri in care sa se acumuleze suspensia retinuta din apa caracteristicile sunt diferite pe tipuri de filtre
bull pierderea de sarcina (hr) exprimata ca diferenta intre nivelul apei in cuva filtrului si nivelul apei in rezervorul de apa filtrata este data de colmatarea stratului si este variabila in timp
49
38 Filtre lente
Se bazeaza pe formarea unei membrane biologice constituita din colonii de bacterii aerobe -amplasata la suprafata stratului de nisip (pe primii 2-3 cm) Elementul fundamental este dezvoltarea membranei (in 1 - 3 zile) functie de caracteristicile apei Dupa o perioada (30 - 50 zile) membrana se colmateaza si incepe sa se rupa degradand calitatea apei Aceasta se razuieste (se curata) manual sau mecanic si procesul este reluat In figura 52 se indica schema unui filtru lent
Dispoizitiv de curatat_____________________________membrana biologtca
Figura 325 indica tipurile de organisme care pot fi intalnite pe o adancime de 30 cm in nisipul filtrului lent
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
Nisipul din filtrul lent trebuie sa aiba urmatorii parametri
bull granulozitatea in domeniul dg = 035 - 050 mm
bull coeficientul de neuniformitate ult 15
(314)
In care d6o - diametral ochiurilor sitei prin care trece 60 din materialul cernut
d1o - diametral ochiurilor sitei prin care trece 10 din materialul cernut
01
50
bull inaltimea stratului de nisip H=90-100 cm cand grosimea stratului de nisip ajunge dupa curatiri succesive la 70 - 80 cm este necesara completarea la inaltimea initiala
Solutia filtrelor lente se prevede la debite relativ mici (max 10000 m zi) si surse de apa in general curate (lipsite de alge culoare poluanti toxici) Se pot obtine rezultate performante la ape necoagulate Operarea sistemelor de filtre lente este simpla Procesul de filtrare lenta este asimilat cu procese fizice si biologice Acestea din urma necesita o atentie si urmarire continua in etapele de operare a filtrelor in special referitor la starea coloniilor de bacterii aerobe din membrana biologica
310Filtre rapide
In figura 326 se prezinta schema unui filtru rapid Acesta este constituit din urmatoarele elemente componente
bull sistem admisie apa in cuva - are rolul echirepartitiei debitului catre cuvele de filtre
bull stratul filtrant peste care exista un strat de apa
bull drenaj cu rolul de a sustine stratul filtrant si de a transforma bulele mari in bule fine in procesul de spalare inversa
bull sistem de mentinere a nivelului apei in filtru (pentru filtrele cu functionare in sistem nivel constant si debit variabil)
bull statie de pompare apa de la spalare filtre si statie de suflante
bull instalatii hidraulice grupate in galeria tehnologica cu rolul de a asigura toate utilitatile necesare functionarii corecte a procesului (conducte si vane apa filtrata apa spalare aer spalare preaplin golire etc)
bull rezervor de apa filtrata amplasat de obicei sub toata statia sau in anumite cazuri numai sub galeria tehnologica
Procesul consta in doua etape
bull filtrarea apei parcurgand in sens descendent stratul de nisip si drenajul
bull spalarea filtrului in sens ascendent in doua faze distincte
o faza 1 (durata Ti=5-10 min)
o faza 2 - limpezire (durata Ti=10-15 min)
51
in ultimii 30-40 de ani in lume a existat o preocupare constants pentru perfectionarea procesului in sensul obtinerii performantei in calitatea apei filtrate (turbiditatea sa se incadreze in domeniulOl - 10 NTU)
Mecanismele de retinere in filtrele rapide se pot sintetiza ca in schema urmatoare
3101 Mediul filtrant
Calitatile materialului filtrant sunt urmatoarele
bull domeniul de granulozitate dg = 085 - 2 mm
bull coeficientul de neuniformitate u=d6odio lt 15
bull fractiunile inferioare diametrului 085 mm si superioare dmax 2 mm inferioare procentual la 10 in greutate
bull diametrul efectiv def = dio = 09-1 mm
bull sa realizeze un numar de goluri (porozitate) mare (pgt40)
bull forma granulelor apropiata de sfera pentru obtinerea unui grad de acoperire ridicat
bull continut de roci cuartoase recomandabil peste 95
bull sa aiba duritate (gt 7 in scara Mohs) pentru a nu se sfarama la spalare
Calitatea materialului filtrant influenteaza viteza de filtrare O serie de studii au indicat domeniul optim de granulozitate al nisipului de filtru conform figurii 328
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 52
3102 Calitatea influentului fn corelatie cu materialul filtrant
Pentru realizarea unei retineri eficiente a suspensiilor se impune ca in influentul filtrelor acestea sa fie floculate Aceasta se caracterizeaza prin coeficientul de coeziune al suspensiilor floculate (namol retinut) aceasta caracterizeaza capacitatea de rezistenta la forfecare si depinde de doza de floculant si natura (minerala sau organica a suspensiilor)
Procesul de optimizare a filtrarii rapide a apei ia in considerate principiul un filtru va functiona optim cand va produce cea mai mare cantitate de apa intre doua spalari succesive aceasta se va realiza cand timpul in care se atinge pierderea de sarcina limita este egal cu timpul in care se calitatea apei filtrate se inrautateste la limita maxim acceptabila (Ti = T2) sau penetrarea impuritatilor in interiorul masei filtrante se va efectua cu aceeasi viteza cu care creste pierderea de sarcina Expresiile celor doua perioade au fost determinate de cercetatorii Richard si Croce-Spinelli
Tx = a bull σ - 0 9 5 bull k-075bull def-045bull h0
n95bull v -185 (316)
T l = b bull σ-075 k - 0 7 5 bull dlef
1 5 Δhr05 bull vF
-065 (317)
In care Ti - perioada in care turbiditatea apei filtrate atinge valoarea limita (1 NTU)
T2 - perioada in care se atinge pierderea de sarcina limita (15 - 18 m)
a b - coeficienti empirici (experimentali)
hn - grosime strat nisip
Δhr- viteza de crestere a pierderii de sarcina
INSPECTIA SANITARA SI MOMTORIZAREA CALITATII APEI
VF - viteza de filtrare
k - coeficient de coeziune al namolului
a - depozitul specific (volumul de suspensii raportat la volumul de material filtrant)
Se constata ca fiecare filtru poate conduce la un ciclu optim functie de calitatea nisipului grosimea stratului calitatea flocularii suspensiilor din apa influenta si viteza de filtrare
3103 Variatia pierderii de sarcina
Urmarirea pierderii de sarcina este importanta pentru ca poate pune in evidenta functionarea filtrului Operarea optima a unui filtru se realizeaza prin urmarirea in timp a variatiei pierderii de sarcina si turbiditatii Masurile pentru realizarea acestui optim sunt
53
bull reducerea vitezei - cele mai performante filtre lucreaza cu viteze de filtrare variabile astfel incat colmatarea stratului sa se realizeze fara socuri
bull adaugarea unui polimer (doze 01 - 02 mgl) in influent pentru a mari rezistenta particulelor floculate
bull imbunatatirea calitatii nisipului
Presiune (m col H20)
Figura 329 Estimarea pierderii de sarcina Tn
stratul filtrant
3104 Spalarea filtrelor
Se realizeaza in contra curent de apa si aer comprimat Elementele tehnice care intervin esential in obtinerea performantelor spalarii sunt
bull calitate drenaj - din punct de vedere al uniformitatii debitelor de apa si aer
bull colectarea uniforma a apei de la spalare
bull metoda de spalare care sa asigure eliminarea totala a suspensiilor retinute in strat cu resurse minime
bull drenaj de mare rezistenta hidraulica (cu placi cu crepine)
Se bazeaza pe principiul introducerii unei rezistente hidraulice de 15 - 20 cm coloana de apa (reducerea brusca de sectiune la intrarea apei in tija crepinei) care asigura uniformizarea intensitatilor de spalare pe suprafata cuvei (abateri de plusmn 3-5) In figura 330 se prezinta schema drenajului cu placi cu crepine
Se pun conditii severe din punct de vedere constructiv pentru realizarea drenajului
bull asigurarea etansarii perfecte
bull asigurarea cotei exacte si unice pentru pozitia orificiilor de aer
bull rezistenta cosurilor crepinelor
bull asigurarea formarii unui nivel de separatie apa - aer uniform si constant pe toata suprafata cuvei
Cele mai performante filtre din punct de vedere al spalarii sunt filtrele cu baleiaj la spalare (figura 331)
INSPECTIA SANITARA SI MOMTORIZAREA CALITATII APEI
55
55
in perioada de spalare a filtrului nivelul in cuva se afla la cota NS jgheaburile J nu mai deverseaza si prin orificiile de la baza jgheaburilor se creeaza un curent de baleiaj (1-2 dm3sm2) cu apa decantata care impinge suspensiile spre jgheabul de colectare Se reduc astfel timpii de spalare (cu 50) si intensitatile si volumele de apa de spalare
Prin curgerea ascendenta a aerului masa de nisip vibreaza si peliculele de namol se desprind de granule Curentul ascendent de apa le antreneaza Spalarea numai cu aer induce vibrarea masei de nisip si depunerea namolului in zona inferioara a stratului De aceea este contraindicata spalarea numai cu aer in faza 1
In general echipamentele pentru asigurarea debitelor apa de spalare se adopta un utilaj (pompa) in faza 1 si inca o pompa de acelasi tip pentru faza a Il-a
3105 Asigurarea repartitiei uniforme a influentului
Pentru asigurarea repartitiei uniforme a apei decantate se utilizeaza diverse sisteme Cel mai performant este sistemul cu deversori neinecati conform cu schema din figura 332
3106 Sistemele hidraulice
Sistemele hidraulice asigura deservirea statiei de filtre atat in procesul de filtrare cat si in procesul de spalare Acestea se vor dimensiona conform vitezelor economice prezentate in tabelul urmator
3107 Reglajului debitului si nivelului de apa in cuva
Pentru filtrele care functioneaza cu nivel constant si debit variabil este foarte important ca nivelul apei in filtru se fie mentinut pseudo-constant Aceasta se asigura cu diverse sisteme de plutitori (regulator de nivel amonte) care comanda vana de pe conducta de apa filtrata sau cu sisteme electronice si hidraulice conform figurii 333
Figura 333 Sistem de reglare electronic al nivelului apei Tn filtru
Legends 1 Strat filtrant 2 Vana apa filtrata 3 Parghie comanda vana 4 Electrovana de comanda 5 Regulator electronic 6 Senzor de presiune pentru nivel filtru 7 Senzor de presiune sub planseu 8 Potentiometru 9 Indicator de
colmatare 10 Alimentare cu fluid de comanda
313 Afin area apei
Procesul de afmare a apei este constituit din combinatia intre procesul de post-oxidare cu ozon a apei filtrate urmat de adsorbtie pe carbune activ granular
3131 Post-oxidarea cu ozon
Ozonul (O3) se obtine din aer sau oxigen supus la descarcari electrice printr-un dielectric In figura 334 se prezinta un element dintr-un ozonor
figura 334 Element tubular de ozonor
1 - Intrare gaz vector (aeroxigen) 2 3 - Electrozi 4 - Dielectric 5 - Spatiu de descarcare electrica 6 - Gaz vector +
ozon 7 - Apa racire
Diferentele de potential la care se lucreaza sunt cuprinse intre 6000 - 18000 V functie de natura si grosimea dielectricului marimea spatiului de descarcare si presiunea absoluta de functionare
Concentratiile de ozon in gazul vector obisnuite sunt
bull 10-40gm - in cazul utilizarii aerului
bull 10-140 gm3 - in cazul utilizarii oxigenului
Pentru a realiza concentratii optime si stabilitatea procesului se cere punct de roua -60degC -80degC
Energia specifics pentru productia de ozon
bull 13-18 kWhkg O3 - produs din aer
bull 8-10 kWhkg O3 - produs din oxigen
Actiunea O3 asupra apelor de consum se poate sintetiza
bull imbunatatirea calitatilor organoleptice (gust miros culoare)
bull activitate bactericide si virulicida
bull oxidarea materiilor organice
bull oxidare micro-poluanti
bull imbunatatirea biodegradabilitatii in amonte de CAG
3132 Adsorbtie pe carbune activ granular (CAG)
Carbunele activ se poate obtine din carbuni minieri sau din coaja de nuca de cocos Majoritatea carbunilor minieri pot fi convertiti in carbune activ insa proprietatile carbunelui activ depind esential de calitatea initiala a carbunilor in special in ceea ce priveste duritatea acestora in acest sens se utilizeaza adesea coaja nucilor de cocos pentru fabricarea carbunelui activ
Exista o multitudine de procese de fabricare a carbunelui activ insa eel mai dezvoltat este piroliza urmata de activarea cu gaze de oxidare Piroliza (carbonizarea) presupune incalzirea materialului la temperaturi intre 600 si 900 degC in absenta aerului Pentru obtinerea unei porozitati ridicate se pot utiliza adaosuri de cloruri metalice (de exemplu ZnCl) Piroliza poate reprezenta unicul pas de activare in cazul in care se doreste obtinerea unui material cu 0 porozitate ridicata
A doua etapa este cea de oxidare care se realizeaza de obicei cu abur sau uneori cu aer Temperaturile sunt uzuale in gama de 600 - 900 degC Pe parcursul acestei etape se realizeaza 0 erodare a suprafetei interne a carbunelui si dezvoltarea unei retele extensive de micropori care cresc capacitatea de adsorbtie
58
Printre proprietatile principale ale carbunelui activ se enumera continutul de cenusa umiditatea densitatea marimea particulelor duritatea volumul si distributia dupa marime a porilor suprafata interna
31321 Continutul in cenusa
Continutul in cenusa este reprezentat de reziduul obtinut prin calcinarea la temperatura de 954 degC timp de 3 ore in aer Uzual continutul de cenusa variaza intre 3 si 10 Pentru reducerea cantitatii de cenusa se poate utiliza spalarea cu acid
31322 Umiditatea
Umiditatea se determina prin uscarea in cuptor timp de 3 ore a unei cantitati de 5 sau 10 g de carbune activ la temperatura 150 degC Se determina greutatea inainte si dupa uscare si racire in exicator Umiditatea in vrac a carbunelui activ este recomandabil sa fie limitata la maxim 5
31323 Densitatea
Sunt mai multe tipuri de densitati printre care se mentioneaza densitatea in vrac densitatea aparenta densitatea particulei si densitatea reala Densitatea in vrac sau densitatea aparenta reprezinta greutatea carbunelui activ uscat raportata la volumul pe care acesta il ocupa Aceasta se determina prin umplerea unui cilindru cu volumul de 100 ml cu carbune prin cadere libera dintr-o masina vibratoare si cantarirea volumului respectiv Valorile uzuale sunt in gama 05 - 06 gml pentru carbune activ fabricat din carbune minier respectiv 024 - 030 mg1 pentru carbune activ fabricat din lemn
Densitatea particulei reprezinta densitatea unei particule singulare Volumul pe care se bazeaza include volumul porilor precum si volumul materialului Densitatea particulei se determina in mod uzual cu mercur la presiunea atmosferica (mercurul umple spatiile goale din particula de carbune activ dar nu umple porii) Valorile uzuale sunt in gama 074 - 080 gml
Densitatea reala sau densitatea scheletului este cea determinate numai pe materialul (carbunele) propriu-zis Pentru determinarea acesteia se utilizeaza uzual o metoda de inlocuire cu heliu (heliul intra practic in toti porii materialului) Valorile uzuale sunt in gama 21 - 22 gml
31324 Marimea particulelor
Aceasta se determina prin cernerea a 100 sau 200 g de carbune printr-un sistem de site mecanice timp de 10 minute dupa care se cantaresc retinerile pe fiecare sita in parte Carbunele activ pudra se incadreaza de obicei in domeniul 005 mm - 15 mm
31325 Friabilitatea
Capacitatea carbunelui activ de a rezista la abraziune este unul dintre parametrii cei mai importanti Procedura de determinare a friabilitatii carbunelui activ presupune determinarea granulozitatii acestora inainte si dupa testul propriu-zis care consta in concasarea succesiva a carbunelui intr-un recipient alaturi de bile de otel inoxidabil Valorile uzuale ale indicelui de friabilitate sunt 65 - 80 (practic 70 - 75) ceea ce atesta faptul ca materialul este foarte usor friabil si este necesar atentie la procedura de spalare
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATIIAPEI 59
31326 Volumul si distributia dupa marime a porilor
Volumul porilor reprezinta volumul total al porilor din particula de carbune activ granular raportat la greutate Valorile uzuale sunt de ordinul 08 - 12 mlg pentru carbune activ fabricat din carbuni minieri respectiv 22-25 mlg pentru carbune activ fabricat din lemn Volumul total al porilor poate fi determinat printr-un test de adsorbtie cu azot desfasurate astfel incat azotul condensat sa intre in totalitate in porii carbunelui
Carbunele activ confine o structura complexa de pori de forme si marimi diferite Porii au de obicei o geometrie neregulata si sunt interconectati Dimensiunile porilor sunt uzual intre 10 A si 100000 A (001 cm) Distributia dupa marime a porilor depinde de tipul de material utilizat si de metoda si de durata procesului de activare
31327 Suprafata internaSuprafata interna a materialelor poroase in general se determinS cu ecuatia BET stabilita de
Brunauer Emmett si Teller Ecuatia descrie formarea de strate multiple de gaz condensat care apar atunci cand un gaz adsorbabil (de exemplu azotul) este in contact cu materialul poros Intr-un astfel de test se utilizeaza azot la temperatura de fierbere si presiunea atmosferica (-196 degC sau 77 K)
Ecuatia BET (expresia 318) a fost derivata presupunand urmatoarelebull rata de condensare a moleculelor din primul strat este egala cu rata de evaporare a
moleculelor din zonele acoperite cu un singur strat de moleculebull caldura de adsorbtie peste primul strat este constants si egala cu caldura de lichefiere
qqm=b(PPS)(1-PPs)(1-PPS+bPPS) ( 3 1 8 )
In care Ps - presiunea de vaporizare la saturatie la temperatura utilizata in test uzual 1 atm
q - cantitatea de substanta adsorbita la presiunea P
qm - cantitatea de substanta adsorbita numai cand se constata acoperirea totala a suprafetei cu un strat monomolecular
b - constanta determinata experimental
In figura 336 se prezinta o relatie tipica intre marimea porilor si suprafata totala Suprafata cumulativa este data de insumarea suprafetelor tuturor porilor cu un diametru dat sau mai mare Se remarca faptul ca marea majoritate a suprafetei este atribuita porilor de mici dimensiuni
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI60
3133 Teste uzuale de adsorbtie
In practica se utilizeaza o serie intreaga de teste pentru a determina capacitatea de adsorbtie pentru diferite tipuri de carbune activ Printre acestea se mentioneaza
- Indicele Iod reprezinta cantitatea de iod in miligrame pe gram adsorbit de un carbune activ la echilibru cu o solutie I2-KI cu concentratia 002 N indicele iod indica suprafata totala a porilor cu diametru de 10 A sau mai mare valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 800 - 1000 mgg
Indicele Melasa reprezinta un indicator al puterii de decolorare a carbunelui activ granular in contact cu 0 solutie de melasa la fierbere indicele melasa este in stricta legatura cu suprafata totala a porilor cu diametrul mai mare de 28 A valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 200 - 300
- Indicele Albastru de Metilen reprezinta cantitatea de albastru de metilen adsorbita de 1 g de carbune activ la echilibru in contact cu o solutie cu concentratia 1 mg1 de albastru de metilen Albastrul de metilen are greutatea moleculara 320 si indica suprafata totala a porilor cu diametrul de 15 A
- Activitatea tetraclorurii de carbon tetraclorura de carbon CC14 este un compus molecular mic si poate intra in toti porii In acest test un curent de aer este saturat cu CCI4 la 0 degC si este trecut printr-un strat de carbune activ mentinut la 25 degC pana cand nu se mai detecteaza nici o schimbare in greutate Activitatea este greutatea CCI4 adsorbita pe unitatea de greutate de carbune activ exprimata procentual Valorile uzuale ale acestui indicator sunt in gama 60 -80
- Indicele butan este similar activitatii tetraclorurii de carbon valoarea acestuia este exprimata grame de butan adsorbite pe 100 ml carbune activ valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 7 - 8 g 100 ml carbune activ
- Indicele FINAD stabilit de cercetatorul C Gomella si reprezinta un produs al mai multor indici F - fenol I - iod N - indol A - antipirina D - detergent
316 Deferizarea si demanganizarea apei
Fierul (Fe) si manganul (Mn) sunt elemente care se gasesc frecvent in mediul subteran si in apa apar in concentratii pana la 10 mg1 (Fe) si 2 mg1 (Mn) Prezenta fierului si manganului in apele potabile pot genera urmatoarele probleme
bull produce gust metalic dezagreabil
bull coloreaza tesaturile si echipamentele sanitare
bull formeaza precipitate in conducte care favorizeaza dezvoltarea bacteriilor feruginoase (Chrenothrix) acestea modifica regimul hidraulic calitatea apei distribute si favorizeaza fenomenele de coroziune
3161 Echilibrul fierului si manganului in apa
Fierul si manganul sunt prezente dizolvate in solutiile apoase sub forma Fe2+si Mn2+ Concentratia in oxigen a apelor subterane care contin Fe si Mn este nula Din namolurile situate in
2+ ~
zona anaeroba din hipolimnion se elibereaza ioni de Fe2+ si Mnz+ in apele lacurilor In numeroase ape naturale se remarca prezenta Fe3+ asociata cu substantele humice Stabilitatea fierului si manganului in apa depinde de numeroase variabile
bull pH-ul apei
bull concentratia diferitelor elemente chimice
bull potentialul de oxido-reducere (Eh) al solutiei
In figura 341 se prezinta diagrama de stabilitate a formelor fierului in solutie in aceasta diagrama o curba (linie) reprezinta locul geometric pentru care concentratia celor doua substante este aceeasi De exemplu linia 1 reprezinta solutia pentru care O2 si H2O au aceeasi valoare Aria cuprinsa intre curbele 1 si 2 reprezinta aria de stabilitate a compusilor de Fe Chimia manganului este asemanatoare cu cea a Fe Astfel la pH si Eh reduse Fe si Mn sunt stabile in forme bivalente
332 Post-oxidare
In filierele de tratare se dezvolta din ce in ce mai mult conceptul de post-oxidare cu ozon pe apa limpezita dupa filtrele rapide de nisip pentru ca eficienta transferului creste se reduc dozele de ozon si oxidarea micro-poluantilor devine mai eficienta
incadrarea procesului de post-oxidare in schema statiei de tratare se realizeaza totdeauna ca infigura 310 n
Dozele de 03 in post-oxidare nu depasesc 2 mgl Principiile reactoarelor de ozon sunt identice cu cele utilizate in pre-oxidare
Post-oxidarea cu ozon combinata cu adsorbtia pe CAG este procesul (denumit afinare) capabil sa asigure
- eliminare totala compusi biologici microbiologici si micropoluanti
- reducere materiilor organice naturale astfel incat TOC lt 25 g Cl
- eliminare pesticide
333 Alegerea oxidantului
Alegerea oxidantului se bazeaza pe analiza calitatii apei caracterizarea marimii poluarii care poate apare (continut materii organice naturale carbon organic total numar de microorganisme perioade duraf deg ce aparitie)
Alegerea agentului oxidant are la baza costuri si implicatii in filiera tehnologica
Tabelul 35 Caracteristici principale Tn alegerea oxidantilor Nr crt
Oxidant Avantaje Dezavantaje
1 Clor-Cl2 - costuri reduse- cunoastere operare- este remanent (rezidual) in reteaua de
distributie
formeaza THM - necesita timpi de contact mari
2 Dioxid de clor - C102 - capacitate de oxidare mai ridicata in raport cu Cl2
- nu formeaza THM- este remanent (rezidual) in reteaua de
distributie
- necesita preparare si dozare instantanee- la doze prea mari poate forma cloraticosturi mai mari in raport cu Cl2
3 Ozon - 03 - cea mai mare capacitate de oxidare- nu formeaza THM
- necesita preparare si dozare instantaneeconsumuri energetice mari- poate forma subprodusi de tip bromaji sau
aldehide- nu este remanent (rezidual) in reteaua de
distributie
4
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 4
Figura 311 Fortele
ce actioneaza asupra
particulelor aflate Tn
apa
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
3511 Deznisipatoare
Sunt destinate sa retina particulele de tip nisip pentru protectia utilajelor din schema statiei de tratare Schema unui deznisipator orizontal este data in figura 313
Figura 313 Deznisipator orizontal longitudinal
1 Gratar 2 Bare de linistire 3 Nisa pentru reparatii Tn caz de avarie 4 Stavilar de intrare 5 Vane de golire 6 Stavilarde iesire 7 Galerie de golire
In zona de intrare a apei in deznisipator se monteaza un gratar rar pentru impiedicarea accesului corpurilor mari in interiorul bazinului Pentru linistirea curentului se monteaza bare verticale de linistire Peretii laterali ai deznisipatorului se executa cu evazare catre exterior pentru a permite preluarea impingerilor survenite din podul de gheata care se formeaza pe timp de iarna la suprafata bazinului Panta radierului bazinului trebuie sa permita evacuarea depunerilor in zona din aval a bazinului Evacuarea depunerilor se poate realiza cu mai multe sisteme
bull prin hidro-mecanizare cu scoaterea din functiune a unui compartiment
bull prin golirea totala a compartimentului (numai pentru debite foarte reduse)
bull cu electro-pompe speciale purtate de o grinda rulanta
3512 Decantoare statice
Sunt destinate surselor cu variatii mari de turbiditate la care 50 - 60 din suspensii sunt de natura minerala (gravimetrice) in figura 314 se prezinta schema unui decantor orizontal longitudinal Elementele principale ale bazinului sunt
bull zona de intrare in care se gaseste un perete de linistire a curentului in partea superioara respectiv canalul de evacuare a depunerilor in partea inferioara
bull decantorul propriu-zis cu radier cu panta catre basa de evacuare a namolului amplasata in zona incipienta a bazinului
bull zona de evacuare a apei decantate care este bordata de un gratar cu rolul impiedicarii accesului plutitorilor
Curatirea decantoarelor orizontale se realizeaza
bull Intermitent prin golire si evacuare depuneri hidraulic sau mecanic
bull Continuu cu ajutorul podurilor racloare care strang depunerile in base special amenajate
Dificultatile in operarea decantoarelor statice se pot sintetiza
bull sunt influentate de factori atmosferici vant gheata insorire
bull miscarea este turbulenta ca structura si particule fine pot fi repuse in stare de suspensie
bull echilibrarea fluxului hidraulic se realizeaza cu dificultate
bull eficienta retinerii nu depaseste 10-15 NTU la apa decantata
37 Filtrarea apei - generalitati
Filtrarea este procesul de limpezire finala a apei (stadiul II) la curgerea printr-un mediu poros de obicei format din nisip cuartos Procesul simuleaza infiltratia apelor superficiale in mediile poroase din subsolul pamantului Procesul este cunoscut si aplicat de mult timp (primul brevet s-a emis in 1830)
Schema generala (figura 323) indica filtrul ca fiind format dintr-un bazin (cuva) in care apa curge in sens descendent traverseaza mediul poros sustinut de un drenaj si ajunge intr-un rezervor de apa filtrata amplasat sub drenaj Sistemul este dotat cu toate instalatiile de introducere -prelevare apa preaplin si golire
Parametrii fundamentali ai procesului de filtrare sunt
bull viteza de filtrare definita (ca viteza aparenta) cu relatia urmatoare
vF = Q A [ m h ] [mzi] (313)
In care
Q - debitul de apa filtrata
A - suprafata orizontala a stratului filtrant in
functie de viteza de filtrare se pot clasifica in
o filtre lente (biologice) - VF = 01 - 025 [mh]
o filtre rapide - vF = 4 - 10 [mh|
o filtre ultra-rapide
bull mediul filtrant - in general nisip cuartos care sa realizeze prin uniformitatea granulelor un volum de goluri in care sa se acumuleze suspensia retinuta din apa caracteristicile sunt diferite pe tipuri de filtre
bull pierderea de sarcina (hr) exprimata ca diferenta intre nivelul apei in cuva filtrului si nivelul apei in rezervorul de apa filtrata este data de colmatarea stratului si este variabila in timp
49
38 Filtre lente
Se bazeaza pe formarea unei membrane biologice constituita din colonii de bacterii aerobe -amplasata la suprafata stratului de nisip (pe primii 2-3 cm) Elementul fundamental este dezvoltarea membranei (in 1 - 3 zile) functie de caracteristicile apei Dupa o perioada (30 - 50 zile) membrana se colmateaza si incepe sa se rupa degradand calitatea apei Aceasta se razuieste (se curata) manual sau mecanic si procesul este reluat In figura 52 se indica schema unui filtru lent
Dispoizitiv de curatat_____________________________membrana biologtca
Figura 325 indica tipurile de organisme care pot fi intalnite pe o adancime de 30 cm in nisipul filtrului lent
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
Nisipul din filtrul lent trebuie sa aiba urmatorii parametri
bull granulozitatea in domeniul dg = 035 - 050 mm
bull coeficientul de neuniformitate ult 15
(314)
In care d6o - diametral ochiurilor sitei prin care trece 60 din materialul cernut
d1o - diametral ochiurilor sitei prin care trece 10 din materialul cernut
01
50
bull inaltimea stratului de nisip H=90-100 cm cand grosimea stratului de nisip ajunge dupa curatiri succesive la 70 - 80 cm este necesara completarea la inaltimea initiala
Solutia filtrelor lente se prevede la debite relativ mici (max 10000 m zi) si surse de apa in general curate (lipsite de alge culoare poluanti toxici) Se pot obtine rezultate performante la ape necoagulate Operarea sistemelor de filtre lente este simpla Procesul de filtrare lenta este asimilat cu procese fizice si biologice Acestea din urma necesita o atentie si urmarire continua in etapele de operare a filtrelor in special referitor la starea coloniilor de bacterii aerobe din membrana biologica
310Filtre rapide
In figura 326 se prezinta schema unui filtru rapid Acesta este constituit din urmatoarele elemente componente
bull sistem admisie apa in cuva - are rolul echirepartitiei debitului catre cuvele de filtre
bull stratul filtrant peste care exista un strat de apa
bull drenaj cu rolul de a sustine stratul filtrant si de a transforma bulele mari in bule fine in procesul de spalare inversa
bull sistem de mentinere a nivelului apei in filtru (pentru filtrele cu functionare in sistem nivel constant si debit variabil)
bull statie de pompare apa de la spalare filtre si statie de suflante
bull instalatii hidraulice grupate in galeria tehnologica cu rolul de a asigura toate utilitatile necesare functionarii corecte a procesului (conducte si vane apa filtrata apa spalare aer spalare preaplin golire etc)
bull rezervor de apa filtrata amplasat de obicei sub toata statia sau in anumite cazuri numai sub galeria tehnologica
Procesul consta in doua etape
bull filtrarea apei parcurgand in sens descendent stratul de nisip si drenajul
bull spalarea filtrului in sens ascendent in doua faze distincte
o faza 1 (durata Ti=5-10 min)
o faza 2 - limpezire (durata Ti=10-15 min)
51
in ultimii 30-40 de ani in lume a existat o preocupare constants pentru perfectionarea procesului in sensul obtinerii performantei in calitatea apei filtrate (turbiditatea sa se incadreze in domeniulOl - 10 NTU)
Mecanismele de retinere in filtrele rapide se pot sintetiza ca in schema urmatoare
3101 Mediul filtrant
Calitatile materialului filtrant sunt urmatoarele
bull domeniul de granulozitate dg = 085 - 2 mm
bull coeficientul de neuniformitate u=d6odio lt 15
bull fractiunile inferioare diametrului 085 mm si superioare dmax 2 mm inferioare procentual la 10 in greutate
bull diametrul efectiv def = dio = 09-1 mm
bull sa realizeze un numar de goluri (porozitate) mare (pgt40)
bull forma granulelor apropiata de sfera pentru obtinerea unui grad de acoperire ridicat
bull continut de roci cuartoase recomandabil peste 95
bull sa aiba duritate (gt 7 in scara Mohs) pentru a nu se sfarama la spalare
Calitatea materialului filtrant influenteaza viteza de filtrare O serie de studii au indicat domeniul optim de granulozitate al nisipului de filtru conform figurii 328
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 52
3102 Calitatea influentului fn corelatie cu materialul filtrant
Pentru realizarea unei retineri eficiente a suspensiilor se impune ca in influentul filtrelor acestea sa fie floculate Aceasta se caracterizeaza prin coeficientul de coeziune al suspensiilor floculate (namol retinut) aceasta caracterizeaza capacitatea de rezistenta la forfecare si depinde de doza de floculant si natura (minerala sau organica a suspensiilor)
Procesul de optimizare a filtrarii rapide a apei ia in considerate principiul un filtru va functiona optim cand va produce cea mai mare cantitate de apa intre doua spalari succesive aceasta se va realiza cand timpul in care se atinge pierderea de sarcina limita este egal cu timpul in care se calitatea apei filtrate se inrautateste la limita maxim acceptabila (Ti = T2) sau penetrarea impuritatilor in interiorul masei filtrante se va efectua cu aceeasi viteza cu care creste pierderea de sarcina Expresiile celor doua perioade au fost determinate de cercetatorii Richard si Croce-Spinelli
Tx = a bull σ - 0 9 5 bull k-075bull def-045bull h0
n95bull v -185 (316)
T l = b bull σ-075 k - 0 7 5 bull dlef
1 5 Δhr05 bull vF
-065 (317)
In care Ti - perioada in care turbiditatea apei filtrate atinge valoarea limita (1 NTU)
T2 - perioada in care se atinge pierderea de sarcina limita (15 - 18 m)
a b - coeficienti empirici (experimentali)
hn - grosime strat nisip
Δhr- viteza de crestere a pierderii de sarcina
INSPECTIA SANITARA SI MOMTORIZAREA CALITATII APEI
VF - viteza de filtrare
k - coeficient de coeziune al namolului
a - depozitul specific (volumul de suspensii raportat la volumul de material filtrant)
Se constata ca fiecare filtru poate conduce la un ciclu optim functie de calitatea nisipului grosimea stratului calitatea flocularii suspensiilor din apa influenta si viteza de filtrare
3103 Variatia pierderii de sarcina
Urmarirea pierderii de sarcina este importanta pentru ca poate pune in evidenta functionarea filtrului Operarea optima a unui filtru se realizeaza prin urmarirea in timp a variatiei pierderii de sarcina si turbiditatii Masurile pentru realizarea acestui optim sunt
53
bull reducerea vitezei - cele mai performante filtre lucreaza cu viteze de filtrare variabile astfel incat colmatarea stratului sa se realizeze fara socuri
bull adaugarea unui polimer (doze 01 - 02 mgl) in influent pentru a mari rezistenta particulelor floculate
bull imbunatatirea calitatii nisipului
Presiune (m col H20)
Figura 329 Estimarea pierderii de sarcina Tn
stratul filtrant
3104 Spalarea filtrelor
Se realizeaza in contra curent de apa si aer comprimat Elementele tehnice care intervin esential in obtinerea performantelor spalarii sunt
bull calitate drenaj - din punct de vedere al uniformitatii debitelor de apa si aer
bull colectarea uniforma a apei de la spalare
bull metoda de spalare care sa asigure eliminarea totala a suspensiilor retinute in strat cu resurse minime
bull drenaj de mare rezistenta hidraulica (cu placi cu crepine)
Se bazeaza pe principiul introducerii unei rezistente hidraulice de 15 - 20 cm coloana de apa (reducerea brusca de sectiune la intrarea apei in tija crepinei) care asigura uniformizarea intensitatilor de spalare pe suprafata cuvei (abateri de plusmn 3-5) In figura 330 se prezinta schema drenajului cu placi cu crepine
Se pun conditii severe din punct de vedere constructiv pentru realizarea drenajului
bull asigurarea etansarii perfecte
bull asigurarea cotei exacte si unice pentru pozitia orificiilor de aer
bull rezistenta cosurilor crepinelor
bull asigurarea formarii unui nivel de separatie apa - aer uniform si constant pe toata suprafata cuvei
Cele mai performante filtre din punct de vedere al spalarii sunt filtrele cu baleiaj la spalare (figura 331)
INSPECTIA SANITARA SI MOMTORIZAREA CALITATII APEI
55
55
in perioada de spalare a filtrului nivelul in cuva se afla la cota NS jgheaburile J nu mai deverseaza si prin orificiile de la baza jgheaburilor se creeaza un curent de baleiaj (1-2 dm3sm2) cu apa decantata care impinge suspensiile spre jgheabul de colectare Se reduc astfel timpii de spalare (cu 50) si intensitatile si volumele de apa de spalare
Prin curgerea ascendenta a aerului masa de nisip vibreaza si peliculele de namol se desprind de granule Curentul ascendent de apa le antreneaza Spalarea numai cu aer induce vibrarea masei de nisip si depunerea namolului in zona inferioara a stratului De aceea este contraindicata spalarea numai cu aer in faza 1
In general echipamentele pentru asigurarea debitelor apa de spalare se adopta un utilaj (pompa) in faza 1 si inca o pompa de acelasi tip pentru faza a Il-a
3105 Asigurarea repartitiei uniforme a influentului
Pentru asigurarea repartitiei uniforme a apei decantate se utilizeaza diverse sisteme Cel mai performant este sistemul cu deversori neinecati conform cu schema din figura 332
3106 Sistemele hidraulice
Sistemele hidraulice asigura deservirea statiei de filtre atat in procesul de filtrare cat si in procesul de spalare Acestea se vor dimensiona conform vitezelor economice prezentate in tabelul urmator
3107 Reglajului debitului si nivelului de apa in cuva
Pentru filtrele care functioneaza cu nivel constant si debit variabil este foarte important ca nivelul apei in filtru se fie mentinut pseudo-constant Aceasta se asigura cu diverse sisteme de plutitori (regulator de nivel amonte) care comanda vana de pe conducta de apa filtrata sau cu sisteme electronice si hidraulice conform figurii 333
Figura 333 Sistem de reglare electronic al nivelului apei Tn filtru
Legends 1 Strat filtrant 2 Vana apa filtrata 3 Parghie comanda vana 4 Electrovana de comanda 5 Regulator electronic 6 Senzor de presiune pentru nivel filtru 7 Senzor de presiune sub planseu 8 Potentiometru 9 Indicator de
colmatare 10 Alimentare cu fluid de comanda
313 Afin area apei
Procesul de afmare a apei este constituit din combinatia intre procesul de post-oxidare cu ozon a apei filtrate urmat de adsorbtie pe carbune activ granular
3131 Post-oxidarea cu ozon
Ozonul (O3) se obtine din aer sau oxigen supus la descarcari electrice printr-un dielectric In figura 334 se prezinta un element dintr-un ozonor
figura 334 Element tubular de ozonor
1 - Intrare gaz vector (aeroxigen) 2 3 - Electrozi 4 - Dielectric 5 - Spatiu de descarcare electrica 6 - Gaz vector +
ozon 7 - Apa racire
Diferentele de potential la care se lucreaza sunt cuprinse intre 6000 - 18000 V functie de natura si grosimea dielectricului marimea spatiului de descarcare si presiunea absoluta de functionare
Concentratiile de ozon in gazul vector obisnuite sunt
bull 10-40gm - in cazul utilizarii aerului
bull 10-140 gm3 - in cazul utilizarii oxigenului
Pentru a realiza concentratii optime si stabilitatea procesului se cere punct de roua -60degC -80degC
Energia specifics pentru productia de ozon
bull 13-18 kWhkg O3 - produs din aer
bull 8-10 kWhkg O3 - produs din oxigen
Actiunea O3 asupra apelor de consum se poate sintetiza
bull imbunatatirea calitatilor organoleptice (gust miros culoare)
bull activitate bactericide si virulicida
bull oxidarea materiilor organice
bull oxidare micro-poluanti
bull imbunatatirea biodegradabilitatii in amonte de CAG
3132 Adsorbtie pe carbune activ granular (CAG)
Carbunele activ se poate obtine din carbuni minieri sau din coaja de nuca de cocos Majoritatea carbunilor minieri pot fi convertiti in carbune activ insa proprietatile carbunelui activ depind esential de calitatea initiala a carbunilor in special in ceea ce priveste duritatea acestora in acest sens se utilizeaza adesea coaja nucilor de cocos pentru fabricarea carbunelui activ
Exista o multitudine de procese de fabricare a carbunelui activ insa eel mai dezvoltat este piroliza urmata de activarea cu gaze de oxidare Piroliza (carbonizarea) presupune incalzirea materialului la temperaturi intre 600 si 900 degC in absenta aerului Pentru obtinerea unei porozitati ridicate se pot utiliza adaosuri de cloruri metalice (de exemplu ZnCl) Piroliza poate reprezenta unicul pas de activare in cazul in care se doreste obtinerea unui material cu 0 porozitate ridicata
A doua etapa este cea de oxidare care se realizeaza de obicei cu abur sau uneori cu aer Temperaturile sunt uzuale in gama de 600 - 900 degC Pe parcursul acestei etape se realizeaza 0 erodare a suprafetei interne a carbunelui si dezvoltarea unei retele extensive de micropori care cresc capacitatea de adsorbtie
58
Printre proprietatile principale ale carbunelui activ se enumera continutul de cenusa umiditatea densitatea marimea particulelor duritatea volumul si distributia dupa marime a porilor suprafata interna
31321 Continutul in cenusa
Continutul in cenusa este reprezentat de reziduul obtinut prin calcinarea la temperatura de 954 degC timp de 3 ore in aer Uzual continutul de cenusa variaza intre 3 si 10 Pentru reducerea cantitatii de cenusa se poate utiliza spalarea cu acid
31322 Umiditatea
Umiditatea se determina prin uscarea in cuptor timp de 3 ore a unei cantitati de 5 sau 10 g de carbune activ la temperatura 150 degC Se determina greutatea inainte si dupa uscare si racire in exicator Umiditatea in vrac a carbunelui activ este recomandabil sa fie limitata la maxim 5
31323 Densitatea
Sunt mai multe tipuri de densitati printre care se mentioneaza densitatea in vrac densitatea aparenta densitatea particulei si densitatea reala Densitatea in vrac sau densitatea aparenta reprezinta greutatea carbunelui activ uscat raportata la volumul pe care acesta il ocupa Aceasta se determina prin umplerea unui cilindru cu volumul de 100 ml cu carbune prin cadere libera dintr-o masina vibratoare si cantarirea volumului respectiv Valorile uzuale sunt in gama 05 - 06 gml pentru carbune activ fabricat din carbune minier respectiv 024 - 030 mg1 pentru carbune activ fabricat din lemn
Densitatea particulei reprezinta densitatea unei particule singulare Volumul pe care se bazeaza include volumul porilor precum si volumul materialului Densitatea particulei se determina in mod uzual cu mercur la presiunea atmosferica (mercurul umple spatiile goale din particula de carbune activ dar nu umple porii) Valorile uzuale sunt in gama 074 - 080 gml
Densitatea reala sau densitatea scheletului este cea determinate numai pe materialul (carbunele) propriu-zis Pentru determinarea acesteia se utilizeaza uzual o metoda de inlocuire cu heliu (heliul intra practic in toti porii materialului) Valorile uzuale sunt in gama 21 - 22 gml
31324 Marimea particulelor
Aceasta se determina prin cernerea a 100 sau 200 g de carbune printr-un sistem de site mecanice timp de 10 minute dupa care se cantaresc retinerile pe fiecare sita in parte Carbunele activ pudra se incadreaza de obicei in domeniul 005 mm - 15 mm
31325 Friabilitatea
Capacitatea carbunelui activ de a rezista la abraziune este unul dintre parametrii cei mai importanti Procedura de determinare a friabilitatii carbunelui activ presupune determinarea granulozitatii acestora inainte si dupa testul propriu-zis care consta in concasarea succesiva a carbunelui intr-un recipient alaturi de bile de otel inoxidabil Valorile uzuale ale indicelui de friabilitate sunt 65 - 80 (practic 70 - 75) ceea ce atesta faptul ca materialul este foarte usor friabil si este necesar atentie la procedura de spalare
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATIIAPEI 59
31326 Volumul si distributia dupa marime a porilor
Volumul porilor reprezinta volumul total al porilor din particula de carbune activ granular raportat la greutate Valorile uzuale sunt de ordinul 08 - 12 mlg pentru carbune activ fabricat din carbuni minieri respectiv 22-25 mlg pentru carbune activ fabricat din lemn Volumul total al porilor poate fi determinat printr-un test de adsorbtie cu azot desfasurate astfel incat azotul condensat sa intre in totalitate in porii carbunelui
Carbunele activ confine o structura complexa de pori de forme si marimi diferite Porii au de obicei o geometrie neregulata si sunt interconectati Dimensiunile porilor sunt uzual intre 10 A si 100000 A (001 cm) Distributia dupa marime a porilor depinde de tipul de material utilizat si de metoda si de durata procesului de activare
31327 Suprafata internaSuprafata interna a materialelor poroase in general se determinS cu ecuatia BET stabilita de
Brunauer Emmett si Teller Ecuatia descrie formarea de strate multiple de gaz condensat care apar atunci cand un gaz adsorbabil (de exemplu azotul) este in contact cu materialul poros Intr-un astfel de test se utilizeaza azot la temperatura de fierbere si presiunea atmosferica (-196 degC sau 77 K)
Ecuatia BET (expresia 318) a fost derivata presupunand urmatoarelebull rata de condensare a moleculelor din primul strat este egala cu rata de evaporare a
moleculelor din zonele acoperite cu un singur strat de moleculebull caldura de adsorbtie peste primul strat este constants si egala cu caldura de lichefiere
qqm=b(PPS)(1-PPs)(1-PPS+bPPS) ( 3 1 8 )
In care Ps - presiunea de vaporizare la saturatie la temperatura utilizata in test uzual 1 atm
q - cantitatea de substanta adsorbita la presiunea P
qm - cantitatea de substanta adsorbita numai cand se constata acoperirea totala a suprafetei cu un strat monomolecular
b - constanta determinata experimental
In figura 336 se prezinta o relatie tipica intre marimea porilor si suprafata totala Suprafata cumulativa este data de insumarea suprafetelor tuturor porilor cu un diametru dat sau mai mare Se remarca faptul ca marea majoritate a suprafetei este atribuita porilor de mici dimensiuni
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI60
3133 Teste uzuale de adsorbtie
In practica se utilizeaza o serie intreaga de teste pentru a determina capacitatea de adsorbtie pentru diferite tipuri de carbune activ Printre acestea se mentioneaza
- Indicele Iod reprezinta cantitatea de iod in miligrame pe gram adsorbit de un carbune activ la echilibru cu o solutie I2-KI cu concentratia 002 N indicele iod indica suprafata totala a porilor cu diametru de 10 A sau mai mare valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 800 - 1000 mgg
Indicele Melasa reprezinta un indicator al puterii de decolorare a carbunelui activ granular in contact cu 0 solutie de melasa la fierbere indicele melasa este in stricta legatura cu suprafata totala a porilor cu diametrul mai mare de 28 A valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 200 - 300
- Indicele Albastru de Metilen reprezinta cantitatea de albastru de metilen adsorbita de 1 g de carbune activ la echilibru in contact cu o solutie cu concentratia 1 mg1 de albastru de metilen Albastrul de metilen are greutatea moleculara 320 si indica suprafata totala a porilor cu diametrul de 15 A
- Activitatea tetraclorurii de carbon tetraclorura de carbon CC14 este un compus molecular mic si poate intra in toti porii In acest test un curent de aer este saturat cu CCI4 la 0 degC si este trecut printr-un strat de carbune activ mentinut la 25 degC pana cand nu se mai detecteaza nici o schimbare in greutate Activitatea este greutatea CCI4 adsorbita pe unitatea de greutate de carbune activ exprimata procentual Valorile uzuale ale acestui indicator sunt in gama 60 -80
- Indicele butan este similar activitatii tetraclorurii de carbon valoarea acestuia este exprimata grame de butan adsorbite pe 100 ml carbune activ valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 7 - 8 g 100 ml carbune activ
- Indicele FINAD stabilit de cercetatorul C Gomella si reprezinta un produs al mai multor indici F - fenol I - iod N - indol A - antipirina D - detergent
316 Deferizarea si demanganizarea apei
Fierul (Fe) si manganul (Mn) sunt elemente care se gasesc frecvent in mediul subteran si in apa apar in concentratii pana la 10 mg1 (Fe) si 2 mg1 (Mn) Prezenta fierului si manganului in apele potabile pot genera urmatoarele probleme
bull produce gust metalic dezagreabil
bull coloreaza tesaturile si echipamentele sanitare
bull formeaza precipitate in conducte care favorizeaza dezvoltarea bacteriilor feruginoase (Chrenothrix) acestea modifica regimul hidraulic calitatea apei distribute si favorizeaza fenomenele de coroziune
3161 Echilibrul fierului si manganului in apa
Fierul si manganul sunt prezente dizolvate in solutiile apoase sub forma Fe2+si Mn2+ Concentratia in oxigen a apelor subterane care contin Fe si Mn este nula Din namolurile situate in
2+ ~
zona anaeroba din hipolimnion se elibereaza ioni de Fe2+ si Mnz+ in apele lacurilor In numeroase ape naturale se remarca prezenta Fe3+ asociata cu substantele humice Stabilitatea fierului si manganului in apa depinde de numeroase variabile
bull pH-ul apei
bull concentratia diferitelor elemente chimice
bull potentialul de oxido-reducere (Eh) al solutiei
In figura 341 se prezinta diagrama de stabilitate a formelor fierului in solutie in aceasta diagrama o curba (linie) reprezinta locul geometric pentru care concentratia celor doua substante este aceeasi De exemplu linia 1 reprezinta solutia pentru care O2 si H2O au aceeasi valoare Aria cuprinsa intre curbele 1 si 2 reprezinta aria de stabilitate a compusilor de Fe Chimia manganului este asemanatoare cu cea a Fe Astfel la pH si Eh reduse Fe si Mn sunt stabile in forme bivalente
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 4
Figura 311 Fortele
ce actioneaza asupra
particulelor aflate Tn
apa
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
3511 Deznisipatoare
Sunt destinate sa retina particulele de tip nisip pentru protectia utilajelor din schema statiei de tratare Schema unui deznisipator orizontal este data in figura 313
Figura 313 Deznisipator orizontal longitudinal
1 Gratar 2 Bare de linistire 3 Nisa pentru reparatii Tn caz de avarie 4 Stavilar de intrare 5 Vane de golire 6 Stavilarde iesire 7 Galerie de golire
In zona de intrare a apei in deznisipator se monteaza un gratar rar pentru impiedicarea accesului corpurilor mari in interiorul bazinului Pentru linistirea curentului se monteaza bare verticale de linistire Peretii laterali ai deznisipatorului se executa cu evazare catre exterior pentru a permite preluarea impingerilor survenite din podul de gheata care se formeaza pe timp de iarna la suprafata bazinului Panta radierului bazinului trebuie sa permita evacuarea depunerilor in zona din aval a bazinului Evacuarea depunerilor se poate realiza cu mai multe sisteme
bull prin hidro-mecanizare cu scoaterea din functiune a unui compartiment
bull prin golirea totala a compartimentului (numai pentru debite foarte reduse)
bull cu electro-pompe speciale purtate de o grinda rulanta
3512 Decantoare statice
Sunt destinate surselor cu variatii mari de turbiditate la care 50 - 60 din suspensii sunt de natura minerala (gravimetrice) in figura 314 se prezinta schema unui decantor orizontal longitudinal Elementele principale ale bazinului sunt
bull zona de intrare in care se gaseste un perete de linistire a curentului in partea superioara respectiv canalul de evacuare a depunerilor in partea inferioara
bull decantorul propriu-zis cu radier cu panta catre basa de evacuare a namolului amplasata in zona incipienta a bazinului
bull zona de evacuare a apei decantate care este bordata de un gratar cu rolul impiedicarii accesului plutitorilor
Curatirea decantoarelor orizontale se realizeaza
bull Intermitent prin golire si evacuare depuneri hidraulic sau mecanic
bull Continuu cu ajutorul podurilor racloare care strang depunerile in base special amenajate
Dificultatile in operarea decantoarelor statice se pot sintetiza
bull sunt influentate de factori atmosferici vant gheata insorire
bull miscarea este turbulenta ca structura si particule fine pot fi repuse in stare de suspensie
bull echilibrarea fluxului hidraulic se realizeaza cu dificultate
bull eficienta retinerii nu depaseste 10-15 NTU la apa decantata
37 Filtrarea apei - generalitati
Filtrarea este procesul de limpezire finala a apei (stadiul II) la curgerea printr-un mediu poros de obicei format din nisip cuartos Procesul simuleaza infiltratia apelor superficiale in mediile poroase din subsolul pamantului Procesul este cunoscut si aplicat de mult timp (primul brevet s-a emis in 1830)
Schema generala (figura 323) indica filtrul ca fiind format dintr-un bazin (cuva) in care apa curge in sens descendent traverseaza mediul poros sustinut de un drenaj si ajunge intr-un rezervor de apa filtrata amplasat sub drenaj Sistemul este dotat cu toate instalatiile de introducere -prelevare apa preaplin si golire
Parametrii fundamentali ai procesului de filtrare sunt
bull viteza de filtrare definita (ca viteza aparenta) cu relatia urmatoare
vF = Q A [ m h ] [mzi] (313)
In care
Q - debitul de apa filtrata
A - suprafata orizontala a stratului filtrant in
functie de viteza de filtrare se pot clasifica in
o filtre lente (biologice) - VF = 01 - 025 [mh]
o filtre rapide - vF = 4 - 10 [mh|
o filtre ultra-rapide
bull mediul filtrant - in general nisip cuartos care sa realizeze prin uniformitatea granulelor un volum de goluri in care sa se acumuleze suspensia retinuta din apa caracteristicile sunt diferite pe tipuri de filtre
bull pierderea de sarcina (hr) exprimata ca diferenta intre nivelul apei in cuva filtrului si nivelul apei in rezervorul de apa filtrata este data de colmatarea stratului si este variabila in timp
49
38 Filtre lente
Se bazeaza pe formarea unei membrane biologice constituita din colonii de bacterii aerobe -amplasata la suprafata stratului de nisip (pe primii 2-3 cm) Elementul fundamental este dezvoltarea membranei (in 1 - 3 zile) functie de caracteristicile apei Dupa o perioada (30 - 50 zile) membrana se colmateaza si incepe sa se rupa degradand calitatea apei Aceasta se razuieste (se curata) manual sau mecanic si procesul este reluat In figura 52 se indica schema unui filtru lent
Dispoizitiv de curatat_____________________________membrana biologtca
Figura 325 indica tipurile de organisme care pot fi intalnite pe o adancime de 30 cm in nisipul filtrului lent
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
Nisipul din filtrul lent trebuie sa aiba urmatorii parametri
bull granulozitatea in domeniul dg = 035 - 050 mm
bull coeficientul de neuniformitate ult 15
(314)
In care d6o - diametral ochiurilor sitei prin care trece 60 din materialul cernut
d1o - diametral ochiurilor sitei prin care trece 10 din materialul cernut
01
50
bull inaltimea stratului de nisip H=90-100 cm cand grosimea stratului de nisip ajunge dupa curatiri succesive la 70 - 80 cm este necesara completarea la inaltimea initiala
Solutia filtrelor lente se prevede la debite relativ mici (max 10000 m zi) si surse de apa in general curate (lipsite de alge culoare poluanti toxici) Se pot obtine rezultate performante la ape necoagulate Operarea sistemelor de filtre lente este simpla Procesul de filtrare lenta este asimilat cu procese fizice si biologice Acestea din urma necesita o atentie si urmarire continua in etapele de operare a filtrelor in special referitor la starea coloniilor de bacterii aerobe din membrana biologica
310Filtre rapide
In figura 326 se prezinta schema unui filtru rapid Acesta este constituit din urmatoarele elemente componente
bull sistem admisie apa in cuva - are rolul echirepartitiei debitului catre cuvele de filtre
bull stratul filtrant peste care exista un strat de apa
bull drenaj cu rolul de a sustine stratul filtrant si de a transforma bulele mari in bule fine in procesul de spalare inversa
bull sistem de mentinere a nivelului apei in filtru (pentru filtrele cu functionare in sistem nivel constant si debit variabil)
bull statie de pompare apa de la spalare filtre si statie de suflante
bull instalatii hidraulice grupate in galeria tehnologica cu rolul de a asigura toate utilitatile necesare functionarii corecte a procesului (conducte si vane apa filtrata apa spalare aer spalare preaplin golire etc)
bull rezervor de apa filtrata amplasat de obicei sub toata statia sau in anumite cazuri numai sub galeria tehnologica
Procesul consta in doua etape
bull filtrarea apei parcurgand in sens descendent stratul de nisip si drenajul
bull spalarea filtrului in sens ascendent in doua faze distincte
o faza 1 (durata Ti=5-10 min)
o faza 2 - limpezire (durata Ti=10-15 min)
51
in ultimii 30-40 de ani in lume a existat o preocupare constants pentru perfectionarea procesului in sensul obtinerii performantei in calitatea apei filtrate (turbiditatea sa se incadreze in domeniulOl - 10 NTU)
Mecanismele de retinere in filtrele rapide se pot sintetiza ca in schema urmatoare
3101 Mediul filtrant
Calitatile materialului filtrant sunt urmatoarele
bull domeniul de granulozitate dg = 085 - 2 mm
bull coeficientul de neuniformitate u=d6odio lt 15
bull fractiunile inferioare diametrului 085 mm si superioare dmax 2 mm inferioare procentual la 10 in greutate
bull diametrul efectiv def = dio = 09-1 mm
bull sa realizeze un numar de goluri (porozitate) mare (pgt40)
bull forma granulelor apropiata de sfera pentru obtinerea unui grad de acoperire ridicat
bull continut de roci cuartoase recomandabil peste 95
bull sa aiba duritate (gt 7 in scara Mohs) pentru a nu se sfarama la spalare
Calitatea materialului filtrant influenteaza viteza de filtrare O serie de studii au indicat domeniul optim de granulozitate al nisipului de filtru conform figurii 328
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 52
3102 Calitatea influentului fn corelatie cu materialul filtrant
Pentru realizarea unei retineri eficiente a suspensiilor se impune ca in influentul filtrelor acestea sa fie floculate Aceasta se caracterizeaza prin coeficientul de coeziune al suspensiilor floculate (namol retinut) aceasta caracterizeaza capacitatea de rezistenta la forfecare si depinde de doza de floculant si natura (minerala sau organica a suspensiilor)
Procesul de optimizare a filtrarii rapide a apei ia in considerate principiul un filtru va functiona optim cand va produce cea mai mare cantitate de apa intre doua spalari succesive aceasta se va realiza cand timpul in care se atinge pierderea de sarcina limita este egal cu timpul in care se calitatea apei filtrate se inrautateste la limita maxim acceptabila (Ti = T2) sau penetrarea impuritatilor in interiorul masei filtrante se va efectua cu aceeasi viteza cu care creste pierderea de sarcina Expresiile celor doua perioade au fost determinate de cercetatorii Richard si Croce-Spinelli
Tx = a bull σ - 0 9 5 bull k-075bull def-045bull h0
n95bull v -185 (316)
T l = b bull σ-075 k - 0 7 5 bull dlef
1 5 Δhr05 bull vF
-065 (317)
In care Ti - perioada in care turbiditatea apei filtrate atinge valoarea limita (1 NTU)
T2 - perioada in care se atinge pierderea de sarcina limita (15 - 18 m)
a b - coeficienti empirici (experimentali)
hn - grosime strat nisip
Δhr- viteza de crestere a pierderii de sarcina
INSPECTIA SANITARA SI MOMTORIZAREA CALITATII APEI
VF - viteza de filtrare
k - coeficient de coeziune al namolului
a - depozitul specific (volumul de suspensii raportat la volumul de material filtrant)
Se constata ca fiecare filtru poate conduce la un ciclu optim functie de calitatea nisipului grosimea stratului calitatea flocularii suspensiilor din apa influenta si viteza de filtrare
3103 Variatia pierderii de sarcina
Urmarirea pierderii de sarcina este importanta pentru ca poate pune in evidenta functionarea filtrului Operarea optima a unui filtru se realizeaza prin urmarirea in timp a variatiei pierderii de sarcina si turbiditatii Masurile pentru realizarea acestui optim sunt
53
bull reducerea vitezei - cele mai performante filtre lucreaza cu viteze de filtrare variabile astfel incat colmatarea stratului sa se realizeze fara socuri
bull adaugarea unui polimer (doze 01 - 02 mgl) in influent pentru a mari rezistenta particulelor floculate
bull imbunatatirea calitatii nisipului
Presiune (m col H20)
Figura 329 Estimarea pierderii de sarcina Tn
stratul filtrant
3104 Spalarea filtrelor
Se realizeaza in contra curent de apa si aer comprimat Elementele tehnice care intervin esential in obtinerea performantelor spalarii sunt
bull calitate drenaj - din punct de vedere al uniformitatii debitelor de apa si aer
bull colectarea uniforma a apei de la spalare
bull metoda de spalare care sa asigure eliminarea totala a suspensiilor retinute in strat cu resurse minime
bull drenaj de mare rezistenta hidraulica (cu placi cu crepine)
Se bazeaza pe principiul introducerii unei rezistente hidraulice de 15 - 20 cm coloana de apa (reducerea brusca de sectiune la intrarea apei in tija crepinei) care asigura uniformizarea intensitatilor de spalare pe suprafata cuvei (abateri de plusmn 3-5) In figura 330 se prezinta schema drenajului cu placi cu crepine
Se pun conditii severe din punct de vedere constructiv pentru realizarea drenajului
bull asigurarea etansarii perfecte
bull asigurarea cotei exacte si unice pentru pozitia orificiilor de aer
bull rezistenta cosurilor crepinelor
bull asigurarea formarii unui nivel de separatie apa - aer uniform si constant pe toata suprafata cuvei
Cele mai performante filtre din punct de vedere al spalarii sunt filtrele cu baleiaj la spalare (figura 331)
INSPECTIA SANITARA SI MOMTORIZAREA CALITATII APEI
55
55
in perioada de spalare a filtrului nivelul in cuva se afla la cota NS jgheaburile J nu mai deverseaza si prin orificiile de la baza jgheaburilor se creeaza un curent de baleiaj (1-2 dm3sm2) cu apa decantata care impinge suspensiile spre jgheabul de colectare Se reduc astfel timpii de spalare (cu 50) si intensitatile si volumele de apa de spalare
Prin curgerea ascendenta a aerului masa de nisip vibreaza si peliculele de namol se desprind de granule Curentul ascendent de apa le antreneaza Spalarea numai cu aer induce vibrarea masei de nisip si depunerea namolului in zona inferioara a stratului De aceea este contraindicata spalarea numai cu aer in faza 1
In general echipamentele pentru asigurarea debitelor apa de spalare se adopta un utilaj (pompa) in faza 1 si inca o pompa de acelasi tip pentru faza a Il-a
3105 Asigurarea repartitiei uniforme a influentului
Pentru asigurarea repartitiei uniforme a apei decantate se utilizeaza diverse sisteme Cel mai performant este sistemul cu deversori neinecati conform cu schema din figura 332
3106 Sistemele hidraulice
Sistemele hidraulice asigura deservirea statiei de filtre atat in procesul de filtrare cat si in procesul de spalare Acestea se vor dimensiona conform vitezelor economice prezentate in tabelul urmator
3107 Reglajului debitului si nivelului de apa in cuva
Pentru filtrele care functioneaza cu nivel constant si debit variabil este foarte important ca nivelul apei in filtru se fie mentinut pseudo-constant Aceasta se asigura cu diverse sisteme de plutitori (regulator de nivel amonte) care comanda vana de pe conducta de apa filtrata sau cu sisteme electronice si hidraulice conform figurii 333
Figura 333 Sistem de reglare electronic al nivelului apei Tn filtru
Legends 1 Strat filtrant 2 Vana apa filtrata 3 Parghie comanda vana 4 Electrovana de comanda 5 Regulator electronic 6 Senzor de presiune pentru nivel filtru 7 Senzor de presiune sub planseu 8 Potentiometru 9 Indicator de
colmatare 10 Alimentare cu fluid de comanda
313 Afin area apei
Procesul de afmare a apei este constituit din combinatia intre procesul de post-oxidare cu ozon a apei filtrate urmat de adsorbtie pe carbune activ granular
3131 Post-oxidarea cu ozon
Ozonul (O3) se obtine din aer sau oxigen supus la descarcari electrice printr-un dielectric In figura 334 se prezinta un element dintr-un ozonor
figura 334 Element tubular de ozonor
1 - Intrare gaz vector (aeroxigen) 2 3 - Electrozi 4 - Dielectric 5 - Spatiu de descarcare electrica 6 - Gaz vector +
ozon 7 - Apa racire
Diferentele de potential la care se lucreaza sunt cuprinse intre 6000 - 18000 V functie de natura si grosimea dielectricului marimea spatiului de descarcare si presiunea absoluta de functionare
Concentratiile de ozon in gazul vector obisnuite sunt
bull 10-40gm - in cazul utilizarii aerului
bull 10-140 gm3 - in cazul utilizarii oxigenului
Pentru a realiza concentratii optime si stabilitatea procesului se cere punct de roua -60degC -80degC
Energia specifics pentru productia de ozon
bull 13-18 kWhkg O3 - produs din aer
bull 8-10 kWhkg O3 - produs din oxigen
Actiunea O3 asupra apelor de consum se poate sintetiza
bull imbunatatirea calitatilor organoleptice (gust miros culoare)
bull activitate bactericide si virulicida
bull oxidarea materiilor organice
bull oxidare micro-poluanti
bull imbunatatirea biodegradabilitatii in amonte de CAG
3132 Adsorbtie pe carbune activ granular (CAG)
Carbunele activ se poate obtine din carbuni minieri sau din coaja de nuca de cocos Majoritatea carbunilor minieri pot fi convertiti in carbune activ insa proprietatile carbunelui activ depind esential de calitatea initiala a carbunilor in special in ceea ce priveste duritatea acestora in acest sens se utilizeaza adesea coaja nucilor de cocos pentru fabricarea carbunelui activ
Exista o multitudine de procese de fabricare a carbunelui activ insa eel mai dezvoltat este piroliza urmata de activarea cu gaze de oxidare Piroliza (carbonizarea) presupune incalzirea materialului la temperaturi intre 600 si 900 degC in absenta aerului Pentru obtinerea unei porozitati ridicate se pot utiliza adaosuri de cloruri metalice (de exemplu ZnCl) Piroliza poate reprezenta unicul pas de activare in cazul in care se doreste obtinerea unui material cu 0 porozitate ridicata
A doua etapa este cea de oxidare care se realizeaza de obicei cu abur sau uneori cu aer Temperaturile sunt uzuale in gama de 600 - 900 degC Pe parcursul acestei etape se realizeaza 0 erodare a suprafetei interne a carbunelui si dezvoltarea unei retele extensive de micropori care cresc capacitatea de adsorbtie
58
Printre proprietatile principale ale carbunelui activ se enumera continutul de cenusa umiditatea densitatea marimea particulelor duritatea volumul si distributia dupa marime a porilor suprafata interna
31321 Continutul in cenusa
Continutul in cenusa este reprezentat de reziduul obtinut prin calcinarea la temperatura de 954 degC timp de 3 ore in aer Uzual continutul de cenusa variaza intre 3 si 10 Pentru reducerea cantitatii de cenusa se poate utiliza spalarea cu acid
31322 Umiditatea
Umiditatea se determina prin uscarea in cuptor timp de 3 ore a unei cantitati de 5 sau 10 g de carbune activ la temperatura 150 degC Se determina greutatea inainte si dupa uscare si racire in exicator Umiditatea in vrac a carbunelui activ este recomandabil sa fie limitata la maxim 5
31323 Densitatea
Sunt mai multe tipuri de densitati printre care se mentioneaza densitatea in vrac densitatea aparenta densitatea particulei si densitatea reala Densitatea in vrac sau densitatea aparenta reprezinta greutatea carbunelui activ uscat raportata la volumul pe care acesta il ocupa Aceasta se determina prin umplerea unui cilindru cu volumul de 100 ml cu carbune prin cadere libera dintr-o masina vibratoare si cantarirea volumului respectiv Valorile uzuale sunt in gama 05 - 06 gml pentru carbune activ fabricat din carbune minier respectiv 024 - 030 mg1 pentru carbune activ fabricat din lemn
Densitatea particulei reprezinta densitatea unei particule singulare Volumul pe care se bazeaza include volumul porilor precum si volumul materialului Densitatea particulei se determina in mod uzual cu mercur la presiunea atmosferica (mercurul umple spatiile goale din particula de carbune activ dar nu umple porii) Valorile uzuale sunt in gama 074 - 080 gml
Densitatea reala sau densitatea scheletului este cea determinate numai pe materialul (carbunele) propriu-zis Pentru determinarea acesteia se utilizeaza uzual o metoda de inlocuire cu heliu (heliul intra practic in toti porii materialului) Valorile uzuale sunt in gama 21 - 22 gml
31324 Marimea particulelor
Aceasta se determina prin cernerea a 100 sau 200 g de carbune printr-un sistem de site mecanice timp de 10 minute dupa care se cantaresc retinerile pe fiecare sita in parte Carbunele activ pudra se incadreaza de obicei in domeniul 005 mm - 15 mm
31325 Friabilitatea
Capacitatea carbunelui activ de a rezista la abraziune este unul dintre parametrii cei mai importanti Procedura de determinare a friabilitatii carbunelui activ presupune determinarea granulozitatii acestora inainte si dupa testul propriu-zis care consta in concasarea succesiva a carbunelui intr-un recipient alaturi de bile de otel inoxidabil Valorile uzuale ale indicelui de friabilitate sunt 65 - 80 (practic 70 - 75) ceea ce atesta faptul ca materialul este foarte usor friabil si este necesar atentie la procedura de spalare
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATIIAPEI 59
31326 Volumul si distributia dupa marime a porilor
Volumul porilor reprezinta volumul total al porilor din particula de carbune activ granular raportat la greutate Valorile uzuale sunt de ordinul 08 - 12 mlg pentru carbune activ fabricat din carbuni minieri respectiv 22-25 mlg pentru carbune activ fabricat din lemn Volumul total al porilor poate fi determinat printr-un test de adsorbtie cu azot desfasurate astfel incat azotul condensat sa intre in totalitate in porii carbunelui
Carbunele activ confine o structura complexa de pori de forme si marimi diferite Porii au de obicei o geometrie neregulata si sunt interconectati Dimensiunile porilor sunt uzual intre 10 A si 100000 A (001 cm) Distributia dupa marime a porilor depinde de tipul de material utilizat si de metoda si de durata procesului de activare
31327 Suprafata internaSuprafata interna a materialelor poroase in general se determinS cu ecuatia BET stabilita de
Brunauer Emmett si Teller Ecuatia descrie formarea de strate multiple de gaz condensat care apar atunci cand un gaz adsorbabil (de exemplu azotul) este in contact cu materialul poros Intr-un astfel de test se utilizeaza azot la temperatura de fierbere si presiunea atmosferica (-196 degC sau 77 K)
Ecuatia BET (expresia 318) a fost derivata presupunand urmatoarelebull rata de condensare a moleculelor din primul strat este egala cu rata de evaporare a
moleculelor din zonele acoperite cu un singur strat de moleculebull caldura de adsorbtie peste primul strat este constants si egala cu caldura de lichefiere
qqm=b(PPS)(1-PPs)(1-PPS+bPPS) ( 3 1 8 )
In care Ps - presiunea de vaporizare la saturatie la temperatura utilizata in test uzual 1 atm
q - cantitatea de substanta adsorbita la presiunea P
qm - cantitatea de substanta adsorbita numai cand se constata acoperirea totala a suprafetei cu un strat monomolecular
b - constanta determinata experimental
In figura 336 se prezinta o relatie tipica intre marimea porilor si suprafata totala Suprafata cumulativa este data de insumarea suprafetelor tuturor porilor cu un diametru dat sau mai mare Se remarca faptul ca marea majoritate a suprafetei este atribuita porilor de mici dimensiuni
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI60
3133 Teste uzuale de adsorbtie
In practica se utilizeaza o serie intreaga de teste pentru a determina capacitatea de adsorbtie pentru diferite tipuri de carbune activ Printre acestea se mentioneaza
- Indicele Iod reprezinta cantitatea de iod in miligrame pe gram adsorbit de un carbune activ la echilibru cu o solutie I2-KI cu concentratia 002 N indicele iod indica suprafata totala a porilor cu diametru de 10 A sau mai mare valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 800 - 1000 mgg
Indicele Melasa reprezinta un indicator al puterii de decolorare a carbunelui activ granular in contact cu 0 solutie de melasa la fierbere indicele melasa este in stricta legatura cu suprafata totala a porilor cu diametrul mai mare de 28 A valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 200 - 300
- Indicele Albastru de Metilen reprezinta cantitatea de albastru de metilen adsorbita de 1 g de carbune activ la echilibru in contact cu o solutie cu concentratia 1 mg1 de albastru de metilen Albastrul de metilen are greutatea moleculara 320 si indica suprafata totala a porilor cu diametrul de 15 A
- Activitatea tetraclorurii de carbon tetraclorura de carbon CC14 este un compus molecular mic si poate intra in toti porii In acest test un curent de aer este saturat cu CCI4 la 0 degC si este trecut printr-un strat de carbune activ mentinut la 25 degC pana cand nu se mai detecteaza nici o schimbare in greutate Activitatea este greutatea CCI4 adsorbita pe unitatea de greutate de carbune activ exprimata procentual Valorile uzuale ale acestui indicator sunt in gama 60 -80
- Indicele butan este similar activitatii tetraclorurii de carbon valoarea acestuia este exprimata grame de butan adsorbite pe 100 ml carbune activ valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 7 - 8 g 100 ml carbune activ
- Indicele FINAD stabilit de cercetatorul C Gomella si reprezinta un produs al mai multor indici F - fenol I - iod N - indol A - antipirina D - detergent
316 Deferizarea si demanganizarea apei
Fierul (Fe) si manganul (Mn) sunt elemente care se gasesc frecvent in mediul subteran si in apa apar in concentratii pana la 10 mg1 (Fe) si 2 mg1 (Mn) Prezenta fierului si manganului in apele potabile pot genera urmatoarele probleme
bull produce gust metalic dezagreabil
bull coloreaza tesaturile si echipamentele sanitare
bull formeaza precipitate in conducte care favorizeaza dezvoltarea bacteriilor feruginoase (Chrenothrix) acestea modifica regimul hidraulic calitatea apei distribute si favorizeaza fenomenele de coroziune
3161 Echilibrul fierului si manganului in apa
Fierul si manganul sunt prezente dizolvate in solutiile apoase sub forma Fe2+si Mn2+ Concentratia in oxigen a apelor subterane care contin Fe si Mn este nula Din namolurile situate in
2+ ~
zona anaeroba din hipolimnion se elibereaza ioni de Fe2+ si Mnz+ in apele lacurilor In numeroase ape naturale se remarca prezenta Fe3+ asociata cu substantele humice Stabilitatea fierului si manganului in apa depinde de numeroase variabile
bull pH-ul apei
bull concentratia diferitelor elemente chimice
bull potentialul de oxido-reducere (Eh) al solutiei
In figura 341 se prezinta diagrama de stabilitate a formelor fierului in solutie in aceasta diagrama o curba (linie) reprezinta locul geometric pentru care concentratia celor doua substante este aceeasi De exemplu linia 1 reprezinta solutia pentru care O2 si H2O au aceeasi valoare Aria cuprinsa intre curbele 1 si 2 reprezinta aria de stabilitate a compusilor de Fe Chimia manganului este asemanatoare cu cea a Fe Astfel la pH si Eh reduse Fe si Mn sunt stabile in forme bivalente
Figura 311 Fortele
ce actioneaza asupra
particulelor aflate Tn
apa
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
3511 Deznisipatoare
Sunt destinate sa retina particulele de tip nisip pentru protectia utilajelor din schema statiei de tratare Schema unui deznisipator orizontal este data in figura 313
Figura 313 Deznisipator orizontal longitudinal
1 Gratar 2 Bare de linistire 3 Nisa pentru reparatii Tn caz de avarie 4 Stavilar de intrare 5 Vane de golire 6 Stavilarde iesire 7 Galerie de golire
In zona de intrare a apei in deznisipator se monteaza un gratar rar pentru impiedicarea accesului corpurilor mari in interiorul bazinului Pentru linistirea curentului se monteaza bare verticale de linistire Peretii laterali ai deznisipatorului se executa cu evazare catre exterior pentru a permite preluarea impingerilor survenite din podul de gheata care se formeaza pe timp de iarna la suprafata bazinului Panta radierului bazinului trebuie sa permita evacuarea depunerilor in zona din aval a bazinului Evacuarea depunerilor se poate realiza cu mai multe sisteme
bull prin hidro-mecanizare cu scoaterea din functiune a unui compartiment
bull prin golirea totala a compartimentului (numai pentru debite foarte reduse)
bull cu electro-pompe speciale purtate de o grinda rulanta
3512 Decantoare statice
Sunt destinate surselor cu variatii mari de turbiditate la care 50 - 60 din suspensii sunt de natura minerala (gravimetrice) in figura 314 se prezinta schema unui decantor orizontal longitudinal Elementele principale ale bazinului sunt
bull zona de intrare in care se gaseste un perete de linistire a curentului in partea superioara respectiv canalul de evacuare a depunerilor in partea inferioara
bull decantorul propriu-zis cu radier cu panta catre basa de evacuare a namolului amplasata in zona incipienta a bazinului
bull zona de evacuare a apei decantate care este bordata de un gratar cu rolul impiedicarii accesului plutitorilor
Curatirea decantoarelor orizontale se realizeaza
bull Intermitent prin golire si evacuare depuneri hidraulic sau mecanic
bull Continuu cu ajutorul podurilor racloare care strang depunerile in base special amenajate
Dificultatile in operarea decantoarelor statice se pot sintetiza
bull sunt influentate de factori atmosferici vant gheata insorire
bull miscarea este turbulenta ca structura si particule fine pot fi repuse in stare de suspensie
bull echilibrarea fluxului hidraulic se realizeaza cu dificultate
bull eficienta retinerii nu depaseste 10-15 NTU la apa decantata
37 Filtrarea apei - generalitati
Filtrarea este procesul de limpezire finala a apei (stadiul II) la curgerea printr-un mediu poros de obicei format din nisip cuartos Procesul simuleaza infiltratia apelor superficiale in mediile poroase din subsolul pamantului Procesul este cunoscut si aplicat de mult timp (primul brevet s-a emis in 1830)
Schema generala (figura 323) indica filtrul ca fiind format dintr-un bazin (cuva) in care apa curge in sens descendent traverseaza mediul poros sustinut de un drenaj si ajunge intr-un rezervor de apa filtrata amplasat sub drenaj Sistemul este dotat cu toate instalatiile de introducere -prelevare apa preaplin si golire
Parametrii fundamentali ai procesului de filtrare sunt
bull viteza de filtrare definita (ca viteza aparenta) cu relatia urmatoare
vF = Q A [ m h ] [mzi] (313)
In care
Q - debitul de apa filtrata
A - suprafata orizontala a stratului filtrant in
functie de viteza de filtrare se pot clasifica in
o filtre lente (biologice) - VF = 01 - 025 [mh]
o filtre rapide - vF = 4 - 10 [mh|
o filtre ultra-rapide
bull mediul filtrant - in general nisip cuartos care sa realizeze prin uniformitatea granulelor un volum de goluri in care sa se acumuleze suspensia retinuta din apa caracteristicile sunt diferite pe tipuri de filtre
bull pierderea de sarcina (hr) exprimata ca diferenta intre nivelul apei in cuva filtrului si nivelul apei in rezervorul de apa filtrata este data de colmatarea stratului si este variabila in timp
49
38 Filtre lente
Se bazeaza pe formarea unei membrane biologice constituita din colonii de bacterii aerobe -amplasata la suprafata stratului de nisip (pe primii 2-3 cm) Elementul fundamental este dezvoltarea membranei (in 1 - 3 zile) functie de caracteristicile apei Dupa o perioada (30 - 50 zile) membrana se colmateaza si incepe sa se rupa degradand calitatea apei Aceasta se razuieste (se curata) manual sau mecanic si procesul este reluat In figura 52 se indica schema unui filtru lent
Dispoizitiv de curatat_____________________________membrana biologtca
Figura 325 indica tipurile de organisme care pot fi intalnite pe o adancime de 30 cm in nisipul filtrului lent
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
Nisipul din filtrul lent trebuie sa aiba urmatorii parametri
bull granulozitatea in domeniul dg = 035 - 050 mm
bull coeficientul de neuniformitate ult 15
(314)
In care d6o - diametral ochiurilor sitei prin care trece 60 din materialul cernut
d1o - diametral ochiurilor sitei prin care trece 10 din materialul cernut
01
50
bull inaltimea stratului de nisip H=90-100 cm cand grosimea stratului de nisip ajunge dupa curatiri succesive la 70 - 80 cm este necesara completarea la inaltimea initiala
Solutia filtrelor lente se prevede la debite relativ mici (max 10000 m zi) si surse de apa in general curate (lipsite de alge culoare poluanti toxici) Se pot obtine rezultate performante la ape necoagulate Operarea sistemelor de filtre lente este simpla Procesul de filtrare lenta este asimilat cu procese fizice si biologice Acestea din urma necesita o atentie si urmarire continua in etapele de operare a filtrelor in special referitor la starea coloniilor de bacterii aerobe din membrana biologica
310Filtre rapide
In figura 326 se prezinta schema unui filtru rapid Acesta este constituit din urmatoarele elemente componente
bull sistem admisie apa in cuva - are rolul echirepartitiei debitului catre cuvele de filtre
bull stratul filtrant peste care exista un strat de apa
bull drenaj cu rolul de a sustine stratul filtrant si de a transforma bulele mari in bule fine in procesul de spalare inversa
bull sistem de mentinere a nivelului apei in filtru (pentru filtrele cu functionare in sistem nivel constant si debit variabil)
bull statie de pompare apa de la spalare filtre si statie de suflante
bull instalatii hidraulice grupate in galeria tehnologica cu rolul de a asigura toate utilitatile necesare functionarii corecte a procesului (conducte si vane apa filtrata apa spalare aer spalare preaplin golire etc)
bull rezervor de apa filtrata amplasat de obicei sub toata statia sau in anumite cazuri numai sub galeria tehnologica
Procesul consta in doua etape
bull filtrarea apei parcurgand in sens descendent stratul de nisip si drenajul
bull spalarea filtrului in sens ascendent in doua faze distincte
o faza 1 (durata Ti=5-10 min)
o faza 2 - limpezire (durata Ti=10-15 min)
51
in ultimii 30-40 de ani in lume a existat o preocupare constants pentru perfectionarea procesului in sensul obtinerii performantei in calitatea apei filtrate (turbiditatea sa se incadreze in domeniulOl - 10 NTU)
Mecanismele de retinere in filtrele rapide se pot sintetiza ca in schema urmatoare
3101 Mediul filtrant
Calitatile materialului filtrant sunt urmatoarele
bull domeniul de granulozitate dg = 085 - 2 mm
bull coeficientul de neuniformitate u=d6odio lt 15
bull fractiunile inferioare diametrului 085 mm si superioare dmax 2 mm inferioare procentual la 10 in greutate
bull diametrul efectiv def = dio = 09-1 mm
bull sa realizeze un numar de goluri (porozitate) mare (pgt40)
bull forma granulelor apropiata de sfera pentru obtinerea unui grad de acoperire ridicat
bull continut de roci cuartoase recomandabil peste 95
bull sa aiba duritate (gt 7 in scara Mohs) pentru a nu se sfarama la spalare
Calitatea materialului filtrant influenteaza viteza de filtrare O serie de studii au indicat domeniul optim de granulozitate al nisipului de filtru conform figurii 328
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 52
3102 Calitatea influentului fn corelatie cu materialul filtrant
Pentru realizarea unei retineri eficiente a suspensiilor se impune ca in influentul filtrelor acestea sa fie floculate Aceasta se caracterizeaza prin coeficientul de coeziune al suspensiilor floculate (namol retinut) aceasta caracterizeaza capacitatea de rezistenta la forfecare si depinde de doza de floculant si natura (minerala sau organica a suspensiilor)
Procesul de optimizare a filtrarii rapide a apei ia in considerate principiul un filtru va functiona optim cand va produce cea mai mare cantitate de apa intre doua spalari succesive aceasta se va realiza cand timpul in care se atinge pierderea de sarcina limita este egal cu timpul in care se calitatea apei filtrate se inrautateste la limita maxim acceptabila (Ti = T2) sau penetrarea impuritatilor in interiorul masei filtrante se va efectua cu aceeasi viteza cu care creste pierderea de sarcina Expresiile celor doua perioade au fost determinate de cercetatorii Richard si Croce-Spinelli
Tx = a bull σ - 0 9 5 bull k-075bull def-045bull h0
n95bull v -185 (316)
T l = b bull σ-075 k - 0 7 5 bull dlef
1 5 Δhr05 bull vF
-065 (317)
In care Ti - perioada in care turbiditatea apei filtrate atinge valoarea limita (1 NTU)
T2 - perioada in care se atinge pierderea de sarcina limita (15 - 18 m)
a b - coeficienti empirici (experimentali)
hn - grosime strat nisip
Δhr- viteza de crestere a pierderii de sarcina
INSPECTIA SANITARA SI MOMTORIZAREA CALITATII APEI
VF - viteza de filtrare
k - coeficient de coeziune al namolului
a - depozitul specific (volumul de suspensii raportat la volumul de material filtrant)
Se constata ca fiecare filtru poate conduce la un ciclu optim functie de calitatea nisipului grosimea stratului calitatea flocularii suspensiilor din apa influenta si viteza de filtrare
3103 Variatia pierderii de sarcina
Urmarirea pierderii de sarcina este importanta pentru ca poate pune in evidenta functionarea filtrului Operarea optima a unui filtru se realizeaza prin urmarirea in timp a variatiei pierderii de sarcina si turbiditatii Masurile pentru realizarea acestui optim sunt
53
bull reducerea vitezei - cele mai performante filtre lucreaza cu viteze de filtrare variabile astfel incat colmatarea stratului sa se realizeze fara socuri
bull adaugarea unui polimer (doze 01 - 02 mgl) in influent pentru a mari rezistenta particulelor floculate
bull imbunatatirea calitatii nisipului
Presiune (m col H20)
Figura 329 Estimarea pierderii de sarcina Tn
stratul filtrant
3104 Spalarea filtrelor
Se realizeaza in contra curent de apa si aer comprimat Elementele tehnice care intervin esential in obtinerea performantelor spalarii sunt
bull calitate drenaj - din punct de vedere al uniformitatii debitelor de apa si aer
bull colectarea uniforma a apei de la spalare
bull metoda de spalare care sa asigure eliminarea totala a suspensiilor retinute in strat cu resurse minime
bull drenaj de mare rezistenta hidraulica (cu placi cu crepine)
Se bazeaza pe principiul introducerii unei rezistente hidraulice de 15 - 20 cm coloana de apa (reducerea brusca de sectiune la intrarea apei in tija crepinei) care asigura uniformizarea intensitatilor de spalare pe suprafata cuvei (abateri de plusmn 3-5) In figura 330 se prezinta schema drenajului cu placi cu crepine
Se pun conditii severe din punct de vedere constructiv pentru realizarea drenajului
bull asigurarea etansarii perfecte
bull asigurarea cotei exacte si unice pentru pozitia orificiilor de aer
bull rezistenta cosurilor crepinelor
bull asigurarea formarii unui nivel de separatie apa - aer uniform si constant pe toata suprafata cuvei
Cele mai performante filtre din punct de vedere al spalarii sunt filtrele cu baleiaj la spalare (figura 331)
INSPECTIA SANITARA SI MOMTORIZAREA CALITATII APEI
55
55
in perioada de spalare a filtrului nivelul in cuva se afla la cota NS jgheaburile J nu mai deverseaza si prin orificiile de la baza jgheaburilor se creeaza un curent de baleiaj (1-2 dm3sm2) cu apa decantata care impinge suspensiile spre jgheabul de colectare Se reduc astfel timpii de spalare (cu 50) si intensitatile si volumele de apa de spalare
Prin curgerea ascendenta a aerului masa de nisip vibreaza si peliculele de namol se desprind de granule Curentul ascendent de apa le antreneaza Spalarea numai cu aer induce vibrarea masei de nisip si depunerea namolului in zona inferioara a stratului De aceea este contraindicata spalarea numai cu aer in faza 1
In general echipamentele pentru asigurarea debitelor apa de spalare se adopta un utilaj (pompa) in faza 1 si inca o pompa de acelasi tip pentru faza a Il-a
3105 Asigurarea repartitiei uniforme a influentului
Pentru asigurarea repartitiei uniforme a apei decantate se utilizeaza diverse sisteme Cel mai performant este sistemul cu deversori neinecati conform cu schema din figura 332
3106 Sistemele hidraulice
Sistemele hidraulice asigura deservirea statiei de filtre atat in procesul de filtrare cat si in procesul de spalare Acestea se vor dimensiona conform vitezelor economice prezentate in tabelul urmator
3107 Reglajului debitului si nivelului de apa in cuva
Pentru filtrele care functioneaza cu nivel constant si debit variabil este foarte important ca nivelul apei in filtru se fie mentinut pseudo-constant Aceasta se asigura cu diverse sisteme de plutitori (regulator de nivel amonte) care comanda vana de pe conducta de apa filtrata sau cu sisteme electronice si hidraulice conform figurii 333
Figura 333 Sistem de reglare electronic al nivelului apei Tn filtru
Legends 1 Strat filtrant 2 Vana apa filtrata 3 Parghie comanda vana 4 Electrovana de comanda 5 Regulator electronic 6 Senzor de presiune pentru nivel filtru 7 Senzor de presiune sub planseu 8 Potentiometru 9 Indicator de
colmatare 10 Alimentare cu fluid de comanda
313 Afin area apei
Procesul de afmare a apei este constituit din combinatia intre procesul de post-oxidare cu ozon a apei filtrate urmat de adsorbtie pe carbune activ granular
3131 Post-oxidarea cu ozon
Ozonul (O3) se obtine din aer sau oxigen supus la descarcari electrice printr-un dielectric In figura 334 se prezinta un element dintr-un ozonor
figura 334 Element tubular de ozonor
1 - Intrare gaz vector (aeroxigen) 2 3 - Electrozi 4 - Dielectric 5 - Spatiu de descarcare electrica 6 - Gaz vector +
ozon 7 - Apa racire
Diferentele de potential la care se lucreaza sunt cuprinse intre 6000 - 18000 V functie de natura si grosimea dielectricului marimea spatiului de descarcare si presiunea absoluta de functionare
Concentratiile de ozon in gazul vector obisnuite sunt
bull 10-40gm - in cazul utilizarii aerului
bull 10-140 gm3 - in cazul utilizarii oxigenului
Pentru a realiza concentratii optime si stabilitatea procesului se cere punct de roua -60degC -80degC
Energia specifics pentru productia de ozon
bull 13-18 kWhkg O3 - produs din aer
bull 8-10 kWhkg O3 - produs din oxigen
Actiunea O3 asupra apelor de consum se poate sintetiza
bull imbunatatirea calitatilor organoleptice (gust miros culoare)
bull activitate bactericide si virulicida
bull oxidarea materiilor organice
bull oxidare micro-poluanti
bull imbunatatirea biodegradabilitatii in amonte de CAG
3132 Adsorbtie pe carbune activ granular (CAG)
Carbunele activ se poate obtine din carbuni minieri sau din coaja de nuca de cocos Majoritatea carbunilor minieri pot fi convertiti in carbune activ insa proprietatile carbunelui activ depind esential de calitatea initiala a carbunilor in special in ceea ce priveste duritatea acestora in acest sens se utilizeaza adesea coaja nucilor de cocos pentru fabricarea carbunelui activ
Exista o multitudine de procese de fabricare a carbunelui activ insa eel mai dezvoltat este piroliza urmata de activarea cu gaze de oxidare Piroliza (carbonizarea) presupune incalzirea materialului la temperaturi intre 600 si 900 degC in absenta aerului Pentru obtinerea unei porozitati ridicate se pot utiliza adaosuri de cloruri metalice (de exemplu ZnCl) Piroliza poate reprezenta unicul pas de activare in cazul in care se doreste obtinerea unui material cu 0 porozitate ridicata
A doua etapa este cea de oxidare care se realizeaza de obicei cu abur sau uneori cu aer Temperaturile sunt uzuale in gama de 600 - 900 degC Pe parcursul acestei etape se realizeaza 0 erodare a suprafetei interne a carbunelui si dezvoltarea unei retele extensive de micropori care cresc capacitatea de adsorbtie
58
Printre proprietatile principale ale carbunelui activ se enumera continutul de cenusa umiditatea densitatea marimea particulelor duritatea volumul si distributia dupa marime a porilor suprafata interna
31321 Continutul in cenusa
Continutul in cenusa este reprezentat de reziduul obtinut prin calcinarea la temperatura de 954 degC timp de 3 ore in aer Uzual continutul de cenusa variaza intre 3 si 10 Pentru reducerea cantitatii de cenusa se poate utiliza spalarea cu acid
31322 Umiditatea
Umiditatea se determina prin uscarea in cuptor timp de 3 ore a unei cantitati de 5 sau 10 g de carbune activ la temperatura 150 degC Se determina greutatea inainte si dupa uscare si racire in exicator Umiditatea in vrac a carbunelui activ este recomandabil sa fie limitata la maxim 5
31323 Densitatea
Sunt mai multe tipuri de densitati printre care se mentioneaza densitatea in vrac densitatea aparenta densitatea particulei si densitatea reala Densitatea in vrac sau densitatea aparenta reprezinta greutatea carbunelui activ uscat raportata la volumul pe care acesta il ocupa Aceasta se determina prin umplerea unui cilindru cu volumul de 100 ml cu carbune prin cadere libera dintr-o masina vibratoare si cantarirea volumului respectiv Valorile uzuale sunt in gama 05 - 06 gml pentru carbune activ fabricat din carbune minier respectiv 024 - 030 mg1 pentru carbune activ fabricat din lemn
Densitatea particulei reprezinta densitatea unei particule singulare Volumul pe care se bazeaza include volumul porilor precum si volumul materialului Densitatea particulei se determina in mod uzual cu mercur la presiunea atmosferica (mercurul umple spatiile goale din particula de carbune activ dar nu umple porii) Valorile uzuale sunt in gama 074 - 080 gml
Densitatea reala sau densitatea scheletului este cea determinate numai pe materialul (carbunele) propriu-zis Pentru determinarea acesteia se utilizeaza uzual o metoda de inlocuire cu heliu (heliul intra practic in toti porii materialului) Valorile uzuale sunt in gama 21 - 22 gml
31324 Marimea particulelor
Aceasta se determina prin cernerea a 100 sau 200 g de carbune printr-un sistem de site mecanice timp de 10 minute dupa care se cantaresc retinerile pe fiecare sita in parte Carbunele activ pudra se incadreaza de obicei in domeniul 005 mm - 15 mm
31325 Friabilitatea
Capacitatea carbunelui activ de a rezista la abraziune este unul dintre parametrii cei mai importanti Procedura de determinare a friabilitatii carbunelui activ presupune determinarea granulozitatii acestora inainte si dupa testul propriu-zis care consta in concasarea succesiva a carbunelui intr-un recipient alaturi de bile de otel inoxidabil Valorile uzuale ale indicelui de friabilitate sunt 65 - 80 (practic 70 - 75) ceea ce atesta faptul ca materialul este foarte usor friabil si este necesar atentie la procedura de spalare
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATIIAPEI 59
31326 Volumul si distributia dupa marime a porilor
Volumul porilor reprezinta volumul total al porilor din particula de carbune activ granular raportat la greutate Valorile uzuale sunt de ordinul 08 - 12 mlg pentru carbune activ fabricat din carbuni minieri respectiv 22-25 mlg pentru carbune activ fabricat din lemn Volumul total al porilor poate fi determinat printr-un test de adsorbtie cu azot desfasurate astfel incat azotul condensat sa intre in totalitate in porii carbunelui
Carbunele activ confine o structura complexa de pori de forme si marimi diferite Porii au de obicei o geometrie neregulata si sunt interconectati Dimensiunile porilor sunt uzual intre 10 A si 100000 A (001 cm) Distributia dupa marime a porilor depinde de tipul de material utilizat si de metoda si de durata procesului de activare
31327 Suprafata internaSuprafata interna a materialelor poroase in general se determinS cu ecuatia BET stabilita de
Brunauer Emmett si Teller Ecuatia descrie formarea de strate multiple de gaz condensat care apar atunci cand un gaz adsorbabil (de exemplu azotul) este in contact cu materialul poros Intr-un astfel de test se utilizeaza azot la temperatura de fierbere si presiunea atmosferica (-196 degC sau 77 K)
Ecuatia BET (expresia 318) a fost derivata presupunand urmatoarelebull rata de condensare a moleculelor din primul strat este egala cu rata de evaporare a
moleculelor din zonele acoperite cu un singur strat de moleculebull caldura de adsorbtie peste primul strat este constants si egala cu caldura de lichefiere
qqm=b(PPS)(1-PPs)(1-PPS+bPPS) ( 3 1 8 )
In care Ps - presiunea de vaporizare la saturatie la temperatura utilizata in test uzual 1 atm
q - cantitatea de substanta adsorbita la presiunea P
qm - cantitatea de substanta adsorbita numai cand se constata acoperirea totala a suprafetei cu un strat monomolecular
b - constanta determinata experimental
In figura 336 se prezinta o relatie tipica intre marimea porilor si suprafata totala Suprafata cumulativa este data de insumarea suprafetelor tuturor porilor cu un diametru dat sau mai mare Se remarca faptul ca marea majoritate a suprafetei este atribuita porilor de mici dimensiuni
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI60
3133 Teste uzuale de adsorbtie
In practica se utilizeaza o serie intreaga de teste pentru a determina capacitatea de adsorbtie pentru diferite tipuri de carbune activ Printre acestea se mentioneaza
- Indicele Iod reprezinta cantitatea de iod in miligrame pe gram adsorbit de un carbune activ la echilibru cu o solutie I2-KI cu concentratia 002 N indicele iod indica suprafata totala a porilor cu diametru de 10 A sau mai mare valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 800 - 1000 mgg
Indicele Melasa reprezinta un indicator al puterii de decolorare a carbunelui activ granular in contact cu 0 solutie de melasa la fierbere indicele melasa este in stricta legatura cu suprafata totala a porilor cu diametrul mai mare de 28 A valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 200 - 300
- Indicele Albastru de Metilen reprezinta cantitatea de albastru de metilen adsorbita de 1 g de carbune activ la echilibru in contact cu o solutie cu concentratia 1 mg1 de albastru de metilen Albastrul de metilen are greutatea moleculara 320 si indica suprafata totala a porilor cu diametrul de 15 A
- Activitatea tetraclorurii de carbon tetraclorura de carbon CC14 este un compus molecular mic si poate intra in toti porii In acest test un curent de aer este saturat cu CCI4 la 0 degC si este trecut printr-un strat de carbune activ mentinut la 25 degC pana cand nu se mai detecteaza nici o schimbare in greutate Activitatea este greutatea CCI4 adsorbita pe unitatea de greutate de carbune activ exprimata procentual Valorile uzuale ale acestui indicator sunt in gama 60 -80
- Indicele butan este similar activitatii tetraclorurii de carbon valoarea acestuia este exprimata grame de butan adsorbite pe 100 ml carbune activ valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 7 - 8 g 100 ml carbune activ
- Indicele FINAD stabilit de cercetatorul C Gomella si reprezinta un produs al mai multor indici F - fenol I - iod N - indol A - antipirina D - detergent
316 Deferizarea si demanganizarea apei
Fierul (Fe) si manganul (Mn) sunt elemente care se gasesc frecvent in mediul subteran si in apa apar in concentratii pana la 10 mg1 (Fe) si 2 mg1 (Mn) Prezenta fierului si manganului in apele potabile pot genera urmatoarele probleme
bull produce gust metalic dezagreabil
bull coloreaza tesaturile si echipamentele sanitare
bull formeaza precipitate in conducte care favorizeaza dezvoltarea bacteriilor feruginoase (Chrenothrix) acestea modifica regimul hidraulic calitatea apei distribute si favorizeaza fenomenele de coroziune
3161 Echilibrul fierului si manganului in apa
Fierul si manganul sunt prezente dizolvate in solutiile apoase sub forma Fe2+si Mn2+ Concentratia in oxigen a apelor subterane care contin Fe si Mn este nula Din namolurile situate in
2+ ~
zona anaeroba din hipolimnion se elibereaza ioni de Fe2+ si Mnz+ in apele lacurilor In numeroase ape naturale se remarca prezenta Fe3+ asociata cu substantele humice Stabilitatea fierului si manganului in apa depinde de numeroase variabile
bull pH-ul apei
bull concentratia diferitelor elemente chimice
bull potentialul de oxido-reducere (Eh) al solutiei
In figura 341 se prezinta diagrama de stabilitate a formelor fierului in solutie in aceasta diagrama o curba (linie) reprezinta locul geometric pentru care concentratia celor doua substante este aceeasi De exemplu linia 1 reprezinta solutia pentru care O2 si H2O au aceeasi valoare Aria cuprinsa intre curbele 1 si 2 reprezinta aria de stabilitate a compusilor de Fe Chimia manganului este asemanatoare cu cea a Fe Astfel la pH si Eh reduse Fe si Mn sunt stabile in forme bivalente
Figura 313 Deznisipator orizontal longitudinal
1 Gratar 2 Bare de linistire 3 Nisa pentru reparatii Tn caz de avarie 4 Stavilar de intrare 5 Vane de golire 6 Stavilarde iesire 7 Galerie de golire
In zona de intrare a apei in deznisipator se monteaza un gratar rar pentru impiedicarea accesului corpurilor mari in interiorul bazinului Pentru linistirea curentului se monteaza bare verticale de linistire Peretii laterali ai deznisipatorului se executa cu evazare catre exterior pentru a permite preluarea impingerilor survenite din podul de gheata care se formeaza pe timp de iarna la suprafata bazinului Panta radierului bazinului trebuie sa permita evacuarea depunerilor in zona din aval a bazinului Evacuarea depunerilor se poate realiza cu mai multe sisteme
bull prin hidro-mecanizare cu scoaterea din functiune a unui compartiment
bull prin golirea totala a compartimentului (numai pentru debite foarte reduse)
bull cu electro-pompe speciale purtate de o grinda rulanta
3512 Decantoare statice
Sunt destinate surselor cu variatii mari de turbiditate la care 50 - 60 din suspensii sunt de natura minerala (gravimetrice) in figura 314 se prezinta schema unui decantor orizontal longitudinal Elementele principale ale bazinului sunt
bull zona de intrare in care se gaseste un perete de linistire a curentului in partea superioara respectiv canalul de evacuare a depunerilor in partea inferioara
bull decantorul propriu-zis cu radier cu panta catre basa de evacuare a namolului amplasata in zona incipienta a bazinului
bull zona de evacuare a apei decantate care este bordata de un gratar cu rolul impiedicarii accesului plutitorilor
Curatirea decantoarelor orizontale se realizeaza
bull Intermitent prin golire si evacuare depuneri hidraulic sau mecanic
bull Continuu cu ajutorul podurilor racloare care strang depunerile in base special amenajate
Dificultatile in operarea decantoarelor statice se pot sintetiza
bull sunt influentate de factori atmosferici vant gheata insorire
bull miscarea este turbulenta ca structura si particule fine pot fi repuse in stare de suspensie
bull echilibrarea fluxului hidraulic se realizeaza cu dificultate
bull eficienta retinerii nu depaseste 10-15 NTU la apa decantata
37 Filtrarea apei - generalitati
Filtrarea este procesul de limpezire finala a apei (stadiul II) la curgerea printr-un mediu poros de obicei format din nisip cuartos Procesul simuleaza infiltratia apelor superficiale in mediile poroase din subsolul pamantului Procesul este cunoscut si aplicat de mult timp (primul brevet s-a emis in 1830)
Schema generala (figura 323) indica filtrul ca fiind format dintr-un bazin (cuva) in care apa curge in sens descendent traverseaza mediul poros sustinut de un drenaj si ajunge intr-un rezervor de apa filtrata amplasat sub drenaj Sistemul este dotat cu toate instalatiile de introducere -prelevare apa preaplin si golire
Parametrii fundamentali ai procesului de filtrare sunt
bull viteza de filtrare definita (ca viteza aparenta) cu relatia urmatoare
vF = Q A [ m h ] [mzi] (313)
In care
Q - debitul de apa filtrata
A - suprafata orizontala a stratului filtrant in
functie de viteza de filtrare se pot clasifica in
o filtre lente (biologice) - VF = 01 - 025 [mh]
o filtre rapide - vF = 4 - 10 [mh|
o filtre ultra-rapide
bull mediul filtrant - in general nisip cuartos care sa realizeze prin uniformitatea granulelor un volum de goluri in care sa se acumuleze suspensia retinuta din apa caracteristicile sunt diferite pe tipuri de filtre
bull pierderea de sarcina (hr) exprimata ca diferenta intre nivelul apei in cuva filtrului si nivelul apei in rezervorul de apa filtrata este data de colmatarea stratului si este variabila in timp
49
38 Filtre lente
Se bazeaza pe formarea unei membrane biologice constituita din colonii de bacterii aerobe -amplasata la suprafata stratului de nisip (pe primii 2-3 cm) Elementul fundamental este dezvoltarea membranei (in 1 - 3 zile) functie de caracteristicile apei Dupa o perioada (30 - 50 zile) membrana se colmateaza si incepe sa se rupa degradand calitatea apei Aceasta se razuieste (se curata) manual sau mecanic si procesul este reluat In figura 52 se indica schema unui filtru lent
Dispoizitiv de curatat_____________________________membrana biologtca
Figura 325 indica tipurile de organisme care pot fi intalnite pe o adancime de 30 cm in nisipul filtrului lent
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
Nisipul din filtrul lent trebuie sa aiba urmatorii parametri
bull granulozitatea in domeniul dg = 035 - 050 mm
bull coeficientul de neuniformitate ult 15
(314)
In care d6o - diametral ochiurilor sitei prin care trece 60 din materialul cernut
d1o - diametral ochiurilor sitei prin care trece 10 din materialul cernut
01
50
bull inaltimea stratului de nisip H=90-100 cm cand grosimea stratului de nisip ajunge dupa curatiri succesive la 70 - 80 cm este necesara completarea la inaltimea initiala
Solutia filtrelor lente se prevede la debite relativ mici (max 10000 m zi) si surse de apa in general curate (lipsite de alge culoare poluanti toxici) Se pot obtine rezultate performante la ape necoagulate Operarea sistemelor de filtre lente este simpla Procesul de filtrare lenta este asimilat cu procese fizice si biologice Acestea din urma necesita o atentie si urmarire continua in etapele de operare a filtrelor in special referitor la starea coloniilor de bacterii aerobe din membrana biologica
310Filtre rapide
In figura 326 se prezinta schema unui filtru rapid Acesta este constituit din urmatoarele elemente componente
bull sistem admisie apa in cuva - are rolul echirepartitiei debitului catre cuvele de filtre
bull stratul filtrant peste care exista un strat de apa
bull drenaj cu rolul de a sustine stratul filtrant si de a transforma bulele mari in bule fine in procesul de spalare inversa
bull sistem de mentinere a nivelului apei in filtru (pentru filtrele cu functionare in sistem nivel constant si debit variabil)
bull statie de pompare apa de la spalare filtre si statie de suflante
bull instalatii hidraulice grupate in galeria tehnologica cu rolul de a asigura toate utilitatile necesare functionarii corecte a procesului (conducte si vane apa filtrata apa spalare aer spalare preaplin golire etc)
bull rezervor de apa filtrata amplasat de obicei sub toata statia sau in anumite cazuri numai sub galeria tehnologica
Procesul consta in doua etape
bull filtrarea apei parcurgand in sens descendent stratul de nisip si drenajul
bull spalarea filtrului in sens ascendent in doua faze distincte
o faza 1 (durata Ti=5-10 min)
o faza 2 - limpezire (durata Ti=10-15 min)
51
in ultimii 30-40 de ani in lume a existat o preocupare constants pentru perfectionarea procesului in sensul obtinerii performantei in calitatea apei filtrate (turbiditatea sa se incadreze in domeniulOl - 10 NTU)
Mecanismele de retinere in filtrele rapide se pot sintetiza ca in schema urmatoare
3101 Mediul filtrant
Calitatile materialului filtrant sunt urmatoarele
bull domeniul de granulozitate dg = 085 - 2 mm
bull coeficientul de neuniformitate u=d6odio lt 15
bull fractiunile inferioare diametrului 085 mm si superioare dmax 2 mm inferioare procentual la 10 in greutate
bull diametrul efectiv def = dio = 09-1 mm
bull sa realizeze un numar de goluri (porozitate) mare (pgt40)
bull forma granulelor apropiata de sfera pentru obtinerea unui grad de acoperire ridicat
bull continut de roci cuartoase recomandabil peste 95
bull sa aiba duritate (gt 7 in scara Mohs) pentru a nu se sfarama la spalare
Calitatea materialului filtrant influenteaza viteza de filtrare O serie de studii au indicat domeniul optim de granulozitate al nisipului de filtru conform figurii 328
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 52
3102 Calitatea influentului fn corelatie cu materialul filtrant
Pentru realizarea unei retineri eficiente a suspensiilor se impune ca in influentul filtrelor acestea sa fie floculate Aceasta se caracterizeaza prin coeficientul de coeziune al suspensiilor floculate (namol retinut) aceasta caracterizeaza capacitatea de rezistenta la forfecare si depinde de doza de floculant si natura (minerala sau organica a suspensiilor)
Procesul de optimizare a filtrarii rapide a apei ia in considerate principiul un filtru va functiona optim cand va produce cea mai mare cantitate de apa intre doua spalari succesive aceasta se va realiza cand timpul in care se atinge pierderea de sarcina limita este egal cu timpul in care se calitatea apei filtrate se inrautateste la limita maxim acceptabila (Ti = T2) sau penetrarea impuritatilor in interiorul masei filtrante se va efectua cu aceeasi viteza cu care creste pierderea de sarcina Expresiile celor doua perioade au fost determinate de cercetatorii Richard si Croce-Spinelli
Tx = a bull σ - 0 9 5 bull k-075bull def-045bull h0
n95bull v -185 (316)
T l = b bull σ-075 k - 0 7 5 bull dlef
1 5 Δhr05 bull vF
-065 (317)
In care Ti - perioada in care turbiditatea apei filtrate atinge valoarea limita (1 NTU)
T2 - perioada in care se atinge pierderea de sarcina limita (15 - 18 m)
a b - coeficienti empirici (experimentali)
hn - grosime strat nisip
Δhr- viteza de crestere a pierderii de sarcina
INSPECTIA SANITARA SI MOMTORIZAREA CALITATII APEI
VF - viteza de filtrare
k - coeficient de coeziune al namolului
a - depozitul specific (volumul de suspensii raportat la volumul de material filtrant)
Se constata ca fiecare filtru poate conduce la un ciclu optim functie de calitatea nisipului grosimea stratului calitatea flocularii suspensiilor din apa influenta si viteza de filtrare
3103 Variatia pierderii de sarcina
Urmarirea pierderii de sarcina este importanta pentru ca poate pune in evidenta functionarea filtrului Operarea optima a unui filtru se realizeaza prin urmarirea in timp a variatiei pierderii de sarcina si turbiditatii Masurile pentru realizarea acestui optim sunt
53
bull reducerea vitezei - cele mai performante filtre lucreaza cu viteze de filtrare variabile astfel incat colmatarea stratului sa se realizeze fara socuri
bull adaugarea unui polimer (doze 01 - 02 mgl) in influent pentru a mari rezistenta particulelor floculate
bull imbunatatirea calitatii nisipului
Presiune (m col H20)
Figura 329 Estimarea pierderii de sarcina Tn
stratul filtrant
3104 Spalarea filtrelor
Se realizeaza in contra curent de apa si aer comprimat Elementele tehnice care intervin esential in obtinerea performantelor spalarii sunt
bull calitate drenaj - din punct de vedere al uniformitatii debitelor de apa si aer
bull colectarea uniforma a apei de la spalare
bull metoda de spalare care sa asigure eliminarea totala a suspensiilor retinute in strat cu resurse minime
bull drenaj de mare rezistenta hidraulica (cu placi cu crepine)
Se bazeaza pe principiul introducerii unei rezistente hidraulice de 15 - 20 cm coloana de apa (reducerea brusca de sectiune la intrarea apei in tija crepinei) care asigura uniformizarea intensitatilor de spalare pe suprafata cuvei (abateri de plusmn 3-5) In figura 330 se prezinta schema drenajului cu placi cu crepine
Se pun conditii severe din punct de vedere constructiv pentru realizarea drenajului
bull asigurarea etansarii perfecte
bull asigurarea cotei exacte si unice pentru pozitia orificiilor de aer
bull rezistenta cosurilor crepinelor
bull asigurarea formarii unui nivel de separatie apa - aer uniform si constant pe toata suprafata cuvei
Cele mai performante filtre din punct de vedere al spalarii sunt filtrele cu baleiaj la spalare (figura 331)
INSPECTIA SANITARA SI MOMTORIZAREA CALITATII APEI
55
55
in perioada de spalare a filtrului nivelul in cuva se afla la cota NS jgheaburile J nu mai deverseaza si prin orificiile de la baza jgheaburilor se creeaza un curent de baleiaj (1-2 dm3sm2) cu apa decantata care impinge suspensiile spre jgheabul de colectare Se reduc astfel timpii de spalare (cu 50) si intensitatile si volumele de apa de spalare
Prin curgerea ascendenta a aerului masa de nisip vibreaza si peliculele de namol se desprind de granule Curentul ascendent de apa le antreneaza Spalarea numai cu aer induce vibrarea masei de nisip si depunerea namolului in zona inferioara a stratului De aceea este contraindicata spalarea numai cu aer in faza 1
In general echipamentele pentru asigurarea debitelor apa de spalare se adopta un utilaj (pompa) in faza 1 si inca o pompa de acelasi tip pentru faza a Il-a
3105 Asigurarea repartitiei uniforme a influentului
Pentru asigurarea repartitiei uniforme a apei decantate se utilizeaza diverse sisteme Cel mai performant este sistemul cu deversori neinecati conform cu schema din figura 332
3106 Sistemele hidraulice
Sistemele hidraulice asigura deservirea statiei de filtre atat in procesul de filtrare cat si in procesul de spalare Acestea se vor dimensiona conform vitezelor economice prezentate in tabelul urmator
3107 Reglajului debitului si nivelului de apa in cuva
Pentru filtrele care functioneaza cu nivel constant si debit variabil este foarte important ca nivelul apei in filtru se fie mentinut pseudo-constant Aceasta se asigura cu diverse sisteme de plutitori (regulator de nivel amonte) care comanda vana de pe conducta de apa filtrata sau cu sisteme electronice si hidraulice conform figurii 333
Figura 333 Sistem de reglare electronic al nivelului apei Tn filtru
Legends 1 Strat filtrant 2 Vana apa filtrata 3 Parghie comanda vana 4 Electrovana de comanda 5 Regulator electronic 6 Senzor de presiune pentru nivel filtru 7 Senzor de presiune sub planseu 8 Potentiometru 9 Indicator de
colmatare 10 Alimentare cu fluid de comanda
313 Afin area apei
Procesul de afmare a apei este constituit din combinatia intre procesul de post-oxidare cu ozon a apei filtrate urmat de adsorbtie pe carbune activ granular
3131 Post-oxidarea cu ozon
Ozonul (O3) se obtine din aer sau oxigen supus la descarcari electrice printr-un dielectric In figura 334 se prezinta un element dintr-un ozonor
figura 334 Element tubular de ozonor
1 - Intrare gaz vector (aeroxigen) 2 3 - Electrozi 4 - Dielectric 5 - Spatiu de descarcare electrica 6 - Gaz vector +
ozon 7 - Apa racire
Diferentele de potential la care se lucreaza sunt cuprinse intre 6000 - 18000 V functie de natura si grosimea dielectricului marimea spatiului de descarcare si presiunea absoluta de functionare
Concentratiile de ozon in gazul vector obisnuite sunt
bull 10-40gm - in cazul utilizarii aerului
bull 10-140 gm3 - in cazul utilizarii oxigenului
Pentru a realiza concentratii optime si stabilitatea procesului se cere punct de roua -60degC -80degC
Energia specifics pentru productia de ozon
bull 13-18 kWhkg O3 - produs din aer
bull 8-10 kWhkg O3 - produs din oxigen
Actiunea O3 asupra apelor de consum se poate sintetiza
bull imbunatatirea calitatilor organoleptice (gust miros culoare)
bull activitate bactericide si virulicida
bull oxidarea materiilor organice
bull oxidare micro-poluanti
bull imbunatatirea biodegradabilitatii in amonte de CAG
3132 Adsorbtie pe carbune activ granular (CAG)
Carbunele activ se poate obtine din carbuni minieri sau din coaja de nuca de cocos Majoritatea carbunilor minieri pot fi convertiti in carbune activ insa proprietatile carbunelui activ depind esential de calitatea initiala a carbunilor in special in ceea ce priveste duritatea acestora in acest sens se utilizeaza adesea coaja nucilor de cocos pentru fabricarea carbunelui activ
Exista o multitudine de procese de fabricare a carbunelui activ insa eel mai dezvoltat este piroliza urmata de activarea cu gaze de oxidare Piroliza (carbonizarea) presupune incalzirea materialului la temperaturi intre 600 si 900 degC in absenta aerului Pentru obtinerea unei porozitati ridicate se pot utiliza adaosuri de cloruri metalice (de exemplu ZnCl) Piroliza poate reprezenta unicul pas de activare in cazul in care se doreste obtinerea unui material cu 0 porozitate ridicata
A doua etapa este cea de oxidare care se realizeaza de obicei cu abur sau uneori cu aer Temperaturile sunt uzuale in gama de 600 - 900 degC Pe parcursul acestei etape se realizeaza 0 erodare a suprafetei interne a carbunelui si dezvoltarea unei retele extensive de micropori care cresc capacitatea de adsorbtie
58
Printre proprietatile principale ale carbunelui activ se enumera continutul de cenusa umiditatea densitatea marimea particulelor duritatea volumul si distributia dupa marime a porilor suprafata interna
31321 Continutul in cenusa
Continutul in cenusa este reprezentat de reziduul obtinut prin calcinarea la temperatura de 954 degC timp de 3 ore in aer Uzual continutul de cenusa variaza intre 3 si 10 Pentru reducerea cantitatii de cenusa se poate utiliza spalarea cu acid
31322 Umiditatea
Umiditatea se determina prin uscarea in cuptor timp de 3 ore a unei cantitati de 5 sau 10 g de carbune activ la temperatura 150 degC Se determina greutatea inainte si dupa uscare si racire in exicator Umiditatea in vrac a carbunelui activ este recomandabil sa fie limitata la maxim 5
31323 Densitatea
Sunt mai multe tipuri de densitati printre care se mentioneaza densitatea in vrac densitatea aparenta densitatea particulei si densitatea reala Densitatea in vrac sau densitatea aparenta reprezinta greutatea carbunelui activ uscat raportata la volumul pe care acesta il ocupa Aceasta se determina prin umplerea unui cilindru cu volumul de 100 ml cu carbune prin cadere libera dintr-o masina vibratoare si cantarirea volumului respectiv Valorile uzuale sunt in gama 05 - 06 gml pentru carbune activ fabricat din carbune minier respectiv 024 - 030 mg1 pentru carbune activ fabricat din lemn
Densitatea particulei reprezinta densitatea unei particule singulare Volumul pe care se bazeaza include volumul porilor precum si volumul materialului Densitatea particulei se determina in mod uzual cu mercur la presiunea atmosferica (mercurul umple spatiile goale din particula de carbune activ dar nu umple porii) Valorile uzuale sunt in gama 074 - 080 gml
Densitatea reala sau densitatea scheletului este cea determinate numai pe materialul (carbunele) propriu-zis Pentru determinarea acesteia se utilizeaza uzual o metoda de inlocuire cu heliu (heliul intra practic in toti porii materialului) Valorile uzuale sunt in gama 21 - 22 gml
31324 Marimea particulelor
Aceasta se determina prin cernerea a 100 sau 200 g de carbune printr-un sistem de site mecanice timp de 10 minute dupa care se cantaresc retinerile pe fiecare sita in parte Carbunele activ pudra se incadreaza de obicei in domeniul 005 mm - 15 mm
31325 Friabilitatea
Capacitatea carbunelui activ de a rezista la abraziune este unul dintre parametrii cei mai importanti Procedura de determinare a friabilitatii carbunelui activ presupune determinarea granulozitatii acestora inainte si dupa testul propriu-zis care consta in concasarea succesiva a carbunelui intr-un recipient alaturi de bile de otel inoxidabil Valorile uzuale ale indicelui de friabilitate sunt 65 - 80 (practic 70 - 75) ceea ce atesta faptul ca materialul este foarte usor friabil si este necesar atentie la procedura de spalare
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATIIAPEI 59
31326 Volumul si distributia dupa marime a porilor
Volumul porilor reprezinta volumul total al porilor din particula de carbune activ granular raportat la greutate Valorile uzuale sunt de ordinul 08 - 12 mlg pentru carbune activ fabricat din carbuni minieri respectiv 22-25 mlg pentru carbune activ fabricat din lemn Volumul total al porilor poate fi determinat printr-un test de adsorbtie cu azot desfasurate astfel incat azotul condensat sa intre in totalitate in porii carbunelui
Carbunele activ confine o structura complexa de pori de forme si marimi diferite Porii au de obicei o geometrie neregulata si sunt interconectati Dimensiunile porilor sunt uzual intre 10 A si 100000 A (001 cm) Distributia dupa marime a porilor depinde de tipul de material utilizat si de metoda si de durata procesului de activare
31327 Suprafata internaSuprafata interna a materialelor poroase in general se determinS cu ecuatia BET stabilita de
Brunauer Emmett si Teller Ecuatia descrie formarea de strate multiple de gaz condensat care apar atunci cand un gaz adsorbabil (de exemplu azotul) este in contact cu materialul poros Intr-un astfel de test se utilizeaza azot la temperatura de fierbere si presiunea atmosferica (-196 degC sau 77 K)
Ecuatia BET (expresia 318) a fost derivata presupunand urmatoarelebull rata de condensare a moleculelor din primul strat este egala cu rata de evaporare a
moleculelor din zonele acoperite cu un singur strat de moleculebull caldura de adsorbtie peste primul strat este constants si egala cu caldura de lichefiere
qqm=b(PPS)(1-PPs)(1-PPS+bPPS) ( 3 1 8 )
In care Ps - presiunea de vaporizare la saturatie la temperatura utilizata in test uzual 1 atm
q - cantitatea de substanta adsorbita la presiunea P
qm - cantitatea de substanta adsorbita numai cand se constata acoperirea totala a suprafetei cu un strat monomolecular
b - constanta determinata experimental
In figura 336 se prezinta o relatie tipica intre marimea porilor si suprafata totala Suprafata cumulativa este data de insumarea suprafetelor tuturor porilor cu un diametru dat sau mai mare Se remarca faptul ca marea majoritate a suprafetei este atribuita porilor de mici dimensiuni
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI60
3133 Teste uzuale de adsorbtie
In practica se utilizeaza o serie intreaga de teste pentru a determina capacitatea de adsorbtie pentru diferite tipuri de carbune activ Printre acestea se mentioneaza
- Indicele Iod reprezinta cantitatea de iod in miligrame pe gram adsorbit de un carbune activ la echilibru cu o solutie I2-KI cu concentratia 002 N indicele iod indica suprafata totala a porilor cu diametru de 10 A sau mai mare valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 800 - 1000 mgg
Indicele Melasa reprezinta un indicator al puterii de decolorare a carbunelui activ granular in contact cu 0 solutie de melasa la fierbere indicele melasa este in stricta legatura cu suprafata totala a porilor cu diametrul mai mare de 28 A valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 200 - 300
- Indicele Albastru de Metilen reprezinta cantitatea de albastru de metilen adsorbita de 1 g de carbune activ la echilibru in contact cu o solutie cu concentratia 1 mg1 de albastru de metilen Albastrul de metilen are greutatea moleculara 320 si indica suprafata totala a porilor cu diametrul de 15 A
- Activitatea tetraclorurii de carbon tetraclorura de carbon CC14 este un compus molecular mic si poate intra in toti porii In acest test un curent de aer este saturat cu CCI4 la 0 degC si este trecut printr-un strat de carbune activ mentinut la 25 degC pana cand nu se mai detecteaza nici o schimbare in greutate Activitatea este greutatea CCI4 adsorbita pe unitatea de greutate de carbune activ exprimata procentual Valorile uzuale ale acestui indicator sunt in gama 60 -80
- Indicele butan este similar activitatii tetraclorurii de carbon valoarea acestuia este exprimata grame de butan adsorbite pe 100 ml carbune activ valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 7 - 8 g 100 ml carbune activ
- Indicele FINAD stabilit de cercetatorul C Gomella si reprezinta un produs al mai multor indici F - fenol I - iod N - indol A - antipirina D - detergent
316 Deferizarea si demanganizarea apei
Fierul (Fe) si manganul (Mn) sunt elemente care se gasesc frecvent in mediul subteran si in apa apar in concentratii pana la 10 mg1 (Fe) si 2 mg1 (Mn) Prezenta fierului si manganului in apele potabile pot genera urmatoarele probleme
bull produce gust metalic dezagreabil
bull coloreaza tesaturile si echipamentele sanitare
bull formeaza precipitate in conducte care favorizeaza dezvoltarea bacteriilor feruginoase (Chrenothrix) acestea modifica regimul hidraulic calitatea apei distribute si favorizeaza fenomenele de coroziune
3161 Echilibrul fierului si manganului in apa
Fierul si manganul sunt prezente dizolvate in solutiile apoase sub forma Fe2+si Mn2+ Concentratia in oxigen a apelor subterane care contin Fe si Mn este nula Din namolurile situate in
2+ ~
zona anaeroba din hipolimnion se elibereaza ioni de Fe2+ si Mnz+ in apele lacurilor In numeroase ape naturale se remarca prezenta Fe3+ asociata cu substantele humice Stabilitatea fierului si manganului in apa depinde de numeroase variabile
bull pH-ul apei
bull concentratia diferitelor elemente chimice
bull potentialul de oxido-reducere (Eh) al solutiei
In figura 341 se prezinta diagrama de stabilitate a formelor fierului in solutie in aceasta diagrama o curba (linie) reprezinta locul geometric pentru care concentratia celor doua substante este aceeasi De exemplu linia 1 reprezinta solutia pentru care O2 si H2O au aceeasi valoare Aria cuprinsa intre curbele 1 si 2 reprezinta aria de stabilitate a compusilor de Fe Chimia manganului este asemanatoare cu cea a Fe Astfel la pH si Eh reduse Fe si Mn sunt stabile in forme bivalente
bull zona de evacuare a apei decantate care este bordata de un gratar cu rolul impiedicarii accesului plutitorilor
Curatirea decantoarelor orizontale se realizeaza
bull Intermitent prin golire si evacuare depuneri hidraulic sau mecanic
bull Continuu cu ajutorul podurilor racloare care strang depunerile in base special amenajate
Dificultatile in operarea decantoarelor statice se pot sintetiza
bull sunt influentate de factori atmosferici vant gheata insorire
bull miscarea este turbulenta ca structura si particule fine pot fi repuse in stare de suspensie
bull echilibrarea fluxului hidraulic se realizeaza cu dificultate
bull eficienta retinerii nu depaseste 10-15 NTU la apa decantata
37 Filtrarea apei - generalitati
Filtrarea este procesul de limpezire finala a apei (stadiul II) la curgerea printr-un mediu poros de obicei format din nisip cuartos Procesul simuleaza infiltratia apelor superficiale in mediile poroase din subsolul pamantului Procesul este cunoscut si aplicat de mult timp (primul brevet s-a emis in 1830)
Schema generala (figura 323) indica filtrul ca fiind format dintr-un bazin (cuva) in care apa curge in sens descendent traverseaza mediul poros sustinut de un drenaj si ajunge intr-un rezervor de apa filtrata amplasat sub drenaj Sistemul este dotat cu toate instalatiile de introducere -prelevare apa preaplin si golire
Parametrii fundamentali ai procesului de filtrare sunt
bull viteza de filtrare definita (ca viteza aparenta) cu relatia urmatoare
vF = Q A [ m h ] [mzi] (313)
In care
Q - debitul de apa filtrata
A - suprafata orizontala a stratului filtrant in
functie de viteza de filtrare se pot clasifica in
o filtre lente (biologice) - VF = 01 - 025 [mh]
o filtre rapide - vF = 4 - 10 [mh|
o filtre ultra-rapide
bull mediul filtrant - in general nisip cuartos care sa realizeze prin uniformitatea granulelor un volum de goluri in care sa se acumuleze suspensia retinuta din apa caracteristicile sunt diferite pe tipuri de filtre
bull pierderea de sarcina (hr) exprimata ca diferenta intre nivelul apei in cuva filtrului si nivelul apei in rezervorul de apa filtrata este data de colmatarea stratului si este variabila in timp
49
38 Filtre lente
Se bazeaza pe formarea unei membrane biologice constituita din colonii de bacterii aerobe -amplasata la suprafata stratului de nisip (pe primii 2-3 cm) Elementul fundamental este dezvoltarea membranei (in 1 - 3 zile) functie de caracteristicile apei Dupa o perioada (30 - 50 zile) membrana se colmateaza si incepe sa se rupa degradand calitatea apei Aceasta se razuieste (se curata) manual sau mecanic si procesul este reluat In figura 52 se indica schema unui filtru lent
Dispoizitiv de curatat_____________________________membrana biologtca
Figura 325 indica tipurile de organisme care pot fi intalnite pe o adancime de 30 cm in nisipul filtrului lent
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
Nisipul din filtrul lent trebuie sa aiba urmatorii parametri
bull granulozitatea in domeniul dg = 035 - 050 mm
bull coeficientul de neuniformitate ult 15
(314)
In care d6o - diametral ochiurilor sitei prin care trece 60 din materialul cernut
d1o - diametral ochiurilor sitei prin care trece 10 din materialul cernut
01
50
bull inaltimea stratului de nisip H=90-100 cm cand grosimea stratului de nisip ajunge dupa curatiri succesive la 70 - 80 cm este necesara completarea la inaltimea initiala
Solutia filtrelor lente se prevede la debite relativ mici (max 10000 m zi) si surse de apa in general curate (lipsite de alge culoare poluanti toxici) Se pot obtine rezultate performante la ape necoagulate Operarea sistemelor de filtre lente este simpla Procesul de filtrare lenta este asimilat cu procese fizice si biologice Acestea din urma necesita o atentie si urmarire continua in etapele de operare a filtrelor in special referitor la starea coloniilor de bacterii aerobe din membrana biologica
310Filtre rapide
In figura 326 se prezinta schema unui filtru rapid Acesta este constituit din urmatoarele elemente componente
bull sistem admisie apa in cuva - are rolul echirepartitiei debitului catre cuvele de filtre
bull stratul filtrant peste care exista un strat de apa
bull drenaj cu rolul de a sustine stratul filtrant si de a transforma bulele mari in bule fine in procesul de spalare inversa
bull sistem de mentinere a nivelului apei in filtru (pentru filtrele cu functionare in sistem nivel constant si debit variabil)
bull statie de pompare apa de la spalare filtre si statie de suflante
bull instalatii hidraulice grupate in galeria tehnologica cu rolul de a asigura toate utilitatile necesare functionarii corecte a procesului (conducte si vane apa filtrata apa spalare aer spalare preaplin golire etc)
bull rezervor de apa filtrata amplasat de obicei sub toata statia sau in anumite cazuri numai sub galeria tehnologica
Procesul consta in doua etape
bull filtrarea apei parcurgand in sens descendent stratul de nisip si drenajul
bull spalarea filtrului in sens ascendent in doua faze distincte
o faza 1 (durata Ti=5-10 min)
o faza 2 - limpezire (durata Ti=10-15 min)
51
in ultimii 30-40 de ani in lume a existat o preocupare constants pentru perfectionarea procesului in sensul obtinerii performantei in calitatea apei filtrate (turbiditatea sa se incadreze in domeniulOl - 10 NTU)
Mecanismele de retinere in filtrele rapide se pot sintetiza ca in schema urmatoare
3101 Mediul filtrant
Calitatile materialului filtrant sunt urmatoarele
bull domeniul de granulozitate dg = 085 - 2 mm
bull coeficientul de neuniformitate u=d6odio lt 15
bull fractiunile inferioare diametrului 085 mm si superioare dmax 2 mm inferioare procentual la 10 in greutate
bull diametrul efectiv def = dio = 09-1 mm
bull sa realizeze un numar de goluri (porozitate) mare (pgt40)
bull forma granulelor apropiata de sfera pentru obtinerea unui grad de acoperire ridicat
bull continut de roci cuartoase recomandabil peste 95
bull sa aiba duritate (gt 7 in scara Mohs) pentru a nu se sfarama la spalare
Calitatea materialului filtrant influenteaza viteza de filtrare O serie de studii au indicat domeniul optim de granulozitate al nisipului de filtru conform figurii 328
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 52
3102 Calitatea influentului fn corelatie cu materialul filtrant
Pentru realizarea unei retineri eficiente a suspensiilor se impune ca in influentul filtrelor acestea sa fie floculate Aceasta se caracterizeaza prin coeficientul de coeziune al suspensiilor floculate (namol retinut) aceasta caracterizeaza capacitatea de rezistenta la forfecare si depinde de doza de floculant si natura (minerala sau organica a suspensiilor)
Procesul de optimizare a filtrarii rapide a apei ia in considerate principiul un filtru va functiona optim cand va produce cea mai mare cantitate de apa intre doua spalari succesive aceasta se va realiza cand timpul in care se atinge pierderea de sarcina limita este egal cu timpul in care se calitatea apei filtrate se inrautateste la limita maxim acceptabila (Ti = T2) sau penetrarea impuritatilor in interiorul masei filtrante se va efectua cu aceeasi viteza cu care creste pierderea de sarcina Expresiile celor doua perioade au fost determinate de cercetatorii Richard si Croce-Spinelli
Tx = a bull σ - 0 9 5 bull k-075bull def-045bull h0
n95bull v -185 (316)
T l = b bull σ-075 k - 0 7 5 bull dlef
1 5 Δhr05 bull vF
-065 (317)
In care Ti - perioada in care turbiditatea apei filtrate atinge valoarea limita (1 NTU)
T2 - perioada in care se atinge pierderea de sarcina limita (15 - 18 m)
a b - coeficienti empirici (experimentali)
hn - grosime strat nisip
Δhr- viteza de crestere a pierderii de sarcina
INSPECTIA SANITARA SI MOMTORIZAREA CALITATII APEI
VF - viteza de filtrare
k - coeficient de coeziune al namolului
a - depozitul specific (volumul de suspensii raportat la volumul de material filtrant)
Se constata ca fiecare filtru poate conduce la un ciclu optim functie de calitatea nisipului grosimea stratului calitatea flocularii suspensiilor din apa influenta si viteza de filtrare
3103 Variatia pierderii de sarcina
Urmarirea pierderii de sarcina este importanta pentru ca poate pune in evidenta functionarea filtrului Operarea optima a unui filtru se realizeaza prin urmarirea in timp a variatiei pierderii de sarcina si turbiditatii Masurile pentru realizarea acestui optim sunt
53
bull reducerea vitezei - cele mai performante filtre lucreaza cu viteze de filtrare variabile astfel incat colmatarea stratului sa se realizeze fara socuri
bull adaugarea unui polimer (doze 01 - 02 mgl) in influent pentru a mari rezistenta particulelor floculate
bull imbunatatirea calitatii nisipului
Presiune (m col H20)
Figura 329 Estimarea pierderii de sarcina Tn
stratul filtrant
3104 Spalarea filtrelor
Se realizeaza in contra curent de apa si aer comprimat Elementele tehnice care intervin esential in obtinerea performantelor spalarii sunt
bull calitate drenaj - din punct de vedere al uniformitatii debitelor de apa si aer
bull colectarea uniforma a apei de la spalare
bull metoda de spalare care sa asigure eliminarea totala a suspensiilor retinute in strat cu resurse minime
bull drenaj de mare rezistenta hidraulica (cu placi cu crepine)
Se bazeaza pe principiul introducerii unei rezistente hidraulice de 15 - 20 cm coloana de apa (reducerea brusca de sectiune la intrarea apei in tija crepinei) care asigura uniformizarea intensitatilor de spalare pe suprafata cuvei (abateri de plusmn 3-5) In figura 330 se prezinta schema drenajului cu placi cu crepine
Se pun conditii severe din punct de vedere constructiv pentru realizarea drenajului
bull asigurarea etansarii perfecte
bull asigurarea cotei exacte si unice pentru pozitia orificiilor de aer
bull rezistenta cosurilor crepinelor
bull asigurarea formarii unui nivel de separatie apa - aer uniform si constant pe toata suprafata cuvei
Cele mai performante filtre din punct de vedere al spalarii sunt filtrele cu baleiaj la spalare (figura 331)
INSPECTIA SANITARA SI MOMTORIZAREA CALITATII APEI
55
55
in perioada de spalare a filtrului nivelul in cuva se afla la cota NS jgheaburile J nu mai deverseaza si prin orificiile de la baza jgheaburilor se creeaza un curent de baleiaj (1-2 dm3sm2) cu apa decantata care impinge suspensiile spre jgheabul de colectare Se reduc astfel timpii de spalare (cu 50) si intensitatile si volumele de apa de spalare
Prin curgerea ascendenta a aerului masa de nisip vibreaza si peliculele de namol se desprind de granule Curentul ascendent de apa le antreneaza Spalarea numai cu aer induce vibrarea masei de nisip si depunerea namolului in zona inferioara a stratului De aceea este contraindicata spalarea numai cu aer in faza 1
In general echipamentele pentru asigurarea debitelor apa de spalare se adopta un utilaj (pompa) in faza 1 si inca o pompa de acelasi tip pentru faza a Il-a
3105 Asigurarea repartitiei uniforme a influentului
Pentru asigurarea repartitiei uniforme a apei decantate se utilizeaza diverse sisteme Cel mai performant este sistemul cu deversori neinecati conform cu schema din figura 332
3106 Sistemele hidraulice
Sistemele hidraulice asigura deservirea statiei de filtre atat in procesul de filtrare cat si in procesul de spalare Acestea se vor dimensiona conform vitezelor economice prezentate in tabelul urmator
3107 Reglajului debitului si nivelului de apa in cuva
Pentru filtrele care functioneaza cu nivel constant si debit variabil este foarte important ca nivelul apei in filtru se fie mentinut pseudo-constant Aceasta se asigura cu diverse sisteme de plutitori (regulator de nivel amonte) care comanda vana de pe conducta de apa filtrata sau cu sisteme electronice si hidraulice conform figurii 333
Figura 333 Sistem de reglare electronic al nivelului apei Tn filtru
Legends 1 Strat filtrant 2 Vana apa filtrata 3 Parghie comanda vana 4 Electrovana de comanda 5 Regulator electronic 6 Senzor de presiune pentru nivel filtru 7 Senzor de presiune sub planseu 8 Potentiometru 9 Indicator de
colmatare 10 Alimentare cu fluid de comanda
313 Afin area apei
Procesul de afmare a apei este constituit din combinatia intre procesul de post-oxidare cu ozon a apei filtrate urmat de adsorbtie pe carbune activ granular
3131 Post-oxidarea cu ozon
Ozonul (O3) se obtine din aer sau oxigen supus la descarcari electrice printr-un dielectric In figura 334 se prezinta un element dintr-un ozonor
figura 334 Element tubular de ozonor
1 - Intrare gaz vector (aeroxigen) 2 3 - Electrozi 4 - Dielectric 5 - Spatiu de descarcare electrica 6 - Gaz vector +
ozon 7 - Apa racire
Diferentele de potential la care se lucreaza sunt cuprinse intre 6000 - 18000 V functie de natura si grosimea dielectricului marimea spatiului de descarcare si presiunea absoluta de functionare
Concentratiile de ozon in gazul vector obisnuite sunt
bull 10-40gm - in cazul utilizarii aerului
bull 10-140 gm3 - in cazul utilizarii oxigenului
Pentru a realiza concentratii optime si stabilitatea procesului se cere punct de roua -60degC -80degC
Energia specifics pentru productia de ozon
bull 13-18 kWhkg O3 - produs din aer
bull 8-10 kWhkg O3 - produs din oxigen
Actiunea O3 asupra apelor de consum se poate sintetiza
bull imbunatatirea calitatilor organoleptice (gust miros culoare)
bull activitate bactericide si virulicida
bull oxidarea materiilor organice
bull oxidare micro-poluanti
bull imbunatatirea biodegradabilitatii in amonte de CAG
3132 Adsorbtie pe carbune activ granular (CAG)
Carbunele activ se poate obtine din carbuni minieri sau din coaja de nuca de cocos Majoritatea carbunilor minieri pot fi convertiti in carbune activ insa proprietatile carbunelui activ depind esential de calitatea initiala a carbunilor in special in ceea ce priveste duritatea acestora in acest sens se utilizeaza adesea coaja nucilor de cocos pentru fabricarea carbunelui activ
Exista o multitudine de procese de fabricare a carbunelui activ insa eel mai dezvoltat este piroliza urmata de activarea cu gaze de oxidare Piroliza (carbonizarea) presupune incalzirea materialului la temperaturi intre 600 si 900 degC in absenta aerului Pentru obtinerea unei porozitati ridicate se pot utiliza adaosuri de cloruri metalice (de exemplu ZnCl) Piroliza poate reprezenta unicul pas de activare in cazul in care se doreste obtinerea unui material cu 0 porozitate ridicata
A doua etapa este cea de oxidare care se realizeaza de obicei cu abur sau uneori cu aer Temperaturile sunt uzuale in gama de 600 - 900 degC Pe parcursul acestei etape se realizeaza 0 erodare a suprafetei interne a carbunelui si dezvoltarea unei retele extensive de micropori care cresc capacitatea de adsorbtie
58
Printre proprietatile principale ale carbunelui activ se enumera continutul de cenusa umiditatea densitatea marimea particulelor duritatea volumul si distributia dupa marime a porilor suprafata interna
31321 Continutul in cenusa
Continutul in cenusa este reprezentat de reziduul obtinut prin calcinarea la temperatura de 954 degC timp de 3 ore in aer Uzual continutul de cenusa variaza intre 3 si 10 Pentru reducerea cantitatii de cenusa se poate utiliza spalarea cu acid
31322 Umiditatea
Umiditatea se determina prin uscarea in cuptor timp de 3 ore a unei cantitati de 5 sau 10 g de carbune activ la temperatura 150 degC Se determina greutatea inainte si dupa uscare si racire in exicator Umiditatea in vrac a carbunelui activ este recomandabil sa fie limitata la maxim 5
31323 Densitatea
Sunt mai multe tipuri de densitati printre care se mentioneaza densitatea in vrac densitatea aparenta densitatea particulei si densitatea reala Densitatea in vrac sau densitatea aparenta reprezinta greutatea carbunelui activ uscat raportata la volumul pe care acesta il ocupa Aceasta se determina prin umplerea unui cilindru cu volumul de 100 ml cu carbune prin cadere libera dintr-o masina vibratoare si cantarirea volumului respectiv Valorile uzuale sunt in gama 05 - 06 gml pentru carbune activ fabricat din carbune minier respectiv 024 - 030 mg1 pentru carbune activ fabricat din lemn
Densitatea particulei reprezinta densitatea unei particule singulare Volumul pe care se bazeaza include volumul porilor precum si volumul materialului Densitatea particulei se determina in mod uzual cu mercur la presiunea atmosferica (mercurul umple spatiile goale din particula de carbune activ dar nu umple porii) Valorile uzuale sunt in gama 074 - 080 gml
Densitatea reala sau densitatea scheletului este cea determinate numai pe materialul (carbunele) propriu-zis Pentru determinarea acesteia se utilizeaza uzual o metoda de inlocuire cu heliu (heliul intra practic in toti porii materialului) Valorile uzuale sunt in gama 21 - 22 gml
31324 Marimea particulelor
Aceasta se determina prin cernerea a 100 sau 200 g de carbune printr-un sistem de site mecanice timp de 10 minute dupa care se cantaresc retinerile pe fiecare sita in parte Carbunele activ pudra se incadreaza de obicei in domeniul 005 mm - 15 mm
31325 Friabilitatea
Capacitatea carbunelui activ de a rezista la abraziune este unul dintre parametrii cei mai importanti Procedura de determinare a friabilitatii carbunelui activ presupune determinarea granulozitatii acestora inainte si dupa testul propriu-zis care consta in concasarea succesiva a carbunelui intr-un recipient alaturi de bile de otel inoxidabil Valorile uzuale ale indicelui de friabilitate sunt 65 - 80 (practic 70 - 75) ceea ce atesta faptul ca materialul este foarte usor friabil si este necesar atentie la procedura de spalare
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATIIAPEI 59
31326 Volumul si distributia dupa marime a porilor
Volumul porilor reprezinta volumul total al porilor din particula de carbune activ granular raportat la greutate Valorile uzuale sunt de ordinul 08 - 12 mlg pentru carbune activ fabricat din carbuni minieri respectiv 22-25 mlg pentru carbune activ fabricat din lemn Volumul total al porilor poate fi determinat printr-un test de adsorbtie cu azot desfasurate astfel incat azotul condensat sa intre in totalitate in porii carbunelui
Carbunele activ confine o structura complexa de pori de forme si marimi diferite Porii au de obicei o geometrie neregulata si sunt interconectati Dimensiunile porilor sunt uzual intre 10 A si 100000 A (001 cm) Distributia dupa marime a porilor depinde de tipul de material utilizat si de metoda si de durata procesului de activare
31327 Suprafata internaSuprafata interna a materialelor poroase in general se determinS cu ecuatia BET stabilita de
Brunauer Emmett si Teller Ecuatia descrie formarea de strate multiple de gaz condensat care apar atunci cand un gaz adsorbabil (de exemplu azotul) este in contact cu materialul poros Intr-un astfel de test se utilizeaza azot la temperatura de fierbere si presiunea atmosferica (-196 degC sau 77 K)
Ecuatia BET (expresia 318) a fost derivata presupunand urmatoarelebull rata de condensare a moleculelor din primul strat este egala cu rata de evaporare a
moleculelor din zonele acoperite cu un singur strat de moleculebull caldura de adsorbtie peste primul strat este constants si egala cu caldura de lichefiere
qqm=b(PPS)(1-PPs)(1-PPS+bPPS) ( 3 1 8 )
In care Ps - presiunea de vaporizare la saturatie la temperatura utilizata in test uzual 1 atm
q - cantitatea de substanta adsorbita la presiunea P
qm - cantitatea de substanta adsorbita numai cand se constata acoperirea totala a suprafetei cu un strat monomolecular
b - constanta determinata experimental
In figura 336 se prezinta o relatie tipica intre marimea porilor si suprafata totala Suprafata cumulativa este data de insumarea suprafetelor tuturor porilor cu un diametru dat sau mai mare Se remarca faptul ca marea majoritate a suprafetei este atribuita porilor de mici dimensiuni
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI60
3133 Teste uzuale de adsorbtie
In practica se utilizeaza o serie intreaga de teste pentru a determina capacitatea de adsorbtie pentru diferite tipuri de carbune activ Printre acestea se mentioneaza
- Indicele Iod reprezinta cantitatea de iod in miligrame pe gram adsorbit de un carbune activ la echilibru cu o solutie I2-KI cu concentratia 002 N indicele iod indica suprafata totala a porilor cu diametru de 10 A sau mai mare valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 800 - 1000 mgg
Indicele Melasa reprezinta un indicator al puterii de decolorare a carbunelui activ granular in contact cu 0 solutie de melasa la fierbere indicele melasa este in stricta legatura cu suprafata totala a porilor cu diametrul mai mare de 28 A valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 200 - 300
- Indicele Albastru de Metilen reprezinta cantitatea de albastru de metilen adsorbita de 1 g de carbune activ la echilibru in contact cu o solutie cu concentratia 1 mg1 de albastru de metilen Albastrul de metilen are greutatea moleculara 320 si indica suprafata totala a porilor cu diametrul de 15 A
- Activitatea tetraclorurii de carbon tetraclorura de carbon CC14 este un compus molecular mic si poate intra in toti porii In acest test un curent de aer este saturat cu CCI4 la 0 degC si este trecut printr-un strat de carbune activ mentinut la 25 degC pana cand nu se mai detecteaza nici o schimbare in greutate Activitatea este greutatea CCI4 adsorbita pe unitatea de greutate de carbune activ exprimata procentual Valorile uzuale ale acestui indicator sunt in gama 60 -80
- Indicele butan este similar activitatii tetraclorurii de carbon valoarea acestuia este exprimata grame de butan adsorbite pe 100 ml carbune activ valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 7 - 8 g 100 ml carbune activ
- Indicele FINAD stabilit de cercetatorul C Gomella si reprezinta un produs al mai multor indici F - fenol I - iod N - indol A - antipirina D - detergent
316 Deferizarea si demanganizarea apei
Fierul (Fe) si manganul (Mn) sunt elemente care se gasesc frecvent in mediul subteran si in apa apar in concentratii pana la 10 mg1 (Fe) si 2 mg1 (Mn) Prezenta fierului si manganului in apele potabile pot genera urmatoarele probleme
bull produce gust metalic dezagreabil
bull coloreaza tesaturile si echipamentele sanitare
bull formeaza precipitate in conducte care favorizeaza dezvoltarea bacteriilor feruginoase (Chrenothrix) acestea modifica regimul hidraulic calitatea apei distribute si favorizeaza fenomenele de coroziune
3161 Echilibrul fierului si manganului in apa
Fierul si manganul sunt prezente dizolvate in solutiile apoase sub forma Fe2+si Mn2+ Concentratia in oxigen a apelor subterane care contin Fe si Mn este nula Din namolurile situate in
2+ ~
zona anaeroba din hipolimnion se elibereaza ioni de Fe2+ si Mnz+ in apele lacurilor In numeroase ape naturale se remarca prezenta Fe3+ asociata cu substantele humice Stabilitatea fierului si manganului in apa depinde de numeroase variabile
bull pH-ul apei
bull concentratia diferitelor elemente chimice
bull potentialul de oxido-reducere (Eh) al solutiei
In figura 341 se prezinta diagrama de stabilitate a formelor fierului in solutie in aceasta diagrama o curba (linie) reprezinta locul geometric pentru care concentratia celor doua substante este aceeasi De exemplu linia 1 reprezinta solutia pentru care O2 si H2O au aceeasi valoare Aria cuprinsa intre curbele 1 si 2 reprezinta aria de stabilitate a compusilor de Fe Chimia manganului este asemanatoare cu cea a Fe Astfel la pH si Eh reduse Fe si Mn sunt stabile in forme bivalente
Curatirea decantoarelor orizontale se realizeaza
bull Intermitent prin golire si evacuare depuneri hidraulic sau mecanic
bull Continuu cu ajutorul podurilor racloare care strang depunerile in base special amenajate
Dificultatile in operarea decantoarelor statice se pot sintetiza
bull sunt influentate de factori atmosferici vant gheata insorire
bull miscarea este turbulenta ca structura si particule fine pot fi repuse in stare de suspensie
bull echilibrarea fluxului hidraulic se realizeaza cu dificultate
bull eficienta retinerii nu depaseste 10-15 NTU la apa decantata
37 Filtrarea apei - generalitati
Filtrarea este procesul de limpezire finala a apei (stadiul II) la curgerea printr-un mediu poros de obicei format din nisip cuartos Procesul simuleaza infiltratia apelor superficiale in mediile poroase din subsolul pamantului Procesul este cunoscut si aplicat de mult timp (primul brevet s-a emis in 1830)
Schema generala (figura 323) indica filtrul ca fiind format dintr-un bazin (cuva) in care apa curge in sens descendent traverseaza mediul poros sustinut de un drenaj si ajunge intr-un rezervor de apa filtrata amplasat sub drenaj Sistemul este dotat cu toate instalatiile de introducere -prelevare apa preaplin si golire
Parametrii fundamentali ai procesului de filtrare sunt
bull viteza de filtrare definita (ca viteza aparenta) cu relatia urmatoare
vF = Q A [ m h ] [mzi] (313)
In care
Q - debitul de apa filtrata
A - suprafata orizontala a stratului filtrant in
functie de viteza de filtrare se pot clasifica in
o filtre lente (biologice) - VF = 01 - 025 [mh]
o filtre rapide - vF = 4 - 10 [mh|
o filtre ultra-rapide
bull mediul filtrant - in general nisip cuartos care sa realizeze prin uniformitatea granulelor un volum de goluri in care sa se acumuleze suspensia retinuta din apa caracteristicile sunt diferite pe tipuri de filtre
bull pierderea de sarcina (hr) exprimata ca diferenta intre nivelul apei in cuva filtrului si nivelul apei in rezervorul de apa filtrata este data de colmatarea stratului si este variabila in timp
49
38 Filtre lente
Se bazeaza pe formarea unei membrane biologice constituita din colonii de bacterii aerobe -amplasata la suprafata stratului de nisip (pe primii 2-3 cm) Elementul fundamental este dezvoltarea membranei (in 1 - 3 zile) functie de caracteristicile apei Dupa o perioada (30 - 50 zile) membrana se colmateaza si incepe sa se rupa degradand calitatea apei Aceasta se razuieste (se curata) manual sau mecanic si procesul este reluat In figura 52 se indica schema unui filtru lent
Dispoizitiv de curatat_____________________________membrana biologtca
Figura 325 indica tipurile de organisme care pot fi intalnite pe o adancime de 30 cm in nisipul filtrului lent
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
Nisipul din filtrul lent trebuie sa aiba urmatorii parametri
bull granulozitatea in domeniul dg = 035 - 050 mm
bull coeficientul de neuniformitate ult 15
(314)
In care d6o - diametral ochiurilor sitei prin care trece 60 din materialul cernut
d1o - diametral ochiurilor sitei prin care trece 10 din materialul cernut
01
50
bull inaltimea stratului de nisip H=90-100 cm cand grosimea stratului de nisip ajunge dupa curatiri succesive la 70 - 80 cm este necesara completarea la inaltimea initiala
Solutia filtrelor lente se prevede la debite relativ mici (max 10000 m zi) si surse de apa in general curate (lipsite de alge culoare poluanti toxici) Se pot obtine rezultate performante la ape necoagulate Operarea sistemelor de filtre lente este simpla Procesul de filtrare lenta este asimilat cu procese fizice si biologice Acestea din urma necesita o atentie si urmarire continua in etapele de operare a filtrelor in special referitor la starea coloniilor de bacterii aerobe din membrana biologica
310Filtre rapide
In figura 326 se prezinta schema unui filtru rapid Acesta este constituit din urmatoarele elemente componente
bull sistem admisie apa in cuva - are rolul echirepartitiei debitului catre cuvele de filtre
bull stratul filtrant peste care exista un strat de apa
bull drenaj cu rolul de a sustine stratul filtrant si de a transforma bulele mari in bule fine in procesul de spalare inversa
bull sistem de mentinere a nivelului apei in filtru (pentru filtrele cu functionare in sistem nivel constant si debit variabil)
bull statie de pompare apa de la spalare filtre si statie de suflante
bull instalatii hidraulice grupate in galeria tehnologica cu rolul de a asigura toate utilitatile necesare functionarii corecte a procesului (conducte si vane apa filtrata apa spalare aer spalare preaplin golire etc)
bull rezervor de apa filtrata amplasat de obicei sub toata statia sau in anumite cazuri numai sub galeria tehnologica
Procesul consta in doua etape
bull filtrarea apei parcurgand in sens descendent stratul de nisip si drenajul
bull spalarea filtrului in sens ascendent in doua faze distincte
o faza 1 (durata Ti=5-10 min)
o faza 2 - limpezire (durata Ti=10-15 min)
51
in ultimii 30-40 de ani in lume a existat o preocupare constants pentru perfectionarea procesului in sensul obtinerii performantei in calitatea apei filtrate (turbiditatea sa se incadreze in domeniulOl - 10 NTU)
Mecanismele de retinere in filtrele rapide se pot sintetiza ca in schema urmatoare
3101 Mediul filtrant
Calitatile materialului filtrant sunt urmatoarele
bull domeniul de granulozitate dg = 085 - 2 mm
bull coeficientul de neuniformitate u=d6odio lt 15
bull fractiunile inferioare diametrului 085 mm si superioare dmax 2 mm inferioare procentual la 10 in greutate
bull diametrul efectiv def = dio = 09-1 mm
bull sa realizeze un numar de goluri (porozitate) mare (pgt40)
bull forma granulelor apropiata de sfera pentru obtinerea unui grad de acoperire ridicat
bull continut de roci cuartoase recomandabil peste 95
bull sa aiba duritate (gt 7 in scara Mohs) pentru a nu se sfarama la spalare
Calitatea materialului filtrant influenteaza viteza de filtrare O serie de studii au indicat domeniul optim de granulozitate al nisipului de filtru conform figurii 328
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 52
3102 Calitatea influentului fn corelatie cu materialul filtrant
Pentru realizarea unei retineri eficiente a suspensiilor se impune ca in influentul filtrelor acestea sa fie floculate Aceasta se caracterizeaza prin coeficientul de coeziune al suspensiilor floculate (namol retinut) aceasta caracterizeaza capacitatea de rezistenta la forfecare si depinde de doza de floculant si natura (minerala sau organica a suspensiilor)
Procesul de optimizare a filtrarii rapide a apei ia in considerate principiul un filtru va functiona optim cand va produce cea mai mare cantitate de apa intre doua spalari succesive aceasta se va realiza cand timpul in care se atinge pierderea de sarcina limita este egal cu timpul in care se calitatea apei filtrate se inrautateste la limita maxim acceptabila (Ti = T2) sau penetrarea impuritatilor in interiorul masei filtrante se va efectua cu aceeasi viteza cu care creste pierderea de sarcina Expresiile celor doua perioade au fost determinate de cercetatorii Richard si Croce-Spinelli
Tx = a bull σ - 0 9 5 bull k-075bull def-045bull h0
n95bull v -185 (316)
T l = b bull σ-075 k - 0 7 5 bull dlef
1 5 Δhr05 bull vF
-065 (317)
In care Ti - perioada in care turbiditatea apei filtrate atinge valoarea limita (1 NTU)
T2 - perioada in care se atinge pierderea de sarcina limita (15 - 18 m)
a b - coeficienti empirici (experimentali)
hn - grosime strat nisip
Δhr- viteza de crestere a pierderii de sarcina
INSPECTIA SANITARA SI MOMTORIZAREA CALITATII APEI
VF - viteza de filtrare
k - coeficient de coeziune al namolului
a - depozitul specific (volumul de suspensii raportat la volumul de material filtrant)
Se constata ca fiecare filtru poate conduce la un ciclu optim functie de calitatea nisipului grosimea stratului calitatea flocularii suspensiilor din apa influenta si viteza de filtrare
3103 Variatia pierderii de sarcina
Urmarirea pierderii de sarcina este importanta pentru ca poate pune in evidenta functionarea filtrului Operarea optima a unui filtru se realizeaza prin urmarirea in timp a variatiei pierderii de sarcina si turbiditatii Masurile pentru realizarea acestui optim sunt
53
bull reducerea vitezei - cele mai performante filtre lucreaza cu viteze de filtrare variabile astfel incat colmatarea stratului sa se realizeze fara socuri
bull adaugarea unui polimer (doze 01 - 02 mgl) in influent pentru a mari rezistenta particulelor floculate
bull imbunatatirea calitatii nisipului
Presiune (m col H20)
Figura 329 Estimarea pierderii de sarcina Tn
stratul filtrant
3104 Spalarea filtrelor
Se realizeaza in contra curent de apa si aer comprimat Elementele tehnice care intervin esential in obtinerea performantelor spalarii sunt
bull calitate drenaj - din punct de vedere al uniformitatii debitelor de apa si aer
bull colectarea uniforma a apei de la spalare
bull metoda de spalare care sa asigure eliminarea totala a suspensiilor retinute in strat cu resurse minime
bull drenaj de mare rezistenta hidraulica (cu placi cu crepine)
Se bazeaza pe principiul introducerii unei rezistente hidraulice de 15 - 20 cm coloana de apa (reducerea brusca de sectiune la intrarea apei in tija crepinei) care asigura uniformizarea intensitatilor de spalare pe suprafata cuvei (abateri de plusmn 3-5) In figura 330 se prezinta schema drenajului cu placi cu crepine
Se pun conditii severe din punct de vedere constructiv pentru realizarea drenajului
bull asigurarea etansarii perfecte
bull asigurarea cotei exacte si unice pentru pozitia orificiilor de aer
bull rezistenta cosurilor crepinelor
bull asigurarea formarii unui nivel de separatie apa - aer uniform si constant pe toata suprafata cuvei
Cele mai performante filtre din punct de vedere al spalarii sunt filtrele cu baleiaj la spalare (figura 331)
INSPECTIA SANITARA SI MOMTORIZAREA CALITATII APEI
55
55
in perioada de spalare a filtrului nivelul in cuva se afla la cota NS jgheaburile J nu mai deverseaza si prin orificiile de la baza jgheaburilor se creeaza un curent de baleiaj (1-2 dm3sm2) cu apa decantata care impinge suspensiile spre jgheabul de colectare Se reduc astfel timpii de spalare (cu 50) si intensitatile si volumele de apa de spalare
Prin curgerea ascendenta a aerului masa de nisip vibreaza si peliculele de namol se desprind de granule Curentul ascendent de apa le antreneaza Spalarea numai cu aer induce vibrarea masei de nisip si depunerea namolului in zona inferioara a stratului De aceea este contraindicata spalarea numai cu aer in faza 1
In general echipamentele pentru asigurarea debitelor apa de spalare se adopta un utilaj (pompa) in faza 1 si inca o pompa de acelasi tip pentru faza a Il-a
3105 Asigurarea repartitiei uniforme a influentului
Pentru asigurarea repartitiei uniforme a apei decantate se utilizeaza diverse sisteme Cel mai performant este sistemul cu deversori neinecati conform cu schema din figura 332
3106 Sistemele hidraulice
Sistemele hidraulice asigura deservirea statiei de filtre atat in procesul de filtrare cat si in procesul de spalare Acestea se vor dimensiona conform vitezelor economice prezentate in tabelul urmator
3107 Reglajului debitului si nivelului de apa in cuva
Pentru filtrele care functioneaza cu nivel constant si debit variabil este foarte important ca nivelul apei in filtru se fie mentinut pseudo-constant Aceasta se asigura cu diverse sisteme de plutitori (regulator de nivel amonte) care comanda vana de pe conducta de apa filtrata sau cu sisteme electronice si hidraulice conform figurii 333
Figura 333 Sistem de reglare electronic al nivelului apei Tn filtru
Legends 1 Strat filtrant 2 Vana apa filtrata 3 Parghie comanda vana 4 Electrovana de comanda 5 Regulator electronic 6 Senzor de presiune pentru nivel filtru 7 Senzor de presiune sub planseu 8 Potentiometru 9 Indicator de
colmatare 10 Alimentare cu fluid de comanda
313 Afin area apei
Procesul de afmare a apei este constituit din combinatia intre procesul de post-oxidare cu ozon a apei filtrate urmat de adsorbtie pe carbune activ granular
3131 Post-oxidarea cu ozon
Ozonul (O3) se obtine din aer sau oxigen supus la descarcari electrice printr-un dielectric In figura 334 se prezinta un element dintr-un ozonor
figura 334 Element tubular de ozonor
1 - Intrare gaz vector (aeroxigen) 2 3 - Electrozi 4 - Dielectric 5 - Spatiu de descarcare electrica 6 - Gaz vector +
ozon 7 - Apa racire
Diferentele de potential la care se lucreaza sunt cuprinse intre 6000 - 18000 V functie de natura si grosimea dielectricului marimea spatiului de descarcare si presiunea absoluta de functionare
Concentratiile de ozon in gazul vector obisnuite sunt
bull 10-40gm - in cazul utilizarii aerului
bull 10-140 gm3 - in cazul utilizarii oxigenului
Pentru a realiza concentratii optime si stabilitatea procesului se cere punct de roua -60degC -80degC
Energia specifics pentru productia de ozon
bull 13-18 kWhkg O3 - produs din aer
bull 8-10 kWhkg O3 - produs din oxigen
Actiunea O3 asupra apelor de consum se poate sintetiza
bull imbunatatirea calitatilor organoleptice (gust miros culoare)
bull activitate bactericide si virulicida
bull oxidarea materiilor organice
bull oxidare micro-poluanti
bull imbunatatirea biodegradabilitatii in amonte de CAG
3132 Adsorbtie pe carbune activ granular (CAG)
Carbunele activ se poate obtine din carbuni minieri sau din coaja de nuca de cocos Majoritatea carbunilor minieri pot fi convertiti in carbune activ insa proprietatile carbunelui activ depind esential de calitatea initiala a carbunilor in special in ceea ce priveste duritatea acestora in acest sens se utilizeaza adesea coaja nucilor de cocos pentru fabricarea carbunelui activ
Exista o multitudine de procese de fabricare a carbunelui activ insa eel mai dezvoltat este piroliza urmata de activarea cu gaze de oxidare Piroliza (carbonizarea) presupune incalzirea materialului la temperaturi intre 600 si 900 degC in absenta aerului Pentru obtinerea unei porozitati ridicate se pot utiliza adaosuri de cloruri metalice (de exemplu ZnCl) Piroliza poate reprezenta unicul pas de activare in cazul in care se doreste obtinerea unui material cu 0 porozitate ridicata
A doua etapa este cea de oxidare care se realizeaza de obicei cu abur sau uneori cu aer Temperaturile sunt uzuale in gama de 600 - 900 degC Pe parcursul acestei etape se realizeaza 0 erodare a suprafetei interne a carbunelui si dezvoltarea unei retele extensive de micropori care cresc capacitatea de adsorbtie
58
Printre proprietatile principale ale carbunelui activ se enumera continutul de cenusa umiditatea densitatea marimea particulelor duritatea volumul si distributia dupa marime a porilor suprafata interna
31321 Continutul in cenusa
Continutul in cenusa este reprezentat de reziduul obtinut prin calcinarea la temperatura de 954 degC timp de 3 ore in aer Uzual continutul de cenusa variaza intre 3 si 10 Pentru reducerea cantitatii de cenusa se poate utiliza spalarea cu acid
31322 Umiditatea
Umiditatea se determina prin uscarea in cuptor timp de 3 ore a unei cantitati de 5 sau 10 g de carbune activ la temperatura 150 degC Se determina greutatea inainte si dupa uscare si racire in exicator Umiditatea in vrac a carbunelui activ este recomandabil sa fie limitata la maxim 5
31323 Densitatea
Sunt mai multe tipuri de densitati printre care se mentioneaza densitatea in vrac densitatea aparenta densitatea particulei si densitatea reala Densitatea in vrac sau densitatea aparenta reprezinta greutatea carbunelui activ uscat raportata la volumul pe care acesta il ocupa Aceasta se determina prin umplerea unui cilindru cu volumul de 100 ml cu carbune prin cadere libera dintr-o masina vibratoare si cantarirea volumului respectiv Valorile uzuale sunt in gama 05 - 06 gml pentru carbune activ fabricat din carbune minier respectiv 024 - 030 mg1 pentru carbune activ fabricat din lemn
Densitatea particulei reprezinta densitatea unei particule singulare Volumul pe care se bazeaza include volumul porilor precum si volumul materialului Densitatea particulei se determina in mod uzual cu mercur la presiunea atmosferica (mercurul umple spatiile goale din particula de carbune activ dar nu umple porii) Valorile uzuale sunt in gama 074 - 080 gml
Densitatea reala sau densitatea scheletului este cea determinate numai pe materialul (carbunele) propriu-zis Pentru determinarea acesteia se utilizeaza uzual o metoda de inlocuire cu heliu (heliul intra practic in toti porii materialului) Valorile uzuale sunt in gama 21 - 22 gml
31324 Marimea particulelor
Aceasta se determina prin cernerea a 100 sau 200 g de carbune printr-un sistem de site mecanice timp de 10 minute dupa care se cantaresc retinerile pe fiecare sita in parte Carbunele activ pudra se incadreaza de obicei in domeniul 005 mm - 15 mm
31325 Friabilitatea
Capacitatea carbunelui activ de a rezista la abraziune este unul dintre parametrii cei mai importanti Procedura de determinare a friabilitatii carbunelui activ presupune determinarea granulozitatii acestora inainte si dupa testul propriu-zis care consta in concasarea succesiva a carbunelui intr-un recipient alaturi de bile de otel inoxidabil Valorile uzuale ale indicelui de friabilitate sunt 65 - 80 (practic 70 - 75) ceea ce atesta faptul ca materialul este foarte usor friabil si este necesar atentie la procedura de spalare
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATIIAPEI 59
31326 Volumul si distributia dupa marime a porilor
Volumul porilor reprezinta volumul total al porilor din particula de carbune activ granular raportat la greutate Valorile uzuale sunt de ordinul 08 - 12 mlg pentru carbune activ fabricat din carbuni minieri respectiv 22-25 mlg pentru carbune activ fabricat din lemn Volumul total al porilor poate fi determinat printr-un test de adsorbtie cu azot desfasurate astfel incat azotul condensat sa intre in totalitate in porii carbunelui
Carbunele activ confine o structura complexa de pori de forme si marimi diferite Porii au de obicei o geometrie neregulata si sunt interconectati Dimensiunile porilor sunt uzual intre 10 A si 100000 A (001 cm) Distributia dupa marime a porilor depinde de tipul de material utilizat si de metoda si de durata procesului de activare
31327 Suprafata internaSuprafata interna a materialelor poroase in general se determinS cu ecuatia BET stabilita de
Brunauer Emmett si Teller Ecuatia descrie formarea de strate multiple de gaz condensat care apar atunci cand un gaz adsorbabil (de exemplu azotul) este in contact cu materialul poros Intr-un astfel de test se utilizeaza azot la temperatura de fierbere si presiunea atmosferica (-196 degC sau 77 K)
Ecuatia BET (expresia 318) a fost derivata presupunand urmatoarelebull rata de condensare a moleculelor din primul strat este egala cu rata de evaporare a
moleculelor din zonele acoperite cu un singur strat de moleculebull caldura de adsorbtie peste primul strat este constants si egala cu caldura de lichefiere
qqm=b(PPS)(1-PPs)(1-PPS+bPPS) ( 3 1 8 )
In care Ps - presiunea de vaporizare la saturatie la temperatura utilizata in test uzual 1 atm
q - cantitatea de substanta adsorbita la presiunea P
qm - cantitatea de substanta adsorbita numai cand se constata acoperirea totala a suprafetei cu un strat monomolecular
b - constanta determinata experimental
In figura 336 se prezinta o relatie tipica intre marimea porilor si suprafata totala Suprafata cumulativa este data de insumarea suprafetelor tuturor porilor cu un diametru dat sau mai mare Se remarca faptul ca marea majoritate a suprafetei este atribuita porilor de mici dimensiuni
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI60
3133 Teste uzuale de adsorbtie
In practica se utilizeaza o serie intreaga de teste pentru a determina capacitatea de adsorbtie pentru diferite tipuri de carbune activ Printre acestea se mentioneaza
- Indicele Iod reprezinta cantitatea de iod in miligrame pe gram adsorbit de un carbune activ la echilibru cu o solutie I2-KI cu concentratia 002 N indicele iod indica suprafata totala a porilor cu diametru de 10 A sau mai mare valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 800 - 1000 mgg
Indicele Melasa reprezinta un indicator al puterii de decolorare a carbunelui activ granular in contact cu 0 solutie de melasa la fierbere indicele melasa este in stricta legatura cu suprafata totala a porilor cu diametrul mai mare de 28 A valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 200 - 300
- Indicele Albastru de Metilen reprezinta cantitatea de albastru de metilen adsorbita de 1 g de carbune activ la echilibru in contact cu o solutie cu concentratia 1 mg1 de albastru de metilen Albastrul de metilen are greutatea moleculara 320 si indica suprafata totala a porilor cu diametrul de 15 A
- Activitatea tetraclorurii de carbon tetraclorura de carbon CC14 este un compus molecular mic si poate intra in toti porii In acest test un curent de aer este saturat cu CCI4 la 0 degC si este trecut printr-un strat de carbune activ mentinut la 25 degC pana cand nu se mai detecteaza nici o schimbare in greutate Activitatea este greutatea CCI4 adsorbita pe unitatea de greutate de carbune activ exprimata procentual Valorile uzuale ale acestui indicator sunt in gama 60 -80
- Indicele butan este similar activitatii tetraclorurii de carbon valoarea acestuia este exprimata grame de butan adsorbite pe 100 ml carbune activ valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 7 - 8 g 100 ml carbune activ
- Indicele FINAD stabilit de cercetatorul C Gomella si reprezinta un produs al mai multor indici F - fenol I - iod N - indol A - antipirina D - detergent
316 Deferizarea si demanganizarea apei
Fierul (Fe) si manganul (Mn) sunt elemente care se gasesc frecvent in mediul subteran si in apa apar in concentratii pana la 10 mg1 (Fe) si 2 mg1 (Mn) Prezenta fierului si manganului in apele potabile pot genera urmatoarele probleme
bull produce gust metalic dezagreabil
bull coloreaza tesaturile si echipamentele sanitare
bull formeaza precipitate in conducte care favorizeaza dezvoltarea bacteriilor feruginoase (Chrenothrix) acestea modifica regimul hidraulic calitatea apei distribute si favorizeaza fenomenele de coroziune
3161 Echilibrul fierului si manganului in apa
Fierul si manganul sunt prezente dizolvate in solutiile apoase sub forma Fe2+si Mn2+ Concentratia in oxigen a apelor subterane care contin Fe si Mn este nula Din namolurile situate in
2+ ~
zona anaeroba din hipolimnion se elibereaza ioni de Fe2+ si Mnz+ in apele lacurilor In numeroase ape naturale se remarca prezenta Fe3+ asociata cu substantele humice Stabilitatea fierului si manganului in apa depinde de numeroase variabile
bull pH-ul apei
bull concentratia diferitelor elemente chimice
bull potentialul de oxido-reducere (Eh) al solutiei
In figura 341 se prezinta diagrama de stabilitate a formelor fierului in solutie in aceasta diagrama o curba (linie) reprezinta locul geometric pentru care concentratia celor doua substante este aceeasi De exemplu linia 1 reprezinta solutia pentru care O2 si H2O au aceeasi valoare Aria cuprinsa intre curbele 1 si 2 reprezinta aria de stabilitate a compusilor de Fe Chimia manganului este asemanatoare cu cea a Fe Astfel la pH si Eh reduse Fe si Mn sunt stabile in forme bivalente
49
38 Filtre lente
Se bazeaza pe formarea unei membrane biologice constituita din colonii de bacterii aerobe -amplasata la suprafata stratului de nisip (pe primii 2-3 cm) Elementul fundamental este dezvoltarea membranei (in 1 - 3 zile) functie de caracteristicile apei Dupa o perioada (30 - 50 zile) membrana se colmateaza si incepe sa se rupa degradand calitatea apei Aceasta se razuieste (se curata) manual sau mecanic si procesul este reluat In figura 52 se indica schema unui filtru lent
Dispoizitiv de curatat_____________________________membrana biologtca
Figura 325 indica tipurile de organisme care pot fi intalnite pe o adancime de 30 cm in nisipul filtrului lent
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
Nisipul din filtrul lent trebuie sa aiba urmatorii parametri
bull granulozitatea in domeniul dg = 035 - 050 mm
bull coeficientul de neuniformitate ult 15
(314)
In care d6o - diametral ochiurilor sitei prin care trece 60 din materialul cernut
d1o - diametral ochiurilor sitei prin care trece 10 din materialul cernut
01
50
bull inaltimea stratului de nisip H=90-100 cm cand grosimea stratului de nisip ajunge dupa curatiri succesive la 70 - 80 cm este necesara completarea la inaltimea initiala
Solutia filtrelor lente se prevede la debite relativ mici (max 10000 m zi) si surse de apa in general curate (lipsite de alge culoare poluanti toxici) Se pot obtine rezultate performante la ape necoagulate Operarea sistemelor de filtre lente este simpla Procesul de filtrare lenta este asimilat cu procese fizice si biologice Acestea din urma necesita o atentie si urmarire continua in etapele de operare a filtrelor in special referitor la starea coloniilor de bacterii aerobe din membrana biologica
310Filtre rapide
In figura 326 se prezinta schema unui filtru rapid Acesta este constituit din urmatoarele elemente componente
bull sistem admisie apa in cuva - are rolul echirepartitiei debitului catre cuvele de filtre
bull stratul filtrant peste care exista un strat de apa
bull drenaj cu rolul de a sustine stratul filtrant si de a transforma bulele mari in bule fine in procesul de spalare inversa
bull sistem de mentinere a nivelului apei in filtru (pentru filtrele cu functionare in sistem nivel constant si debit variabil)
bull statie de pompare apa de la spalare filtre si statie de suflante
bull instalatii hidraulice grupate in galeria tehnologica cu rolul de a asigura toate utilitatile necesare functionarii corecte a procesului (conducte si vane apa filtrata apa spalare aer spalare preaplin golire etc)
bull rezervor de apa filtrata amplasat de obicei sub toata statia sau in anumite cazuri numai sub galeria tehnologica
Procesul consta in doua etape
bull filtrarea apei parcurgand in sens descendent stratul de nisip si drenajul
bull spalarea filtrului in sens ascendent in doua faze distincte
o faza 1 (durata Ti=5-10 min)
o faza 2 - limpezire (durata Ti=10-15 min)
51
in ultimii 30-40 de ani in lume a existat o preocupare constants pentru perfectionarea procesului in sensul obtinerii performantei in calitatea apei filtrate (turbiditatea sa se incadreze in domeniulOl - 10 NTU)
Mecanismele de retinere in filtrele rapide se pot sintetiza ca in schema urmatoare
3101 Mediul filtrant
Calitatile materialului filtrant sunt urmatoarele
bull domeniul de granulozitate dg = 085 - 2 mm
bull coeficientul de neuniformitate u=d6odio lt 15
bull fractiunile inferioare diametrului 085 mm si superioare dmax 2 mm inferioare procentual la 10 in greutate
bull diametrul efectiv def = dio = 09-1 mm
bull sa realizeze un numar de goluri (porozitate) mare (pgt40)
bull forma granulelor apropiata de sfera pentru obtinerea unui grad de acoperire ridicat
bull continut de roci cuartoase recomandabil peste 95
bull sa aiba duritate (gt 7 in scara Mohs) pentru a nu se sfarama la spalare
Calitatea materialului filtrant influenteaza viteza de filtrare O serie de studii au indicat domeniul optim de granulozitate al nisipului de filtru conform figurii 328
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 52
3102 Calitatea influentului fn corelatie cu materialul filtrant
Pentru realizarea unei retineri eficiente a suspensiilor se impune ca in influentul filtrelor acestea sa fie floculate Aceasta se caracterizeaza prin coeficientul de coeziune al suspensiilor floculate (namol retinut) aceasta caracterizeaza capacitatea de rezistenta la forfecare si depinde de doza de floculant si natura (minerala sau organica a suspensiilor)
Procesul de optimizare a filtrarii rapide a apei ia in considerate principiul un filtru va functiona optim cand va produce cea mai mare cantitate de apa intre doua spalari succesive aceasta se va realiza cand timpul in care se atinge pierderea de sarcina limita este egal cu timpul in care se calitatea apei filtrate se inrautateste la limita maxim acceptabila (Ti = T2) sau penetrarea impuritatilor in interiorul masei filtrante se va efectua cu aceeasi viteza cu care creste pierderea de sarcina Expresiile celor doua perioade au fost determinate de cercetatorii Richard si Croce-Spinelli
Tx = a bull σ - 0 9 5 bull k-075bull def-045bull h0
n95bull v -185 (316)
T l = b bull σ-075 k - 0 7 5 bull dlef
1 5 Δhr05 bull vF
-065 (317)
In care Ti - perioada in care turbiditatea apei filtrate atinge valoarea limita (1 NTU)
T2 - perioada in care se atinge pierderea de sarcina limita (15 - 18 m)
a b - coeficienti empirici (experimentali)
hn - grosime strat nisip
Δhr- viteza de crestere a pierderii de sarcina
INSPECTIA SANITARA SI MOMTORIZAREA CALITATII APEI
VF - viteza de filtrare
k - coeficient de coeziune al namolului
a - depozitul specific (volumul de suspensii raportat la volumul de material filtrant)
Se constata ca fiecare filtru poate conduce la un ciclu optim functie de calitatea nisipului grosimea stratului calitatea flocularii suspensiilor din apa influenta si viteza de filtrare
3103 Variatia pierderii de sarcina
Urmarirea pierderii de sarcina este importanta pentru ca poate pune in evidenta functionarea filtrului Operarea optima a unui filtru se realizeaza prin urmarirea in timp a variatiei pierderii de sarcina si turbiditatii Masurile pentru realizarea acestui optim sunt
53
bull reducerea vitezei - cele mai performante filtre lucreaza cu viteze de filtrare variabile astfel incat colmatarea stratului sa se realizeze fara socuri
bull adaugarea unui polimer (doze 01 - 02 mgl) in influent pentru a mari rezistenta particulelor floculate
bull imbunatatirea calitatii nisipului
Presiune (m col H20)
Figura 329 Estimarea pierderii de sarcina Tn
stratul filtrant
3104 Spalarea filtrelor
Se realizeaza in contra curent de apa si aer comprimat Elementele tehnice care intervin esential in obtinerea performantelor spalarii sunt
bull calitate drenaj - din punct de vedere al uniformitatii debitelor de apa si aer
bull colectarea uniforma a apei de la spalare
bull metoda de spalare care sa asigure eliminarea totala a suspensiilor retinute in strat cu resurse minime
bull drenaj de mare rezistenta hidraulica (cu placi cu crepine)
Se bazeaza pe principiul introducerii unei rezistente hidraulice de 15 - 20 cm coloana de apa (reducerea brusca de sectiune la intrarea apei in tija crepinei) care asigura uniformizarea intensitatilor de spalare pe suprafata cuvei (abateri de plusmn 3-5) In figura 330 se prezinta schema drenajului cu placi cu crepine
Se pun conditii severe din punct de vedere constructiv pentru realizarea drenajului
bull asigurarea etansarii perfecte
bull asigurarea cotei exacte si unice pentru pozitia orificiilor de aer
bull rezistenta cosurilor crepinelor
bull asigurarea formarii unui nivel de separatie apa - aer uniform si constant pe toata suprafata cuvei
Cele mai performante filtre din punct de vedere al spalarii sunt filtrele cu baleiaj la spalare (figura 331)
INSPECTIA SANITARA SI MOMTORIZAREA CALITATII APEI
55
55
in perioada de spalare a filtrului nivelul in cuva se afla la cota NS jgheaburile J nu mai deverseaza si prin orificiile de la baza jgheaburilor se creeaza un curent de baleiaj (1-2 dm3sm2) cu apa decantata care impinge suspensiile spre jgheabul de colectare Se reduc astfel timpii de spalare (cu 50) si intensitatile si volumele de apa de spalare
Prin curgerea ascendenta a aerului masa de nisip vibreaza si peliculele de namol se desprind de granule Curentul ascendent de apa le antreneaza Spalarea numai cu aer induce vibrarea masei de nisip si depunerea namolului in zona inferioara a stratului De aceea este contraindicata spalarea numai cu aer in faza 1
In general echipamentele pentru asigurarea debitelor apa de spalare se adopta un utilaj (pompa) in faza 1 si inca o pompa de acelasi tip pentru faza a Il-a
3105 Asigurarea repartitiei uniforme a influentului
Pentru asigurarea repartitiei uniforme a apei decantate se utilizeaza diverse sisteme Cel mai performant este sistemul cu deversori neinecati conform cu schema din figura 332
3106 Sistemele hidraulice
Sistemele hidraulice asigura deservirea statiei de filtre atat in procesul de filtrare cat si in procesul de spalare Acestea se vor dimensiona conform vitezelor economice prezentate in tabelul urmator
3107 Reglajului debitului si nivelului de apa in cuva
Pentru filtrele care functioneaza cu nivel constant si debit variabil este foarte important ca nivelul apei in filtru se fie mentinut pseudo-constant Aceasta se asigura cu diverse sisteme de plutitori (regulator de nivel amonte) care comanda vana de pe conducta de apa filtrata sau cu sisteme electronice si hidraulice conform figurii 333
Figura 333 Sistem de reglare electronic al nivelului apei Tn filtru
Legends 1 Strat filtrant 2 Vana apa filtrata 3 Parghie comanda vana 4 Electrovana de comanda 5 Regulator electronic 6 Senzor de presiune pentru nivel filtru 7 Senzor de presiune sub planseu 8 Potentiometru 9 Indicator de
colmatare 10 Alimentare cu fluid de comanda
313 Afin area apei
Procesul de afmare a apei este constituit din combinatia intre procesul de post-oxidare cu ozon a apei filtrate urmat de adsorbtie pe carbune activ granular
3131 Post-oxidarea cu ozon
Ozonul (O3) se obtine din aer sau oxigen supus la descarcari electrice printr-un dielectric In figura 334 se prezinta un element dintr-un ozonor
figura 334 Element tubular de ozonor
1 - Intrare gaz vector (aeroxigen) 2 3 - Electrozi 4 - Dielectric 5 - Spatiu de descarcare electrica 6 - Gaz vector +
ozon 7 - Apa racire
Diferentele de potential la care se lucreaza sunt cuprinse intre 6000 - 18000 V functie de natura si grosimea dielectricului marimea spatiului de descarcare si presiunea absoluta de functionare
Concentratiile de ozon in gazul vector obisnuite sunt
bull 10-40gm - in cazul utilizarii aerului
bull 10-140 gm3 - in cazul utilizarii oxigenului
Pentru a realiza concentratii optime si stabilitatea procesului se cere punct de roua -60degC -80degC
Energia specifics pentru productia de ozon
bull 13-18 kWhkg O3 - produs din aer
bull 8-10 kWhkg O3 - produs din oxigen
Actiunea O3 asupra apelor de consum se poate sintetiza
bull imbunatatirea calitatilor organoleptice (gust miros culoare)
bull activitate bactericide si virulicida
bull oxidarea materiilor organice
bull oxidare micro-poluanti
bull imbunatatirea biodegradabilitatii in amonte de CAG
3132 Adsorbtie pe carbune activ granular (CAG)
Carbunele activ se poate obtine din carbuni minieri sau din coaja de nuca de cocos Majoritatea carbunilor minieri pot fi convertiti in carbune activ insa proprietatile carbunelui activ depind esential de calitatea initiala a carbunilor in special in ceea ce priveste duritatea acestora in acest sens se utilizeaza adesea coaja nucilor de cocos pentru fabricarea carbunelui activ
Exista o multitudine de procese de fabricare a carbunelui activ insa eel mai dezvoltat este piroliza urmata de activarea cu gaze de oxidare Piroliza (carbonizarea) presupune incalzirea materialului la temperaturi intre 600 si 900 degC in absenta aerului Pentru obtinerea unei porozitati ridicate se pot utiliza adaosuri de cloruri metalice (de exemplu ZnCl) Piroliza poate reprezenta unicul pas de activare in cazul in care se doreste obtinerea unui material cu 0 porozitate ridicata
A doua etapa este cea de oxidare care se realizeaza de obicei cu abur sau uneori cu aer Temperaturile sunt uzuale in gama de 600 - 900 degC Pe parcursul acestei etape se realizeaza 0 erodare a suprafetei interne a carbunelui si dezvoltarea unei retele extensive de micropori care cresc capacitatea de adsorbtie
58
Printre proprietatile principale ale carbunelui activ se enumera continutul de cenusa umiditatea densitatea marimea particulelor duritatea volumul si distributia dupa marime a porilor suprafata interna
31321 Continutul in cenusa
Continutul in cenusa este reprezentat de reziduul obtinut prin calcinarea la temperatura de 954 degC timp de 3 ore in aer Uzual continutul de cenusa variaza intre 3 si 10 Pentru reducerea cantitatii de cenusa se poate utiliza spalarea cu acid
31322 Umiditatea
Umiditatea se determina prin uscarea in cuptor timp de 3 ore a unei cantitati de 5 sau 10 g de carbune activ la temperatura 150 degC Se determina greutatea inainte si dupa uscare si racire in exicator Umiditatea in vrac a carbunelui activ este recomandabil sa fie limitata la maxim 5
31323 Densitatea
Sunt mai multe tipuri de densitati printre care se mentioneaza densitatea in vrac densitatea aparenta densitatea particulei si densitatea reala Densitatea in vrac sau densitatea aparenta reprezinta greutatea carbunelui activ uscat raportata la volumul pe care acesta il ocupa Aceasta se determina prin umplerea unui cilindru cu volumul de 100 ml cu carbune prin cadere libera dintr-o masina vibratoare si cantarirea volumului respectiv Valorile uzuale sunt in gama 05 - 06 gml pentru carbune activ fabricat din carbune minier respectiv 024 - 030 mg1 pentru carbune activ fabricat din lemn
Densitatea particulei reprezinta densitatea unei particule singulare Volumul pe care se bazeaza include volumul porilor precum si volumul materialului Densitatea particulei se determina in mod uzual cu mercur la presiunea atmosferica (mercurul umple spatiile goale din particula de carbune activ dar nu umple porii) Valorile uzuale sunt in gama 074 - 080 gml
Densitatea reala sau densitatea scheletului este cea determinate numai pe materialul (carbunele) propriu-zis Pentru determinarea acesteia se utilizeaza uzual o metoda de inlocuire cu heliu (heliul intra practic in toti porii materialului) Valorile uzuale sunt in gama 21 - 22 gml
31324 Marimea particulelor
Aceasta se determina prin cernerea a 100 sau 200 g de carbune printr-un sistem de site mecanice timp de 10 minute dupa care se cantaresc retinerile pe fiecare sita in parte Carbunele activ pudra se incadreaza de obicei in domeniul 005 mm - 15 mm
31325 Friabilitatea
Capacitatea carbunelui activ de a rezista la abraziune este unul dintre parametrii cei mai importanti Procedura de determinare a friabilitatii carbunelui activ presupune determinarea granulozitatii acestora inainte si dupa testul propriu-zis care consta in concasarea succesiva a carbunelui intr-un recipient alaturi de bile de otel inoxidabil Valorile uzuale ale indicelui de friabilitate sunt 65 - 80 (practic 70 - 75) ceea ce atesta faptul ca materialul este foarte usor friabil si este necesar atentie la procedura de spalare
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATIIAPEI 59
31326 Volumul si distributia dupa marime a porilor
Volumul porilor reprezinta volumul total al porilor din particula de carbune activ granular raportat la greutate Valorile uzuale sunt de ordinul 08 - 12 mlg pentru carbune activ fabricat din carbuni minieri respectiv 22-25 mlg pentru carbune activ fabricat din lemn Volumul total al porilor poate fi determinat printr-un test de adsorbtie cu azot desfasurate astfel incat azotul condensat sa intre in totalitate in porii carbunelui
Carbunele activ confine o structura complexa de pori de forme si marimi diferite Porii au de obicei o geometrie neregulata si sunt interconectati Dimensiunile porilor sunt uzual intre 10 A si 100000 A (001 cm) Distributia dupa marime a porilor depinde de tipul de material utilizat si de metoda si de durata procesului de activare
31327 Suprafata internaSuprafata interna a materialelor poroase in general se determinS cu ecuatia BET stabilita de
Brunauer Emmett si Teller Ecuatia descrie formarea de strate multiple de gaz condensat care apar atunci cand un gaz adsorbabil (de exemplu azotul) este in contact cu materialul poros Intr-un astfel de test se utilizeaza azot la temperatura de fierbere si presiunea atmosferica (-196 degC sau 77 K)
Ecuatia BET (expresia 318) a fost derivata presupunand urmatoarelebull rata de condensare a moleculelor din primul strat este egala cu rata de evaporare a
moleculelor din zonele acoperite cu un singur strat de moleculebull caldura de adsorbtie peste primul strat este constants si egala cu caldura de lichefiere
qqm=b(PPS)(1-PPs)(1-PPS+bPPS) ( 3 1 8 )
In care Ps - presiunea de vaporizare la saturatie la temperatura utilizata in test uzual 1 atm
q - cantitatea de substanta adsorbita la presiunea P
qm - cantitatea de substanta adsorbita numai cand se constata acoperirea totala a suprafetei cu un strat monomolecular
b - constanta determinata experimental
In figura 336 se prezinta o relatie tipica intre marimea porilor si suprafata totala Suprafata cumulativa este data de insumarea suprafetelor tuturor porilor cu un diametru dat sau mai mare Se remarca faptul ca marea majoritate a suprafetei este atribuita porilor de mici dimensiuni
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI60
3133 Teste uzuale de adsorbtie
In practica se utilizeaza o serie intreaga de teste pentru a determina capacitatea de adsorbtie pentru diferite tipuri de carbune activ Printre acestea se mentioneaza
- Indicele Iod reprezinta cantitatea de iod in miligrame pe gram adsorbit de un carbune activ la echilibru cu o solutie I2-KI cu concentratia 002 N indicele iod indica suprafata totala a porilor cu diametru de 10 A sau mai mare valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 800 - 1000 mgg
Indicele Melasa reprezinta un indicator al puterii de decolorare a carbunelui activ granular in contact cu 0 solutie de melasa la fierbere indicele melasa este in stricta legatura cu suprafata totala a porilor cu diametrul mai mare de 28 A valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 200 - 300
- Indicele Albastru de Metilen reprezinta cantitatea de albastru de metilen adsorbita de 1 g de carbune activ la echilibru in contact cu o solutie cu concentratia 1 mg1 de albastru de metilen Albastrul de metilen are greutatea moleculara 320 si indica suprafata totala a porilor cu diametrul de 15 A
- Activitatea tetraclorurii de carbon tetraclorura de carbon CC14 este un compus molecular mic si poate intra in toti porii In acest test un curent de aer este saturat cu CCI4 la 0 degC si este trecut printr-un strat de carbune activ mentinut la 25 degC pana cand nu se mai detecteaza nici o schimbare in greutate Activitatea este greutatea CCI4 adsorbita pe unitatea de greutate de carbune activ exprimata procentual Valorile uzuale ale acestui indicator sunt in gama 60 -80
- Indicele butan este similar activitatii tetraclorurii de carbon valoarea acestuia este exprimata grame de butan adsorbite pe 100 ml carbune activ valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 7 - 8 g 100 ml carbune activ
- Indicele FINAD stabilit de cercetatorul C Gomella si reprezinta un produs al mai multor indici F - fenol I - iod N - indol A - antipirina D - detergent
316 Deferizarea si demanganizarea apei
Fierul (Fe) si manganul (Mn) sunt elemente care se gasesc frecvent in mediul subteran si in apa apar in concentratii pana la 10 mg1 (Fe) si 2 mg1 (Mn) Prezenta fierului si manganului in apele potabile pot genera urmatoarele probleme
bull produce gust metalic dezagreabil
bull coloreaza tesaturile si echipamentele sanitare
bull formeaza precipitate in conducte care favorizeaza dezvoltarea bacteriilor feruginoase (Chrenothrix) acestea modifica regimul hidraulic calitatea apei distribute si favorizeaza fenomenele de coroziune
3161 Echilibrul fierului si manganului in apa
Fierul si manganul sunt prezente dizolvate in solutiile apoase sub forma Fe2+si Mn2+ Concentratia in oxigen a apelor subterane care contin Fe si Mn este nula Din namolurile situate in
2+ ~
zona anaeroba din hipolimnion se elibereaza ioni de Fe2+ si Mnz+ in apele lacurilor In numeroase ape naturale se remarca prezenta Fe3+ asociata cu substantele humice Stabilitatea fierului si manganului in apa depinde de numeroase variabile
bull pH-ul apei
bull concentratia diferitelor elemente chimice
bull potentialul de oxido-reducere (Eh) al solutiei
In figura 341 se prezinta diagrama de stabilitate a formelor fierului in solutie in aceasta diagrama o curba (linie) reprezinta locul geometric pentru care concentratia celor doua substante este aceeasi De exemplu linia 1 reprezinta solutia pentru care O2 si H2O au aceeasi valoare Aria cuprinsa intre curbele 1 si 2 reprezinta aria de stabilitate a compusilor de Fe Chimia manganului este asemanatoare cu cea a Fe Astfel la pH si Eh reduse Fe si Mn sunt stabile in forme bivalente
38 Filtre lente
Se bazeaza pe formarea unei membrane biologice constituita din colonii de bacterii aerobe -amplasata la suprafata stratului de nisip (pe primii 2-3 cm) Elementul fundamental este dezvoltarea membranei (in 1 - 3 zile) functie de caracteristicile apei Dupa o perioada (30 - 50 zile) membrana se colmateaza si incepe sa se rupa degradand calitatea apei Aceasta se razuieste (se curata) manual sau mecanic si procesul este reluat In figura 52 se indica schema unui filtru lent
Dispoizitiv de curatat_____________________________membrana biologtca
Figura 325 indica tipurile de organisme care pot fi intalnite pe o adancime de 30 cm in nisipul filtrului lent
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI
Nisipul din filtrul lent trebuie sa aiba urmatorii parametri
bull granulozitatea in domeniul dg = 035 - 050 mm
bull coeficientul de neuniformitate ult 15
(314)
In care d6o - diametral ochiurilor sitei prin care trece 60 din materialul cernut
d1o - diametral ochiurilor sitei prin care trece 10 din materialul cernut
01
50
bull inaltimea stratului de nisip H=90-100 cm cand grosimea stratului de nisip ajunge dupa curatiri succesive la 70 - 80 cm este necesara completarea la inaltimea initiala
Solutia filtrelor lente se prevede la debite relativ mici (max 10000 m zi) si surse de apa in general curate (lipsite de alge culoare poluanti toxici) Se pot obtine rezultate performante la ape necoagulate Operarea sistemelor de filtre lente este simpla Procesul de filtrare lenta este asimilat cu procese fizice si biologice Acestea din urma necesita o atentie si urmarire continua in etapele de operare a filtrelor in special referitor la starea coloniilor de bacterii aerobe din membrana biologica
310Filtre rapide
In figura 326 se prezinta schema unui filtru rapid Acesta este constituit din urmatoarele elemente componente
bull sistem admisie apa in cuva - are rolul echirepartitiei debitului catre cuvele de filtre
bull stratul filtrant peste care exista un strat de apa
bull drenaj cu rolul de a sustine stratul filtrant si de a transforma bulele mari in bule fine in procesul de spalare inversa
bull sistem de mentinere a nivelului apei in filtru (pentru filtrele cu functionare in sistem nivel constant si debit variabil)
bull statie de pompare apa de la spalare filtre si statie de suflante
bull instalatii hidraulice grupate in galeria tehnologica cu rolul de a asigura toate utilitatile necesare functionarii corecte a procesului (conducte si vane apa filtrata apa spalare aer spalare preaplin golire etc)
bull rezervor de apa filtrata amplasat de obicei sub toata statia sau in anumite cazuri numai sub galeria tehnologica
Procesul consta in doua etape
bull filtrarea apei parcurgand in sens descendent stratul de nisip si drenajul
bull spalarea filtrului in sens ascendent in doua faze distincte
o faza 1 (durata Ti=5-10 min)
o faza 2 - limpezire (durata Ti=10-15 min)
51
in ultimii 30-40 de ani in lume a existat o preocupare constants pentru perfectionarea procesului in sensul obtinerii performantei in calitatea apei filtrate (turbiditatea sa se incadreze in domeniulOl - 10 NTU)
Mecanismele de retinere in filtrele rapide se pot sintetiza ca in schema urmatoare
3101 Mediul filtrant
Calitatile materialului filtrant sunt urmatoarele
bull domeniul de granulozitate dg = 085 - 2 mm
bull coeficientul de neuniformitate u=d6odio lt 15
bull fractiunile inferioare diametrului 085 mm si superioare dmax 2 mm inferioare procentual la 10 in greutate
bull diametrul efectiv def = dio = 09-1 mm
bull sa realizeze un numar de goluri (porozitate) mare (pgt40)
bull forma granulelor apropiata de sfera pentru obtinerea unui grad de acoperire ridicat
bull continut de roci cuartoase recomandabil peste 95
bull sa aiba duritate (gt 7 in scara Mohs) pentru a nu se sfarama la spalare
Calitatea materialului filtrant influenteaza viteza de filtrare O serie de studii au indicat domeniul optim de granulozitate al nisipului de filtru conform figurii 328
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 52
3102 Calitatea influentului fn corelatie cu materialul filtrant
Pentru realizarea unei retineri eficiente a suspensiilor se impune ca in influentul filtrelor acestea sa fie floculate Aceasta se caracterizeaza prin coeficientul de coeziune al suspensiilor floculate (namol retinut) aceasta caracterizeaza capacitatea de rezistenta la forfecare si depinde de doza de floculant si natura (minerala sau organica a suspensiilor)
Procesul de optimizare a filtrarii rapide a apei ia in considerate principiul un filtru va functiona optim cand va produce cea mai mare cantitate de apa intre doua spalari succesive aceasta se va realiza cand timpul in care se atinge pierderea de sarcina limita este egal cu timpul in care se calitatea apei filtrate se inrautateste la limita maxim acceptabila (Ti = T2) sau penetrarea impuritatilor in interiorul masei filtrante se va efectua cu aceeasi viteza cu care creste pierderea de sarcina Expresiile celor doua perioade au fost determinate de cercetatorii Richard si Croce-Spinelli
Tx = a bull σ - 0 9 5 bull k-075bull def-045bull h0
n95bull v -185 (316)
T l = b bull σ-075 k - 0 7 5 bull dlef
1 5 Δhr05 bull vF
-065 (317)
In care Ti - perioada in care turbiditatea apei filtrate atinge valoarea limita (1 NTU)
T2 - perioada in care se atinge pierderea de sarcina limita (15 - 18 m)
a b - coeficienti empirici (experimentali)
hn - grosime strat nisip
Δhr- viteza de crestere a pierderii de sarcina
INSPECTIA SANITARA SI MOMTORIZAREA CALITATII APEI
VF - viteza de filtrare
k - coeficient de coeziune al namolului
a - depozitul specific (volumul de suspensii raportat la volumul de material filtrant)
Se constata ca fiecare filtru poate conduce la un ciclu optim functie de calitatea nisipului grosimea stratului calitatea flocularii suspensiilor din apa influenta si viteza de filtrare
3103 Variatia pierderii de sarcina
Urmarirea pierderii de sarcina este importanta pentru ca poate pune in evidenta functionarea filtrului Operarea optima a unui filtru se realizeaza prin urmarirea in timp a variatiei pierderii de sarcina si turbiditatii Masurile pentru realizarea acestui optim sunt
53
bull reducerea vitezei - cele mai performante filtre lucreaza cu viteze de filtrare variabile astfel incat colmatarea stratului sa se realizeze fara socuri
bull adaugarea unui polimer (doze 01 - 02 mgl) in influent pentru a mari rezistenta particulelor floculate
bull imbunatatirea calitatii nisipului
Presiune (m col H20)
Figura 329 Estimarea pierderii de sarcina Tn
stratul filtrant
3104 Spalarea filtrelor
Se realizeaza in contra curent de apa si aer comprimat Elementele tehnice care intervin esential in obtinerea performantelor spalarii sunt
bull calitate drenaj - din punct de vedere al uniformitatii debitelor de apa si aer
bull colectarea uniforma a apei de la spalare
bull metoda de spalare care sa asigure eliminarea totala a suspensiilor retinute in strat cu resurse minime
bull drenaj de mare rezistenta hidraulica (cu placi cu crepine)
Se bazeaza pe principiul introducerii unei rezistente hidraulice de 15 - 20 cm coloana de apa (reducerea brusca de sectiune la intrarea apei in tija crepinei) care asigura uniformizarea intensitatilor de spalare pe suprafata cuvei (abateri de plusmn 3-5) In figura 330 se prezinta schema drenajului cu placi cu crepine
Se pun conditii severe din punct de vedere constructiv pentru realizarea drenajului
bull asigurarea etansarii perfecte
bull asigurarea cotei exacte si unice pentru pozitia orificiilor de aer
bull rezistenta cosurilor crepinelor
bull asigurarea formarii unui nivel de separatie apa - aer uniform si constant pe toata suprafata cuvei
Cele mai performante filtre din punct de vedere al spalarii sunt filtrele cu baleiaj la spalare (figura 331)
INSPECTIA SANITARA SI MOMTORIZAREA CALITATII APEI
55
55
in perioada de spalare a filtrului nivelul in cuva se afla la cota NS jgheaburile J nu mai deverseaza si prin orificiile de la baza jgheaburilor se creeaza un curent de baleiaj (1-2 dm3sm2) cu apa decantata care impinge suspensiile spre jgheabul de colectare Se reduc astfel timpii de spalare (cu 50) si intensitatile si volumele de apa de spalare
Prin curgerea ascendenta a aerului masa de nisip vibreaza si peliculele de namol se desprind de granule Curentul ascendent de apa le antreneaza Spalarea numai cu aer induce vibrarea masei de nisip si depunerea namolului in zona inferioara a stratului De aceea este contraindicata spalarea numai cu aer in faza 1
In general echipamentele pentru asigurarea debitelor apa de spalare se adopta un utilaj (pompa) in faza 1 si inca o pompa de acelasi tip pentru faza a Il-a
3105 Asigurarea repartitiei uniforme a influentului
Pentru asigurarea repartitiei uniforme a apei decantate se utilizeaza diverse sisteme Cel mai performant este sistemul cu deversori neinecati conform cu schema din figura 332
3106 Sistemele hidraulice
Sistemele hidraulice asigura deservirea statiei de filtre atat in procesul de filtrare cat si in procesul de spalare Acestea se vor dimensiona conform vitezelor economice prezentate in tabelul urmator
3107 Reglajului debitului si nivelului de apa in cuva
Pentru filtrele care functioneaza cu nivel constant si debit variabil este foarte important ca nivelul apei in filtru se fie mentinut pseudo-constant Aceasta se asigura cu diverse sisteme de plutitori (regulator de nivel amonte) care comanda vana de pe conducta de apa filtrata sau cu sisteme electronice si hidraulice conform figurii 333
Figura 333 Sistem de reglare electronic al nivelului apei Tn filtru
Legends 1 Strat filtrant 2 Vana apa filtrata 3 Parghie comanda vana 4 Electrovana de comanda 5 Regulator electronic 6 Senzor de presiune pentru nivel filtru 7 Senzor de presiune sub planseu 8 Potentiometru 9 Indicator de
colmatare 10 Alimentare cu fluid de comanda
313 Afin area apei
Procesul de afmare a apei este constituit din combinatia intre procesul de post-oxidare cu ozon a apei filtrate urmat de adsorbtie pe carbune activ granular
3131 Post-oxidarea cu ozon
Ozonul (O3) se obtine din aer sau oxigen supus la descarcari electrice printr-un dielectric In figura 334 se prezinta un element dintr-un ozonor
figura 334 Element tubular de ozonor
1 - Intrare gaz vector (aeroxigen) 2 3 - Electrozi 4 - Dielectric 5 - Spatiu de descarcare electrica 6 - Gaz vector +
ozon 7 - Apa racire
Diferentele de potential la care se lucreaza sunt cuprinse intre 6000 - 18000 V functie de natura si grosimea dielectricului marimea spatiului de descarcare si presiunea absoluta de functionare
Concentratiile de ozon in gazul vector obisnuite sunt
bull 10-40gm - in cazul utilizarii aerului
bull 10-140 gm3 - in cazul utilizarii oxigenului
Pentru a realiza concentratii optime si stabilitatea procesului se cere punct de roua -60degC -80degC
Energia specifics pentru productia de ozon
bull 13-18 kWhkg O3 - produs din aer
bull 8-10 kWhkg O3 - produs din oxigen
Actiunea O3 asupra apelor de consum se poate sintetiza
bull imbunatatirea calitatilor organoleptice (gust miros culoare)
bull activitate bactericide si virulicida
bull oxidarea materiilor organice
bull oxidare micro-poluanti
bull imbunatatirea biodegradabilitatii in amonte de CAG
3132 Adsorbtie pe carbune activ granular (CAG)
Carbunele activ se poate obtine din carbuni minieri sau din coaja de nuca de cocos Majoritatea carbunilor minieri pot fi convertiti in carbune activ insa proprietatile carbunelui activ depind esential de calitatea initiala a carbunilor in special in ceea ce priveste duritatea acestora in acest sens se utilizeaza adesea coaja nucilor de cocos pentru fabricarea carbunelui activ
Exista o multitudine de procese de fabricare a carbunelui activ insa eel mai dezvoltat este piroliza urmata de activarea cu gaze de oxidare Piroliza (carbonizarea) presupune incalzirea materialului la temperaturi intre 600 si 900 degC in absenta aerului Pentru obtinerea unei porozitati ridicate se pot utiliza adaosuri de cloruri metalice (de exemplu ZnCl) Piroliza poate reprezenta unicul pas de activare in cazul in care se doreste obtinerea unui material cu 0 porozitate ridicata
A doua etapa este cea de oxidare care se realizeaza de obicei cu abur sau uneori cu aer Temperaturile sunt uzuale in gama de 600 - 900 degC Pe parcursul acestei etape se realizeaza 0 erodare a suprafetei interne a carbunelui si dezvoltarea unei retele extensive de micropori care cresc capacitatea de adsorbtie
58
Printre proprietatile principale ale carbunelui activ se enumera continutul de cenusa umiditatea densitatea marimea particulelor duritatea volumul si distributia dupa marime a porilor suprafata interna
31321 Continutul in cenusa
Continutul in cenusa este reprezentat de reziduul obtinut prin calcinarea la temperatura de 954 degC timp de 3 ore in aer Uzual continutul de cenusa variaza intre 3 si 10 Pentru reducerea cantitatii de cenusa se poate utiliza spalarea cu acid
31322 Umiditatea
Umiditatea se determina prin uscarea in cuptor timp de 3 ore a unei cantitati de 5 sau 10 g de carbune activ la temperatura 150 degC Se determina greutatea inainte si dupa uscare si racire in exicator Umiditatea in vrac a carbunelui activ este recomandabil sa fie limitata la maxim 5
31323 Densitatea
Sunt mai multe tipuri de densitati printre care se mentioneaza densitatea in vrac densitatea aparenta densitatea particulei si densitatea reala Densitatea in vrac sau densitatea aparenta reprezinta greutatea carbunelui activ uscat raportata la volumul pe care acesta il ocupa Aceasta se determina prin umplerea unui cilindru cu volumul de 100 ml cu carbune prin cadere libera dintr-o masina vibratoare si cantarirea volumului respectiv Valorile uzuale sunt in gama 05 - 06 gml pentru carbune activ fabricat din carbune minier respectiv 024 - 030 mg1 pentru carbune activ fabricat din lemn
Densitatea particulei reprezinta densitatea unei particule singulare Volumul pe care se bazeaza include volumul porilor precum si volumul materialului Densitatea particulei se determina in mod uzual cu mercur la presiunea atmosferica (mercurul umple spatiile goale din particula de carbune activ dar nu umple porii) Valorile uzuale sunt in gama 074 - 080 gml
Densitatea reala sau densitatea scheletului este cea determinate numai pe materialul (carbunele) propriu-zis Pentru determinarea acesteia se utilizeaza uzual o metoda de inlocuire cu heliu (heliul intra practic in toti porii materialului) Valorile uzuale sunt in gama 21 - 22 gml
31324 Marimea particulelor
Aceasta se determina prin cernerea a 100 sau 200 g de carbune printr-un sistem de site mecanice timp de 10 minute dupa care se cantaresc retinerile pe fiecare sita in parte Carbunele activ pudra se incadreaza de obicei in domeniul 005 mm - 15 mm
31325 Friabilitatea
Capacitatea carbunelui activ de a rezista la abraziune este unul dintre parametrii cei mai importanti Procedura de determinare a friabilitatii carbunelui activ presupune determinarea granulozitatii acestora inainte si dupa testul propriu-zis care consta in concasarea succesiva a carbunelui intr-un recipient alaturi de bile de otel inoxidabil Valorile uzuale ale indicelui de friabilitate sunt 65 - 80 (practic 70 - 75) ceea ce atesta faptul ca materialul este foarte usor friabil si este necesar atentie la procedura de spalare
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATIIAPEI 59
31326 Volumul si distributia dupa marime a porilor
Volumul porilor reprezinta volumul total al porilor din particula de carbune activ granular raportat la greutate Valorile uzuale sunt de ordinul 08 - 12 mlg pentru carbune activ fabricat din carbuni minieri respectiv 22-25 mlg pentru carbune activ fabricat din lemn Volumul total al porilor poate fi determinat printr-un test de adsorbtie cu azot desfasurate astfel incat azotul condensat sa intre in totalitate in porii carbunelui
Carbunele activ confine o structura complexa de pori de forme si marimi diferite Porii au de obicei o geometrie neregulata si sunt interconectati Dimensiunile porilor sunt uzual intre 10 A si 100000 A (001 cm) Distributia dupa marime a porilor depinde de tipul de material utilizat si de metoda si de durata procesului de activare
31327 Suprafata internaSuprafata interna a materialelor poroase in general se determinS cu ecuatia BET stabilita de
Brunauer Emmett si Teller Ecuatia descrie formarea de strate multiple de gaz condensat care apar atunci cand un gaz adsorbabil (de exemplu azotul) este in contact cu materialul poros Intr-un astfel de test se utilizeaza azot la temperatura de fierbere si presiunea atmosferica (-196 degC sau 77 K)
Ecuatia BET (expresia 318) a fost derivata presupunand urmatoarelebull rata de condensare a moleculelor din primul strat este egala cu rata de evaporare a
moleculelor din zonele acoperite cu un singur strat de moleculebull caldura de adsorbtie peste primul strat este constants si egala cu caldura de lichefiere
qqm=b(PPS)(1-PPs)(1-PPS+bPPS) ( 3 1 8 )
In care Ps - presiunea de vaporizare la saturatie la temperatura utilizata in test uzual 1 atm
q - cantitatea de substanta adsorbita la presiunea P
qm - cantitatea de substanta adsorbita numai cand se constata acoperirea totala a suprafetei cu un strat monomolecular
b - constanta determinata experimental
In figura 336 se prezinta o relatie tipica intre marimea porilor si suprafata totala Suprafata cumulativa este data de insumarea suprafetelor tuturor porilor cu un diametru dat sau mai mare Se remarca faptul ca marea majoritate a suprafetei este atribuita porilor de mici dimensiuni
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI60
3133 Teste uzuale de adsorbtie
In practica se utilizeaza o serie intreaga de teste pentru a determina capacitatea de adsorbtie pentru diferite tipuri de carbune activ Printre acestea se mentioneaza
- Indicele Iod reprezinta cantitatea de iod in miligrame pe gram adsorbit de un carbune activ la echilibru cu o solutie I2-KI cu concentratia 002 N indicele iod indica suprafata totala a porilor cu diametru de 10 A sau mai mare valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 800 - 1000 mgg
Indicele Melasa reprezinta un indicator al puterii de decolorare a carbunelui activ granular in contact cu 0 solutie de melasa la fierbere indicele melasa este in stricta legatura cu suprafata totala a porilor cu diametrul mai mare de 28 A valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 200 - 300
- Indicele Albastru de Metilen reprezinta cantitatea de albastru de metilen adsorbita de 1 g de carbune activ la echilibru in contact cu o solutie cu concentratia 1 mg1 de albastru de metilen Albastrul de metilen are greutatea moleculara 320 si indica suprafata totala a porilor cu diametrul de 15 A
- Activitatea tetraclorurii de carbon tetraclorura de carbon CC14 este un compus molecular mic si poate intra in toti porii In acest test un curent de aer este saturat cu CCI4 la 0 degC si este trecut printr-un strat de carbune activ mentinut la 25 degC pana cand nu se mai detecteaza nici o schimbare in greutate Activitatea este greutatea CCI4 adsorbita pe unitatea de greutate de carbune activ exprimata procentual Valorile uzuale ale acestui indicator sunt in gama 60 -80
- Indicele butan este similar activitatii tetraclorurii de carbon valoarea acestuia este exprimata grame de butan adsorbite pe 100 ml carbune activ valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 7 - 8 g 100 ml carbune activ
- Indicele FINAD stabilit de cercetatorul C Gomella si reprezinta un produs al mai multor indici F - fenol I - iod N - indol A - antipirina D - detergent
316 Deferizarea si demanganizarea apei
Fierul (Fe) si manganul (Mn) sunt elemente care se gasesc frecvent in mediul subteran si in apa apar in concentratii pana la 10 mg1 (Fe) si 2 mg1 (Mn) Prezenta fierului si manganului in apele potabile pot genera urmatoarele probleme
bull produce gust metalic dezagreabil
bull coloreaza tesaturile si echipamentele sanitare
bull formeaza precipitate in conducte care favorizeaza dezvoltarea bacteriilor feruginoase (Chrenothrix) acestea modifica regimul hidraulic calitatea apei distribute si favorizeaza fenomenele de coroziune
3161 Echilibrul fierului si manganului in apa
Fierul si manganul sunt prezente dizolvate in solutiile apoase sub forma Fe2+si Mn2+ Concentratia in oxigen a apelor subterane care contin Fe si Mn este nula Din namolurile situate in
2+ ~
zona anaeroba din hipolimnion se elibereaza ioni de Fe2+ si Mnz+ in apele lacurilor In numeroase ape naturale se remarca prezenta Fe3+ asociata cu substantele humice Stabilitatea fierului si manganului in apa depinde de numeroase variabile
bull pH-ul apei
bull concentratia diferitelor elemente chimice
bull potentialul de oxido-reducere (Eh) al solutiei
In figura 341 se prezinta diagrama de stabilitate a formelor fierului in solutie in aceasta diagrama o curba (linie) reprezinta locul geometric pentru care concentratia celor doua substante este aceeasi De exemplu linia 1 reprezinta solutia pentru care O2 si H2O au aceeasi valoare Aria cuprinsa intre curbele 1 si 2 reprezinta aria de stabilitate a compusilor de Fe Chimia manganului este asemanatoare cu cea a Fe Astfel la pH si Eh reduse Fe si Mn sunt stabile in forme bivalente
bull inaltimea stratului de nisip H=90-100 cm cand grosimea stratului de nisip ajunge dupa curatiri succesive la 70 - 80 cm este necesara completarea la inaltimea initiala
Solutia filtrelor lente se prevede la debite relativ mici (max 10000 m zi) si surse de apa in general curate (lipsite de alge culoare poluanti toxici) Se pot obtine rezultate performante la ape necoagulate Operarea sistemelor de filtre lente este simpla Procesul de filtrare lenta este asimilat cu procese fizice si biologice Acestea din urma necesita o atentie si urmarire continua in etapele de operare a filtrelor in special referitor la starea coloniilor de bacterii aerobe din membrana biologica
310Filtre rapide
In figura 326 se prezinta schema unui filtru rapid Acesta este constituit din urmatoarele elemente componente
bull sistem admisie apa in cuva - are rolul echirepartitiei debitului catre cuvele de filtre
bull stratul filtrant peste care exista un strat de apa
bull drenaj cu rolul de a sustine stratul filtrant si de a transforma bulele mari in bule fine in procesul de spalare inversa
bull sistem de mentinere a nivelului apei in filtru (pentru filtrele cu functionare in sistem nivel constant si debit variabil)
bull statie de pompare apa de la spalare filtre si statie de suflante
bull instalatii hidraulice grupate in galeria tehnologica cu rolul de a asigura toate utilitatile necesare functionarii corecte a procesului (conducte si vane apa filtrata apa spalare aer spalare preaplin golire etc)
bull rezervor de apa filtrata amplasat de obicei sub toata statia sau in anumite cazuri numai sub galeria tehnologica
Procesul consta in doua etape
bull filtrarea apei parcurgand in sens descendent stratul de nisip si drenajul
bull spalarea filtrului in sens ascendent in doua faze distincte
o faza 1 (durata Ti=5-10 min)
o faza 2 - limpezire (durata Ti=10-15 min)
51
in ultimii 30-40 de ani in lume a existat o preocupare constants pentru perfectionarea procesului in sensul obtinerii performantei in calitatea apei filtrate (turbiditatea sa se incadreze in domeniulOl - 10 NTU)
Mecanismele de retinere in filtrele rapide se pot sintetiza ca in schema urmatoare
3101 Mediul filtrant
Calitatile materialului filtrant sunt urmatoarele
bull domeniul de granulozitate dg = 085 - 2 mm
bull coeficientul de neuniformitate u=d6odio lt 15
bull fractiunile inferioare diametrului 085 mm si superioare dmax 2 mm inferioare procentual la 10 in greutate
bull diametrul efectiv def = dio = 09-1 mm
bull sa realizeze un numar de goluri (porozitate) mare (pgt40)
bull forma granulelor apropiata de sfera pentru obtinerea unui grad de acoperire ridicat
bull continut de roci cuartoase recomandabil peste 95
bull sa aiba duritate (gt 7 in scara Mohs) pentru a nu se sfarama la spalare
Calitatea materialului filtrant influenteaza viteza de filtrare O serie de studii au indicat domeniul optim de granulozitate al nisipului de filtru conform figurii 328
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 52
3102 Calitatea influentului fn corelatie cu materialul filtrant
Pentru realizarea unei retineri eficiente a suspensiilor se impune ca in influentul filtrelor acestea sa fie floculate Aceasta se caracterizeaza prin coeficientul de coeziune al suspensiilor floculate (namol retinut) aceasta caracterizeaza capacitatea de rezistenta la forfecare si depinde de doza de floculant si natura (minerala sau organica a suspensiilor)
Procesul de optimizare a filtrarii rapide a apei ia in considerate principiul un filtru va functiona optim cand va produce cea mai mare cantitate de apa intre doua spalari succesive aceasta se va realiza cand timpul in care se atinge pierderea de sarcina limita este egal cu timpul in care se calitatea apei filtrate se inrautateste la limita maxim acceptabila (Ti = T2) sau penetrarea impuritatilor in interiorul masei filtrante se va efectua cu aceeasi viteza cu care creste pierderea de sarcina Expresiile celor doua perioade au fost determinate de cercetatorii Richard si Croce-Spinelli
Tx = a bull σ - 0 9 5 bull k-075bull def-045bull h0
n95bull v -185 (316)
T l = b bull σ-075 k - 0 7 5 bull dlef
1 5 Δhr05 bull vF
-065 (317)
In care Ti - perioada in care turbiditatea apei filtrate atinge valoarea limita (1 NTU)
T2 - perioada in care se atinge pierderea de sarcina limita (15 - 18 m)
a b - coeficienti empirici (experimentali)
hn - grosime strat nisip
Δhr- viteza de crestere a pierderii de sarcina
INSPECTIA SANITARA SI MOMTORIZAREA CALITATII APEI
VF - viteza de filtrare
k - coeficient de coeziune al namolului
a - depozitul specific (volumul de suspensii raportat la volumul de material filtrant)
Se constata ca fiecare filtru poate conduce la un ciclu optim functie de calitatea nisipului grosimea stratului calitatea flocularii suspensiilor din apa influenta si viteza de filtrare
3103 Variatia pierderii de sarcina
Urmarirea pierderii de sarcina este importanta pentru ca poate pune in evidenta functionarea filtrului Operarea optima a unui filtru se realizeaza prin urmarirea in timp a variatiei pierderii de sarcina si turbiditatii Masurile pentru realizarea acestui optim sunt
53
bull reducerea vitezei - cele mai performante filtre lucreaza cu viteze de filtrare variabile astfel incat colmatarea stratului sa se realizeze fara socuri
bull adaugarea unui polimer (doze 01 - 02 mgl) in influent pentru a mari rezistenta particulelor floculate
bull imbunatatirea calitatii nisipului
Presiune (m col H20)
Figura 329 Estimarea pierderii de sarcina Tn
stratul filtrant
3104 Spalarea filtrelor
Se realizeaza in contra curent de apa si aer comprimat Elementele tehnice care intervin esential in obtinerea performantelor spalarii sunt
bull calitate drenaj - din punct de vedere al uniformitatii debitelor de apa si aer
bull colectarea uniforma a apei de la spalare
bull metoda de spalare care sa asigure eliminarea totala a suspensiilor retinute in strat cu resurse minime
bull drenaj de mare rezistenta hidraulica (cu placi cu crepine)
Se bazeaza pe principiul introducerii unei rezistente hidraulice de 15 - 20 cm coloana de apa (reducerea brusca de sectiune la intrarea apei in tija crepinei) care asigura uniformizarea intensitatilor de spalare pe suprafata cuvei (abateri de plusmn 3-5) In figura 330 se prezinta schema drenajului cu placi cu crepine
Se pun conditii severe din punct de vedere constructiv pentru realizarea drenajului
bull asigurarea etansarii perfecte
bull asigurarea cotei exacte si unice pentru pozitia orificiilor de aer
bull rezistenta cosurilor crepinelor
bull asigurarea formarii unui nivel de separatie apa - aer uniform si constant pe toata suprafata cuvei
Cele mai performante filtre din punct de vedere al spalarii sunt filtrele cu baleiaj la spalare (figura 331)
INSPECTIA SANITARA SI MOMTORIZAREA CALITATII APEI
55
55
in perioada de spalare a filtrului nivelul in cuva se afla la cota NS jgheaburile J nu mai deverseaza si prin orificiile de la baza jgheaburilor se creeaza un curent de baleiaj (1-2 dm3sm2) cu apa decantata care impinge suspensiile spre jgheabul de colectare Se reduc astfel timpii de spalare (cu 50) si intensitatile si volumele de apa de spalare
Prin curgerea ascendenta a aerului masa de nisip vibreaza si peliculele de namol se desprind de granule Curentul ascendent de apa le antreneaza Spalarea numai cu aer induce vibrarea masei de nisip si depunerea namolului in zona inferioara a stratului De aceea este contraindicata spalarea numai cu aer in faza 1
In general echipamentele pentru asigurarea debitelor apa de spalare se adopta un utilaj (pompa) in faza 1 si inca o pompa de acelasi tip pentru faza a Il-a
3105 Asigurarea repartitiei uniforme a influentului
Pentru asigurarea repartitiei uniforme a apei decantate se utilizeaza diverse sisteme Cel mai performant este sistemul cu deversori neinecati conform cu schema din figura 332
3106 Sistemele hidraulice
Sistemele hidraulice asigura deservirea statiei de filtre atat in procesul de filtrare cat si in procesul de spalare Acestea se vor dimensiona conform vitezelor economice prezentate in tabelul urmator
3107 Reglajului debitului si nivelului de apa in cuva
Pentru filtrele care functioneaza cu nivel constant si debit variabil este foarte important ca nivelul apei in filtru se fie mentinut pseudo-constant Aceasta se asigura cu diverse sisteme de plutitori (regulator de nivel amonte) care comanda vana de pe conducta de apa filtrata sau cu sisteme electronice si hidraulice conform figurii 333
Figura 333 Sistem de reglare electronic al nivelului apei Tn filtru
Legends 1 Strat filtrant 2 Vana apa filtrata 3 Parghie comanda vana 4 Electrovana de comanda 5 Regulator electronic 6 Senzor de presiune pentru nivel filtru 7 Senzor de presiune sub planseu 8 Potentiometru 9 Indicator de
colmatare 10 Alimentare cu fluid de comanda
313 Afin area apei
Procesul de afmare a apei este constituit din combinatia intre procesul de post-oxidare cu ozon a apei filtrate urmat de adsorbtie pe carbune activ granular
3131 Post-oxidarea cu ozon
Ozonul (O3) se obtine din aer sau oxigen supus la descarcari electrice printr-un dielectric In figura 334 se prezinta un element dintr-un ozonor
figura 334 Element tubular de ozonor
1 - Intrare gaz vector (aeroxigen) 2 3 - Electrozi 4 - Dielectric 5 - Spatiu de descarcare electrica 6 - Gaz vector +
ozon 7 - Apa racire
Diferentele de potential la care se lucreaza sunt cuprinse intre 6000 - 18000 V functie de natura si grosimea dielectricului marimea spatiului de descarcare si presiunea absoluta de functionare
Concentratiile de ozon in gazul vector obisnuite sunt
bull 10-40gm - in cazul utilizarii aerului
bull 10-140 gm3 - in cazul utilizarii oxigenului
Pentru a realiza concentratii optime si stabilitatea procesului se cere punct de roua -60degC -80degC
Energia specifics pentru productia de ozon
bull 13-18 kWhkg O3 - produs din aer
bull 8-10 kWhkg O3 - produs din oxigen
Actiunea O3 asupra apelor de consum se poate sintetiza
bull imbunatatirea calitatilor organoleptice (gust miros culoare)
bull activitate bactericide si virulicida
bull oxidarea materiilor organice
bull oxidare micro-poluanti
bull imbunatatirea biodegradabilitatii in amonte de CAG
3132 Adsorbtie pe carbune activ granular (CAG)
Carbunele activ se poate obtine din carbuni minieri sau din coaja de nuca de cocos Majoritatea carbunilor minieri pot fi convertiti in carbune activ insa proprietatile carbunelui activ depind esential de calitatea initiala a carbunilor in special in ceea ce priveste duritatea acestora in acest sens se utilizeaza adesea coaja nucilor de cocos pentru fabricarea carbunelui activ
Exista o multitudine de procese de fabricare a carbunelui activ insa eel mai dezvoltat este piroliza urmata de activarea cu gaze de oxidare Piroliza (carbonizarea) presupune incalzirea materialului la temperaturi intre 600 si 900 degC in absenta aerului Pentru obtinerea unei porozitati ridicate se pot utiliza adaosuri de cloruri metalice (de exemplu ZnCl) Piroliza poate reprezenta unicul pas de activare in cazul in care se doreste obtinerea unui material cu 0 porozitate ridicata
A doua etapa este cea de oxidare care se realizeaza de obicei cu abur sau uneori cu aer Temperaturile sunt uzuale in gama de 600 - 900 degC Pe parcursul acestei etape se realizeaza 0 erodare a suprafetei interne a carbunelui si dezvoltarea unei retele extensive de micropori care cresc capacitatea de adsorbtie
58
Printre proprietatile principale ale carbunelui activ se enumera continutul de cenusa umiditatea densitatea marimea particulelor duritatea volumul si distributia dupa marime a porilor suprafata interna
31321 Continutul in cenusa
Continutul in cenusa este reprezentat de reziduul obtinut prin calcinarea la temperatura de 954 degC timp de 3 ore in aer Uzual continutul de cenusa variaza intre 3 si 10 Pentru reducerea cantitatii de cenusa se poate utiliza spalarea cu acid
31322 Umiditatea
Umiditatea se determina prin uscarea in cuptor timp de 3 ore a unei cantitati de 5 sau 10 g de carbune activ la temperatura 150 degC Se determina greutatea inainte si dupa uscare si racire in exicator Umiditatea in vrac a carbunelui activ este recomandabil sa fie limitata la maxim 5
31323 Densitatea
Sunt mai multe tipuri de densitati printre care se mentioneaza densitatea in vrac densitatea aparenta densitatea particulei si densitatea reala Densitatea in vrac sau densitatea aparenta reprezinta greutatea carbunelui activ uscat raportata la volumul pe care acesta il ocupa Aceasta se determina prin umplerea unui cilindru cu volumul de 100 ml cu carbune prin cadere libera dintr-o masina vibratoare si cantarirea volumului respectiv Valorile uzuale sunt in gama 05 - 06 gml pentru carbune activ fabricat din carbune minier respectiv 024 - 030 mg1 pentru carbune activ fabricat din lemn
Densitatea particulei reprezinta densitatea unei particule singulare Volumul pe care se bazeaza include volumul porilor precum si volumul materialului Densitatea particulei se determina in mod uzual cu mercur la presiunea atmosferica (mercurul umple spatiile goale din particula de carbune activ dar nu umple porii) Valorile uzuale sunt in gama 074 - 080 gml
Densitatea reala sau densitatea scheletului este cea determinate numai pe materialul (carbunele) propriu-zis Pentru determinarea acesteia se utilizeaza uzual o metoda de inlocuire cu heliu (heliul intra practic in toti porii materialului) Valorile uzuale sunt in gama 21 - 22 gml
31324 Marimea particulelor
Aceasta se determina prin cernerea a 100 sau 200 g de carbune printr-un sistem de site mecanice timp de 10 minute dupa care se cantaresc retinerile pe fiecare sita in parte Carbunele activ pudra se incadreaza de obicei in domeniul 005 mm - 15 mm
31325 Friabilitatea
Capacitatea carbunelui activ de a rezista la abraziune este unul dintre parametrii cei mai importanti Procedura de determinare a friabilitatii carbunelui activ presupune determinarea granulozitatii acestora inainte si dupa testul propriu-zis care consta in concasarea succesiva a carbunelui intr-un recipient alaturi de bile de otel inoxidabil Valorile uzuale ale indicelui de friabilitate sunt 65 - 80 (practic 70 - 75) ceea ce atesta faptul ca materialul este foarte usor friabil si este necesar atentie la procedura de spalare
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATIIAPEI 59
31326 Volumul si distributia dupa marime a porilor
Volumul porilor reprezinta volumul total al porilor din particula de carbune activ granular raportat la greutate Valorile uzuale sunt de ordinul 08 - 12 mlg pentru carbune activ fabricat din carbuni minieri respectiv 22-25 mlg pentru carbune activ fabricat din lemn Volumul total al porilor poate fi determinat printr-un test de adsorbtie cu azot desfasurate astfel incat azotul condensat sa intre in totalitate in porii carbunelui
Carbunele activ confine o structura complexa de pori de forme si marimi diferite Porii au de obicei o geometrie neregulata si sunt interconectati Dimensiunile porilor sunt uzual intre 10 A si 100000 A (001 cm) Distributia dupa marime a porilor depinde de tipul de material utilizat si de metoda si de durata procesului de activare
31327 Suprafata internaSuprafata interna a materialelor poroase in general se determinS cu ecuatia BET stabilita de
Brunauer Emmett si Teller Ecuatia descrie formarea de strate multiple de gaz condensat care apar atunci cand un gaz adsorbabil (de exemplu azotul) este in contact cu materialul poros Intr-un astfel de test se utilizeaza azot la temperatura de fierbere si presiunea atmosferica (-196 degC sau 77 K)
Ecuatia BET (expresia 318) a fost derivata presupunand urmatoarelebull rata de condensare a moleculelor din primul strat este egala cu rata de evaporare a
moleculelor din zonele acoperite cu un singur strat de moleculebull caldura de adsorbtie peste primul strat este constants si egala cu caldura de lichefiere
qqm=b(PPS)(1-PPs)(1-PPS+bPPS) ( 3 1 8 )
In care Ps - presiunea de vaporizare la saturatie la temperatura utilizata in test uzual 1 atm
q - cantitatea de substanta adsorbita la presiunea P
qm - cantitatea de substanta adsorbita numai cand se constata acoperirea totala a suprafetei cu un strat monomolecular
b - constanta determinata experimental
In figura 336 se prezinta o relatie tipica intre marimea porilor si suprafata totala Suprafata cumulativa este data de insumarea suprafetelor tuturor porilor cu un diametru dat sau mai mare Se remarca faptul ca marea majoritate a suprafetei este atribuita porilor de mici dimensiuni
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI60
3133 Teste uzuale de adsorbtie
In practica se utilizeaza o serie intreaga de teste pentru a determina capacitatea de adsorbtie pentru diferite tipuri de carbune activ Printre acestea se mentioneaza
- Indicele Iod reprezinta cantitatea de iod in miligrame pe gram adsorbit de un carbune activ la echilibru cu o solutie I2-KI cu concentratia 002 N indicele iod indica suprafata totala a porilor cu diametru de 10 A sau mai mare valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 800 - 1000 mgg
Indicele Melasa reprezinta un indicator al puterii de decolorare a carbunelui activ granular in contact cu 0 solutie de melasa la fierbere indicele melasa este in stricta legatura cu suprafata totala a porilor cu diametrul mai mare de 28 A valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 200 - 300
- Indicele Albastru de Metilen reprezinta cantitatea de albastru de metilen adsorbita de 1 g de carbune activ la echilibru in contact cu o solutie cu concentratia 1 mg1 de albastru de metilen Albastrul de metilen are greutatea moleculara 320 si indica suprafata totala a porilor cu diametrul de 15 A
- Activitatea tetraclorurii de carbon tetraclorura de carbon CC14 este un compus molecular mic si poate intra in toti porii In acest test un curent de aer este saturat cu CCI4 la 0 degC si este trecut printr-un strat de carbune activ mentinut la 25 degC pana cand nu se mai detecteaza nici o schimbare in greutate Activitatea este greutatea CCI4 adsorbita pe unitatea de greutate de carbune activ exprimata procentual Valorile uzuale ale acestui indicator sunt in gama 60 -80
- Indicele butan este similar activitatii tetraclorurii de carbon valoarea acestuia este exprimata grame de butan adsorbite pe 100 ml carbune activ valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 7 - 8 g 100 ml carbune activ
- Indicele FINAD stabilit de cercetatorul C Gomella si reprezinta un produs al mai multor indici F - fenol I - iod N - indol A - antipirina D - detergent
316 Deferizarea si demanganizarea apei
Fierul (Fe) si manganul (Mn) sunt elemente care se gasesc frecvent in mediul subteran si in apa apar in concentratii pana la 10 mg1 (Fe) si 2 mg1 (Mn) Prezenta fierului si manganului in apele potabile pot genera urmatoarele probleme
bull produce gust metalic dezagreabil
bull coloreaza tesaturile si echipamentele sanitare
bull formeaza precipitate in conducte care favorizeaza dezvoltarea bacteriilor feruginoase (Chrenothrix) acestea modifica regimul hidraulic calitatea apei distribute si favorizeaza fenomenele de coroziune
3161 Echilibrul fierului si manganului in apa
Fierul si manganul sunt prezente dizolvate in solutiile apoase sub forma Fe2+si Mn2+ Concentratia in oxigen a apelor subterane care contin Fe si Mn este nula Din namolurile situate in
2+ ~
zona anaeroba din hipolimnion se elibereaza ioni de Fe2+ si Mnz+ in apele lacurilor In numeroase ape naturale se remarca prezenta Fe3+ asociata cu substantele humice Stabilitatea fierului si manganului in apa depinde de numeroase variabile
bull pH-ul apei
bull concentratia diferitelor elemente chimice
bull potentialul de oxido-reducere (Eh) al solutiei
In figura 341 se prezinta diagrama de stabilitate a formelor fierului in solutie in aceasta diagrama o curba (linie) reprezinta locul geometric pentru care concentratia celor doua substante este aceeasi De exemplu linia 1 reprezinta solutia pentru care O2 si H2O au aceeasi valoare Aria cuprinsa intre curbele 1 si 2 reprezinta aria de stabilitate a compusilor de Fe Chimia manganului este asemanatoare cu cea a Fe Astfel la pH si Eh reduse Fe si Mn sunt stabile in forme bivalente
in ultimii 30-40 de ani in lume a existat o preocupare constants pentru perfectionarea procesului in sensul obtinerii performantei in calitatea apei filtrate (turbiditatea sa se incadreze in domeniulOl - 10 NTU)
Mecanismele de retinere in filtrele rapide se pot sintetiza ca in schema urmatoare
3101 Mediul filtrant
Calitatile materialului filtrant sunt urmatoarele
bull domeniul de granulozitate dg = 085 - 2 mm
bull coeficientul de neuniformitate u=d6odio lt 15
bull fractiunile inferioare diametrului 085 mm si superioare dmax 2 mm inferioare procentual la 10 in greutate
bull diametrul efectiv def = dio = 09-1 mm
bull sa realizeze un numar de goluri (porozitate) mare (pgt40)
bull forma granulelor apropiata de sfera pentru obtinerea unui grad de acoperire ridicat
bull continut de roci cuartoase recomandabil peste 95
bull sa aiba duritate (gt 7 in scara Mohs) pentru a nu se sfarama la spalare
Calitatea materialului filtrant influenteaza viteza de filtrare O serie de studii au indicat domeniul optim de granulozitate al nisipului de filtru conform figurii 328
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI 52
3102 Calitatea influentului fn corelatie cu materialul filtrant
Pentru realizarea unei retineri eficiente a suspensiilor se impune ca in influentul filtrelor acestea sa fie floculate Aceasta se caracterizeaza prin coeficientul de coeziune al suspensiilor floculate (namol retinut) aceasta caracterizeaza capacitatea de rezistenta la forfecare si depinde de doza de floculant si natura (minerala sau organica a suspensiilor)
Procesul de optimizare a filtrarii rapide a apei ia in considerate principiul un filtru va functiona optim cand va produce cea mai mare cantitate de apa intre doua spalari succesive aceasta se va realiza cand timpul in care se atinge pierderea de sarcina limita este egal cu timpul in care se calitatea apei filtrate se inrautateste la limita maxim acceptabila (Ti = T2) sau penetrarea impuritatilor in interiorul masei filtrante se va efectua cu aceeasi viteza cu care creste pierderea de sarcina Expresiile celor doua perioade au fost determinate de cercetatorii Richard si Croce-Spinelli
Tx = a bull σ - 0 9 5 bull k-075bull def-045bull h0
n95bull v -185 (316)
T l = b bull σ-075 k - 0 7 5 bull dlef
1 5 Δhr05 bull vF
-065 (317)
In care Ti - perioada in care turbiditatea apei filtrate atinge valoarea limita (1 NTU)
T2 - perioada in care se atinge pierderea de sarcina limita (15 - 18 m)
a b - coeficienti empirici (experimentali)
hn - grosime strat nisip
Δhr- viteza de crestere a pierderii de sarcina
INSPECTIA SANITARA SI MOMTORIZAREA CALITATII APEI
VF - viteza de filtrare
k - coeficient de coeziune al namolului
a - depozitul specific (volumul de suspensii raportat la volumul de material filtrant)
Se constata ca fiecare filtru poate conduce la un ciclu optim functie de calitatea nisipului grosimea stratului calitatea flocularii suspensiilor din apa influenta si viteza de filtrare
3103 Variatia pierderii de sarcina
Urmarirea pierderii de sarcina este importanta pentru ca poate pune in evidenta functionarea filtrului Operarea optima a unui filtru se realizeaza prin urmarirea in timp a variatiei pierderii de sarcina si turbiditatii Masurile pentru realizarea acestui optim sunt
53
bull reducerea vitezei - cele mai performante filtre lucreaza cu viteze de filtrare variabile astfel incat colmatarea stratului sa se realizeze fara socuri
bull adaugarea unui polimer (doze 01 - 02 mgl) in influent pentru a mari rezistenta particulelor floculate
bull imbunatatirea calitatii nisipului
Presiune (m col H20)
Figura 329 Estimarea pierderii de sarcina Tn
stratul filtrant
3104 Spalarea filtrelor
Se realizeaza in contra curent de apa si aer comprimat Elementele tehnice care intervin esential in obtinerea performantelor spalarii sunt
bull calitate drenaj - din punct de vedere al uniformitatii debitelor de apa si aer
bull colectarea uniforma a apei de la spalare
bull metoda de spalare care sa asigure eliminarea totala a suspensiilor retinute in strat cu resurse minime
bull drenaj de mare rezistenta hidraulica (cu placi cu crepine)
Se bazeaza pe principiul introducerii unei rezistente hidraulice de 15 - 20 cm coloana de apa (reducerea brusca de sectiune la intrarea apei in tija crepinei) care asigura uniformizarea intensitatilor de spalare pe suprafata cuvei (abateri de plusmn 3-5) In figura 330 se prezinta schema drenajului cu placi cu crepine
Se pun conditii severe din punct de vedere constructiv pentru realizarea drenajului
bull asigurarea etansarii perfecte
bull asigurarea cotei exacte si unice pentru pozitia orificiilor de aer
bull rezistenta cosurilor crepinelor
bull asigurarea formarii unui nivel de separatie apa - aer uniform si constant pe toata suprafata cuvei
Cele mai performante filtre din punct de vedere al spalarii sunt filtrele cu baleiaj la spalare (figura 331)
INSPECTIA SANITARA SI MOMTORIZAREA CALITATII APEI
55
55
in perioada de spalare a filtrului nivelul in cuva se afla la cota NS jgheaburile J nu mai deverseaza si prin orificiile de la baza jgheaburilor se creeaza un curent de baleiaj (1-2 dm3sm2) cu apa decantata care impinge suspensiile spre jgheabul de colectare Se reduc astfel timpii de spalare (cu 50) si intensitatile si volumele de apa de spalare
Prin curgerea ascendenta a aerului masa de nisip vibreaza si peliculele de namol se desprind de granule Curentul ascendent de apa le antreneaza Spalarea numai cu aer induce vibrarea masei de nisip si depunerea namolului in zona inferioara a stratului De aceea este contraindicata spalarea numai cu aer in faza 1
In general echipamentele pentru asigurarea debitelor apa de spalare se adopta un utilaj (pompa) in faza 1 si inca o pompa de acelasi tip pentru faza a Il-a
3105 Asigurarea repartitiei uniforme a influentului
Pentru asigurarea repartitiei uniforme a apei decantate se utilizeaza diverse sisteme Cel mai performant este sistemul cu deversori neinecati conform cu schema din figura 332
3106 Sistemele hidraulice
Sistemele hidraulice asigura deservirea statiei de filtre atat in procesul de filtrare cat si in procesul de spalare Acestea se vor dimensiona conform vitezelor economice prezentate in tabelul urmator
3107 Reglajului debitului si nivelului de apa in cuva
Pentru filtrele care functioneaza cu nivel constant si debit variabil este foarte important ca nivelul apei in filtru se fie mentinut pseudo-constant Aceasta se asigura cu diverse sisteme de plutitori (regulator de nivel amonte) care comanda vana de pe conducta de apa filtrata sau cu sisteme electronice si hidraulice conform figurii 333
Figura 333 Sistem de reglare electronic al nivelului apei Tn filtru
Legends 1 Strat filtrant 2 Vana apa filtrata 3 Parghie comanda vana 4 Electrovana de comanda 5 Regulator electronic 6 Senzor de presiune pentru nivel filtru 7 Senzor de presiune sub planseu 8 Potentiometru 9 Indicator de
colmatare 10 Alimentare cu fluid de comanda
313 Afin area apei
Procesul de afmare a apei este constituit din combinatia intre procesul de post-oxidare cu ozon a apei filtrate urmat de adsorbtie pe carbune activ granular
3131 Post-oxidarea cu ozon
Ozonul (O3) se obtine din aer sau oxigen supus la descarcari electrice printr-un dielectric In figura 334 se prezinta un element dintr-un ozonor
figura 334 Element tubular de ozonor
1 - Intrare gaz vector (aeroxigen) 2 3 - Electrozi 4 - Dielectric 5 - Spatiu de descarcare electrica 6 - Gaz vector +
ozon 7 - Apa racire
Diferentele de potential la care se lucreaza sunt cuprinse intre 6000 - 18000 V functie de natura si grosimea dielectricului marimea spatiului de descarcare si presiunea absoluta de functionare
Concentratiile de ozon in gazul vector obisnuite sunt
bull 10-40gm - in cazul utilizarii aerului
bull 10-140 gm3 - in cazul utilizarii oxigenului
Pentru a realiza concentratii optime si stabilitatea procesului se cere punct de roua -60degC -80degC
Energia specifics pentru productia de ozon
bull 13-18 kWhkg O3 - produs din aer
bull 8-10 kWhkg O3 - produs din oxigen
Actiunea O3 asupra apelor de consum se poate sintetiza
bull imbunatatirea calitatilor organoleptice (gust miros culoare)
bull activitate bactericide si virulicida
bull oxidarea materiilor organice
bull oxidare micro-poluanti
bull imbunatatirea biodegradabilitatii in amonte de CAG
3132 Adsorbtie pe carbune activ granular (CAG)
Carbunele activ se poate obtine din carbuni minieri sau din coaja de nuca de cocos Majoritatea carbunilor minieri pot fi convertiti in carbune activ insa proprietatile carbunelui activ depind esential de calitatea initiala a carbunilor in special in ceea ce priveste duritatea acestora in acest sens se utilizeaza adesea coaja nucilor de cocos pentru fabricarea carbunelui activ
Exista o multitudine de procese de fabricare a carbunelui activ insa eel mai dezvoltat este piroliza urmata de activarea cu gaze de oxidare Piroliza (carbonizarea) presupune incalzirea materialului la temperaturi intre 600 si 900 degC in absenta aerului Pentru obtinerea unei porozitati ridicate se pot utiliza adaosuri de cloruri metalice (de exemplu ZnCl) Piroliza poate reprezenta unicul pas de activare in cazul in care se doreste obtinerea unui material cu 0 porozitate ridicata
A doua etapa este cea de oxidare care se realizeaza de obicei cu abur sau uneori cu aer Temperaturile sunt uzuale in gama de 600 - 900 degC Pe parcursul acestei etape se realizeaza 0 erodare a suprafetei interne a carbunelui si dezvoltarea unei retele extensive de micropori care cresc capacitatea de adsorbtie
58
Printre proprietatile principale ale carbunelui activ se enumera continutul de cenusa umiditatea densitatea marimea particulelor duritatea volumul si distributia dupa marime a porilor suprafata interna
31321 Continutul in cenusa
Continutul in cenusa este reprezentat de reziduul obtinut prin calcinarea la temperatura de 954 degC timp de 3 ore in aer Uzual continutul de cenusa variaza intre 3 si 10 Pentru reducerea cantitatii de cenusa se poate utiliza spalarea cu acid
31322 Umiditatea
Umiditatea se determina prin uscarea in cuptor timp de 3 ore a unei cantitati de 5 sau 10 g de carbune activ la temperatura 150 degC Se determina greutatea inainte si dupa uscare si racire in exicator Umiditatea in vrac a carbunelui activ este recomandabil sa fie limitata la maxim 5
31323 Densitatea
Sunt mai multe tipuri de densitati printre care se mentioneaza densitatea in vrac densitatea aparenta densitatea particulei si densitatea reala Densitatea in vrac sau densitatea aparenta reprezinta greutatea carbunelui activ uscat raportata la volumul pe care acesta il ocupa Aceasta se determina prin umplerea unui cilindru cu volumul de 100 ml cu carbune prin cadere libera dintr-o masina vibratoare si cantarirea volumului respectiv Valorile uzuale sunt in gama 05 - 06 gml pentru carbune activ fabricat din carbune minier respectiv 024 - 030 mg1 pentru carbune activ fabricat din lemn
Densitatea particulei reprezinta densitatea unei particule singulare Volumul pe care se bazeaza include volumul porilor precum si volumul materialului Densitatea particulei se determina in mod uzual cu mercur la presiunea atmosferica (mercurul umple spatiile goale din particula de carbune activ dar nu umple porii) Valorile uzuale sunt in gama 074 - 080 gml
Densitatea reala sau densitatea scheletului este cea determinate numai pe materialul (carbunele) propriu-zis Pentru determinarea acesteia se utilizeaza uzual o metoda de inlocuire cu heliu (heliul intra practic in toti porii materialului) Valorile uzuale sunt in gama 21 - 22 gml
31324 Marimea particulelor
Aceasta se determina prin cernerea a 100 sau 200 g de carbune printr-un sistem de site mecanice timp de 10 minute dupa care se cantaresc retinerile pe fiecare sita in parte Carbunele activ pudra se incadreaza de obicei in domeniul 005 mm - 15 mm
31325 Friabilitatea
Capacitatea carbunelui activ de a rezista la abraziune este unul dintre parametrii cei mai importanti Procedura de determinare a friabilitatii carbunelui activ presupune determinarea granulozitatii acestora inainte si dupa testul propriu-zis care consta in concasarea succesiva a carbunelui intr-un recipient alaturi de bile de otel inoxidabil Valorile uzuale ale indicelui de friabilitate sunt 65 - 80 (practic 70 - 75) ceea ce atesta faptul ca materialul este foarte usor friabil si este necesar atentie la procedura de spalare
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATIIAPEI 59
31326 Volumul si distributia dupa marime a porilor
Volumul porilor reprezinta volumul total al porilor din particula de carbune activ granular raportat la greutate Valorile uzuale sunt de ordinul 08 - 12 mlg pentru carbune activ fabricat din carbuni minieri respectiv 22-25 mlg pentru carbune activ fabricat din lemn Volumul total al porilor poate fi determinat printr-un test de adsorbtie cu azot desfasurate astfel incat azotul condensat sa intre in totalitate in porii carbunelui
Carbunele activ confine o structura complexa de pori de forme si marimi diferite Porii au de obicei o geometrie neregulata si sunt interconectati Dimensiunile porilor sunt uzual intre 10 A si 100000 A (001 cm) Distributia dupa marime a porilor depinde de tipul de material utilizat si de metoda si de durata procesului de activare
31327 Suprafata internaSuprafata interna a materialelor poroase in general se determinS cu ecuatia BET stabilita de
Brunauer Emmett si Teller Ecuatia descrie formarea de strate multiple de gaz condensat care apar atunci cand un gaz adsorbabil (de exemplu azotul) este in contact cu materialul poros Intr-un astfel de test se utilizeaza azot la temperatura de fierbere si presiunea atmosferica (-196 degC sau 77 K)
Ecuatia BET (expresia 318) a fost derivata presupunand urmatoarelebull rata de condensare a moleculelor din primul strat este egala cu rata de evaporare a
moleculelor din zonele acoperite cu un singur strat de moleculebull caldura de adsorbtie peste primul strat este constants si egala cu caldura de lichefiere
qqm=b(PPS)(1-PPs)(1-PPS+bPPS) ( 3 1 8 )
In care Ps - presiunea de vaporizare la saturatie la temperatura utilizata in test uzual 1 atm
q - cantitatea de substanta adsorbita la presiunea P
qm - cantitatea de substanta adsorbita numai cand se constata acoperirea totala a suprafetei cu un strat monomolecular
b - constanta determinata experimental
In figura 336 se prezinta o relatie tipica intre marimea porilor si suprafata totala Suprafata cumulativa este data de insumarea suprafetelor tuturor porilor cu un diametru dat sau mai mare Se remarca faptul ca marea majoritate a suprafetei este atribuita porilor de mici dimensiuni
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI60
3133 Teste uzuale de adsorbtie
In practica se utilizeaza o serie intreaga de teste pentru a determina capacitatea de adsorbtie pentru diferite tipuri de carbune activ Printre acestea se mentioneaza
- Indicele Iod reprezinta cantitatea de iod in miligrame pe gram adsorbit de un carbune activ la echilibru cu o solutie I2-KI cu concentratia 002 N indicele iod indica suprafata totala a porilor cu diametru de 10 A sau mai mare valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 800 - 1000 mgg
Indicele Melasa reprezinta un indicator al puterii de decolorare a carbunelui activ granular in contact cu 0 solutie de melasa la fierbere indicele melasa este in stricta legatura cu suprafata totala a porilor cu diametrul mai mare de 28 A valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 200 - 300
- Indicele Albastru de Metilen reprezinta cantitatea de albastru de metilen adsorbita de 1 g de carbune activ la echilibru in contact cu o solutie cu concentratia 1 mg1 de albastru de metilen Albastrul de metilen are greutatea moleculara 320 si indica suprafata totala a porilor cu diametrul de 15 A
- Activitatea tetraclorurii de carbon tetraclorura de carbon CC14 este un compus molecular mic si poate intra in toti porii In acest test un curent de aer este saturat cu CCI4 la 0 degC si este trecut printr-un strat de carbune activ mentinut la 25 degC pana cand nu se mai detecteaza nici o schimbare in greutate Activitatea este greutatea CCI4 adsorbita pe unitatea de greutate de carbune activ exprimata procentual Valorile uzuale ale acestui indicator sunt in gama 60 -80
- Indicele butan este similar activitatii tetraclorurii de carbon valoarea acestuia este exprimata grame de butan adsorbite pe 100 ml carbune activ valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 7 - 8 g 100 ml carbune activ
- Indicele FINAD stabilit de cercetatorul C Gomella si reprezinta un produs al mai multor indici F - fenol I - iod N - indol A - antipirina D - detergent
316 Deferizarea si demanganizarea apei
Fierul (Fe) si manganul (Mn) sunt elemente care se gasesc frecvent in mediul subteran si in apa apar in concentratii pana la 10 mg1 (Fe) si 2 mg1 (Mn) Prezenta fierului si manganului in apele potabile pot genera urmatoarele probleme
bull produce gust metalic dezagreabil
bull coloreaza tesaturile si echipamentele sanitare
bull formeaza precipitate in conducte care favorizeaza dezvoltarea bacteriilor feruginoase (Chrenothrix) acestea modifica regimul hidraulic calitatea apei distribute si favorizeaza fenomenele de coroziune
3161 Echilibrul fierului si manganului in apa
Fierul si manganul sunt prezente dizolvate in solutiile apoase sub forma Fe2+si Mn2+ Concentratia in oxigen a apelor subterane care contin Fe si Mn este nula Din namolurile situate in
2+ ~
zona anaeroba din hipolimnion se elibereaza ioni de Fe2+ si Mnz+ in apele lacurilor In numeroase ape naturale se remarca prezenta Fe3+ asociata cu substantele humice Stabilitatea fierului si manganului in apa depinde de numeroase variabile
bull pH-ul apei
bull concentratia diferitelor elemente chimice
bull potentialul de oxido-reducere (Eh) al solutiei
In figura 341 se prezinta diagrama de stabilitate a formelor fierului in solutie in aceasta diagrama o curba (linie) reprezinta locul geometric pentru care concentratia celor doua substante este aceeasi De exemplu linia 1 reprezinta solutia pentru care O2 si H2O au aceeasi valoare Aria cuprinsa intre curbele 1 si 2 reprezinta aria de stabilitate a compusilor de Fe Chimia manganului este asemanatoare cu cea a Fe Astfel la pH si Eh reduse Fe si Mn sunt stabile in forme bivalente
3102 Calitatea influentului fn corelatie cu materialul filtrant
Pentru realizarea unei retineri eficiente a suspensiilor se impune ca in influentul filtrelor acestea sa fie floculate Aceasta se caracterizeaza prin coeficientul de coeziune al suspensiilor floculate (namol retinut) aceasta caracterizeaza capacitatea de rezistenta la forfecare si depinde de doza de floculant si natura (minerala sau organica a suspensiilor)
Procesul de optimizare a filtrarii rapide a apei ia in considerate principiul un filtru va functiona optim cand va produce cea mai mare cantitate de apa intre doua spalari succesive aceasta se va realiza cand timpul in care se atinge pierderea de sarcina limita este egal cu timpul in care se calitatea apei filtrate se inrautateste la limita maxim acceptabila (Ti = T2) sau penetrarea impuritatilor in interiorul masei filtrante se va efectua cu aceeasi viteza cu care creste pierderea de sarcina Expresiile celor doua perioade au fost determinate de cercetatorii Richard si Croce-Spinelli
Tx = a bull σ - 0 9 5 bull k-075bull def-045bull h0
n95bull v -185 (316)
T l = b bull σ-075 k - 0 7 5 bull dlef
1 5 Δhr05 bull vF
-065 (317)
In care Ti - perioada in care turbiditatea apei filtrate atinge valoarea limita (1 NTU)
T2 - perioada in care se atinge pierderea de sarcina limita (15 - 18 m)
a b - coeficienti empirici (experimentali)
hn - grosime strat nisip
Δhr- viteza de crestere a pierderii de sarcina
INSPECTIA SANITARA SI MOMTORIZAREA CALITATII APEI
VF - viteza de filtrare
k - coeficient de coeziune al namolului
a - depozitul specific (volumul de suspensii raportat la volumul de material filtrant)
Se constata ca fiecare filtru poate conduce la un ciclu optim functie de calitatea nisipului grosimea stratului calitatea flocularii suspensiilor din apa influenta si viteza de filtrare
3103 Variatia pierderii de sarcina
Urmarirea pierderii de sarcina este importanta pentru ca poate pune in evidenta functionarea filtrului Operarea optima a unui filtru se realizeaza prin urmarirea in timp a variatiei pierderii de sarcina si turbiditatii Masurile pentru realizarea acestui optim sunt
53
bull reducerea vitezei - cele mai performante filtre lucreaza cu viteze de filtrare variabile astfel incat colmatarea stratului sa se realizeze fara socuri
bull adaugarea unui polimer (doze 01 - 02 mgl) in influent pentru a mari rezistenta particulelor floculate
bull imbunatatirea calitatii nisipului
Presiune (m col H20)
Figura 329 Estimarea pierderii de sarcina Tn
stratul filtrant
3104 Spalarea filtrelor
Se realizeaza in contra curent de apa si aer comprimat Elementele tehnice care intervin esential in obtinerea performantelor spalarii sunt
bull calitate drenaj - din punct de vedere al uniformitatii debitelor de apa si aer
bull colectarea uniforma a apei de la spalare
bull metoda de spalare care sa asigure eliminarea totala a suspensiilor retinute in strat cu resurse minime
bull drenaj de mare rezistenta hidraulica (cu placi cu crepine)
Se bazeaza pe principiul introducerii unei rezistente hidraulice de 15 - 20 cm coloana de apa (reducerea brusca de sectiune la intrarea apei in tija crepinei) care asigura uniformizarea intensitatilor de spalare pe suprafata cuvei (abateri de plusmn 3-5) In figura 330 se prezinta schema drenajului cu placi cu crepine
Se pun conditii severe din punct de vedere constructiv pentru realizarea drenajului
bull asigurarea etansarii perfecte
bull asigurarea cotei exacte si unice pentru pozitia orificiilor de aer
bull rezistenta cosurilor crepinelor
bull asigurarea formarii unui nivel de separatie apa - aer uniform si constant pe toata suprafata cuvei
Cele mai performante filtre din punct de vedere al spalarii sunt filtrele cu baleiaj la spalare (figura 331)
INSPECTIA SANITARA SI MOMTORIZAREA CALITATII APEI
55
55
in perioada de spalare a filtrului nivelul in cuva se afla la cota NS jgheaburile J nu mai deverseaza si prin orificiile de la baza jgheaburilor se creeaza un curent de baleiaj (1-2 dm3sm2) cu apa decantata care impinge suspensiile spre jgheabul de colectare Se reduc astfel timpii de spalare (cu 50) si intensitatile si volumele de apa de spalare
Prin curgerea ascendenta a aerului masa de nisip vibreaza si peliculele de namol se desprind de granule Curentul ascendent de apa le antreneaza Spalarea numai cu aer induce vibrarea masei de nisip si depunerea namolului in zona inferioara a stratului De aceea este contraindicata spalarea numai cu aer in faza 1
In general echipamentele pentru asigurarea debitelor apa de spalare se adopta un utilaj (pompa) in faza 1 si inca o pompa de acelasi tip pentru faza a Il-a
3105 Asigurarea repartitiei uniforme a influentului
Pentru asigurarea repartitiei uniforme a apei decantate se utilizeaza diverse sisteme Cel mai performant este sistemul cu deversori neinecati conform cu schema din figura 332
3106 Sistemele hidraulice
Sistemele hidraulice asigura deservirea statiei de filtre atat in procesul de filtrare cat si in procesul de spalare Acestea se vor dimensiona conform vitezelor economice prezentate in tabelul urmator
3107 Reglajului debitului si nivelului de apa in cuva
Pentru filtrele care functioneaza cu nivel constant si debit variabil este foarte important ca nivelul apei in filtru se fie mentinut pseudo-constant Aceasta se asigura cu diverse sisteme de plutitori (regulator de nivel amonte) care comanda vana de pe conducta de apa filtrata sau cu sisteme electronice si hidraulice conform figurii 333
Figura 333 Sistem de reglare electronic al nivelului apei Tn filtru
Legends 1 Strat filtrant 2 Vana apa filtrata 3 Parghie comanda vana 4 Electrovana de comanda 5 Regulator electronic 6 Senzor de presiune pentru nivel filtru 7 Senzor de presiune sub planseu 8 Potentiometru 9 Indicator de
colmatare 10 Alimentare cu fluid de comanda
313 Afin area apei
Procesul de afmare a apei este constituit din combinatia intre procesul de post-oxidare cu ozon a apei filtrate urmat de adsorbtie pe carbune activ granular
3131 Post-oxidarea cu ozon
Ozonul (O3) se obtine din aer sau oxigen supus la descarcari electrice printr-un dielectric In figura 334 se prezinta un element dintr-un ozonor
figura 334 Element tubular de ozonor
1 - Intrare gaz vector (aeroxigen) 2 3 - Electrozi 4 - Dielectric 5 - Spatiu de descarcare electrica 6 - Gaz vector +
ozon 7 - Apa racire
Diferentele de potential la care se lucreaza sunt cuprinse intre 6000 - 18000 V functie de natura si grosimea dielectricului marimea spatiului de descarcare si presiunea absoluta de functionare
Concentratiile de ozon in gazul vector obisnuite sunt
bull 10-40gm - in cazul utilizarii aerului
bull 10-140 gm3 - in cazul utilizarii oxigenului
Pentru a realiza concentratii optime si stabilitatea procesului se cere punct de roua -60degC -80degC
Energia specifics pentru productia de ozon
bull 13-18 kWhkg O3 - produs din aer
bull 8-10 kWhkg O3 - produs din oxigen
Actiunea O3 asupra apelor de consum se poate sintetiza
bull imbunatatirea calitatilor organoleptice (gust miros culoare)
bull activitate bactericide si virulicida
bull oxidarea materiilor organice
bull oxidare micro-poluanti
bull imbunatatirea biodegradabilitatii in amonte de CAG
3132 Adsorbtie pe carbune activ granular (CAG)
Carbunele activ se poate obtine din carbuni minieri sau din coaja de nuca de cocos Majoritatea carbunilor minieri pot fi convertiti in carbune activ insa proprietatile carbunelui activ depind esential de calitatea initiala a carbunilor in special in ceea ce priveste duritatea acestora in acest sens se utilizeaza adesea coaja nucilor de cocos pentru fabricarea carbunelui activ
Exista o multitudine de procese de fabricare a carbunelui activ insa eel mai dezvoltat este piroliza urmata de activarea cu gaze de oxidare Piroliza (carbonizarea) presupune incalzirea materialului la temperaturi intre 600 si 900 degC in absenta aerului Pentru obtinerea unei porozitati ridicate se pot utiliza adaosuri de cloruri metalice (de exemplu ZnCl) Piroliza poate reprezenta unicul pas de activare in cazul in care se doreste obtinerea unui material cu 0 porozitate ridicata
A doua etapa este cea de oxidare care se realizeaza de obicei cu abur sau uneori cu aer Temperaturile sunt uzuale in gama de 600 - 900 degC Pe parcursul acestei etape se realizeaza 0 erodare a suprafetei interne a carbunelui si dezvoltarea unei retele extensive de micropori care cresc capacitatea de adsorbtie
58
Printre proprietatile principale ale carbunelui activ se enumera continutul de cenusa umiditatea densitatea marimea particulelor duritatea volumul si distributia dupa marime a porilor suprafata interna
31321 Continutul in cenusa
Continutul in cenusa este reprezentat de reziduul obtinut prin calcinarea la temperatura de 954 degC timp de 3 ore in aer Uzual continutul de cenusa variaza intre 3 si 10 Pentru reducerea cantitatii de cenusa se poate utiliza spalarea cu acid
31322 Umiditatea
Umiditatea se determina prin uscarea in cuptor timp de 3 ore a unei cantitati de 5 sau 10 g de carbune activ la temperatura 150 degC Se determina greutatea inainte si dupa uscare si racire in exicator Umiditatea in vrac a carbunelui activ este recomandabil sa fie limitata la maxim 5
31323 Densitatea
Sunt mai multe tipuri de densitati printre care se mentioneaza densitatea in vrac densitatea aparenta densitatea particulei si densitatea reala Densitatea in vrac sau densitatea aparenta reprezinta greutatea carbunelui activ uscat raportata la volumul pe care acesta il ocupa Aceasta se determina prin umplerea unui cilindru cu volumul de 100 ml cu carbune prin cadere libera dintr-o masina vibratoare si cantarirea volumului respectiv Valorile uzuale sunt in gama 05 - 06 gml pentru carbune activ fabricat din carbune minier respectiv 024 - 030 mg1 pentru carbune activ fabricat din lemn
Densitatea particulei reprezinta densitatea unei particule singulare Volumul pe care se bazeaza include volumul porilor precum si volumul materialului Densitatea particulei se determina in mod uzual cu mercur la presiunea atmosferica (mercurul umple spatiile goale din particula de carbune activ dar nu umple porii) Valorile uzuale sunt in gama 074 - 080 gml
Densitatea reala sau densitatea scheletului este cea determinate numai pe materialul (carbunele) propriu-zis Pentru determinarea acesteia se utilizeaza uzual o metoda de inlocuire cu heliu (heliul intra practic in toti porii materialului) Valorile uzuale sunt in gama 21 - 22 gml
31324 Marimea particulelor
Aceasta se determina prin cernerea a 100 sau 200 g de carbune printr-un sistem de site mecanice timp de 10 minute dupa care se cantaresc retinerile pe fiecare sita in parte Carbunele activ pudra se incadreaza de obicei in domeniul 005 mm - 15 mm
31325 Friabilitatea
Capacitatea carbunelui activ de a rezista la abraziune este unul dintre parametrii cei mai importanti Procedura de determinare a friabilitatii carbunelui activ presupune determinarea granulozitatii acestora inainte si dupa testul propriu-zis care consta in concasarea succesiva a carbunelui intr-un recipient alaturi de bile de otel inoxidabil Valorile uzuale ale indicelui de friabilitate sunt 65 - 80 (practic 70 - 75) ceea ce atesta faptul ca materialul este foarte usor friabil si este necesar atentie la procedura de spalare
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATIIAPEI 59
31326 Volumul si distributia dupa marime a porilor
Volumul porilor reprezinta volumul total al porilor din particula de carbune activ granular raportat la greutate Valorile uzuale sunt de ordinul 08 - 12 mlg pentru carbune activ fabricat din carbuni minieri respectiv 22-25 mlg pentru carbune activ fabricat din lemn Volumul total al porilor poate fi determinat printr-un test de adsorbtie cu azot desfasurate astfel incat azotul condensat sa intre in totalitate in porii carbunelui
Carbunele activ confine o structura complexa de pori de forme si marimi diferite Porii au de obicei o geometrie neregulata si sunt interconectati Dimensiunile porilor sunt uzual intre 10 A si 100000 A (001 cm) Distributia dupa marime a porilor depinde de tipul de material utilizat si de metoda si de durata procesului de activare
31327 Suprafata internaSuprafata interna a materialelor poroase in general se determinS cu ecuatia BET stabilita de
Brunauer Emmett si Teller Ecuatia descrie formarea de strate multiple de gaz condensat care apar atunci cand un gaz adsorbabil (de exemplu azotul) este in contact cu materialul poros Intr-un astfel de test se utilizeaza azot la temperatura de fierbere si presiunea atmosferica (-196 degC sau 77 K)
Ecuatia BET (expresia 318) a fost derivata presupunand urmatoarelebull rata de condensare a moleculelor din primul strat este egala cu rata de evaporare a
moleculelor din zonele acoperite cu un singur strat de moleculebull caldura de adsorbtie peste primul strat este constants si egala cu caldura de lichefiere
qqm=b(PPS)(1-PPs)(1-PPS+bPPS) ( 3 1 8 )
In care Ps - presiunea de vaporizare la saturatie la temperatura utilizata in test uzual 1 atm
q - cantitatea de substanta adsorbita la presiunea P
qm - cantitatea de substanta adsorbita numai cand se constata acoperirea totala a suprafetei cu un strat monomolecular
b - constanta determinata experimental
In figura 336 se prezinta o relatie tipica intre marimea porilor si suprafata totala Suprafata cumulativa este data de insumarea suprafetelor tuturor porilor cu un diametru dat sau mai mare Se remarca faptul ca marea majoritate a suprafetei este atribuita porilor de mici dimensiuni
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI60
3133 Teste uzuale de adsorbtie
In practica se utilizeaza o serie intreaga de teste pentru a determina capacitatea de adsorbtie pentru diferite tipuri de carbune activ Printre acestea se mentioneaza
- Indicele Iod reprezinta cantitatea de iod in miligrame pe gram adsorbit de un carbune activ la echilibru cu o solutie I2-KI cu concentratia 002 N indicele iod indica suprafata totala a porilor cu diametru de 10 A sau mai mare valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 800 - 1000 mgg
Indicele Melasa reprezinta un indicator al puterii de decolorare a carbunelui activ granular in contact cu 0 solutie de melasa la fierbere indicele melasa este in stricta legatura cu suprafata totala a porilor cu diametrul mai mare de 28 A valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 200 - 300
- Indicele Albastru de Metilen reprezinta cantitatea de albastru de metilen adsorbita de 1 g de carbune activ la echilibru in contact cu o solutie cu concentratia 1 mg1 de albastru de metilen Albastrul de metilen are greutatea moleculara 320 si indica suprafata totala a porilor cu diametrul de 15 A
- Activitatea tetraclorurii de carbon tetraclorura de carbon CC14 este un compus molecular mic si poate intra in toti porii In acest test un curent de aer este saturat cu CCI4 la 0 degC si este trecut printr-un strat de carbune activ mentinut la 25 degC pana cand nu se mai detecteaza nici o schimbare in greutate Activitatea este greutatea CCI4 adsorbita pe unitatea de greutate de carbune activ exprimata procentual Valorile uzuale ale acestui indicator sunt in gama 60 -80
- Indicele butan este similar activitatii tetraclorurii de carbon valoarea acestuia este exprimata grame de butan adsorbite pe 100 ml carbune activ valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 7 - 8 g 100 ml carbune activ
- Indicele FINAD stabilit de cercetatorul C Gomella si reprezinta un produs al mai multor indici F - fenol I - iod N - indol A - antipirina D - detergent
316 Deferizarea si demanganizarea apei
Fierul (Fe) si manganul (Mn) sunt elemente care se gasesc frecvent in mediul subteran si in apa apar in concentratii pana la 10 mg1 (Fe) si 2 mg1 (Mn) Prezenta fierului si manganului in apele potabile pot genera urmatoarele probleme
bull produce gust metalic dezagreabil
bull coloreaza tesaturile si echipamentele sanitare
bull formeaza precipitate in conducte care favorizeaza dezvoltarea bacteriilor feruginoase (Chrenothrix) acestea modifica regimul hidraulic calitatea apei distribute si favorizeaza fenomenele de coroziune
3161 Echilibrul fierului si manganului in apa
Fierul si manganul sunt prezente dizolvate in solutiile apoase sub forma Fe2+si Mn2+ Concentratia in oxigen a apelor subterane care contin Fe si Mn este nula Din namolurile situate in
2+ ~
zona anaeroba din hipolimnion se elibereaza ioni de Fe2+ si Mnz+ in apele lacurilor In numeroase ape naturale se remarca prezenta Fe3+ asociata cu substantele humice Stabilitatea fierului si manganului in apa depinde de numeroase variabile
bull pH-ul apei
bull concentratia diferitelor elemente chimice
bull potentialul de oxido-reducere (Eh) al solutiei
In figura 341 se prezinta diagrama de stabilitate a formelor fierului in solutie in aceasta diagrama o curba (linie) reprezinta locul geometric pentru care concentratia celor doua substante este aceeasi De exemplu linia 1 reprezinta solutia pentru care O2 si H2O au aceeasi valoare Aria cuprinsa intre curbele 1 si 2 reprezinta aria de stabilitate a compusilor de Fe Chimia manganului este asemanatoare cu cea a Fe Astfel la pH si Eh reduse Fe si Mn sunt stabile in forme bivalente
bull reducerea vitezei - cele mai performante filtre lucreaza cu viteze de filtrare variabile astfel incat colmatarea stratului sa se realizeze fara socuri
bull adaugarea unui polimer (doze 01 - 02 mgl) in influent pentru a mari rezistenta particulelor floculate
bull imbunatatirea calitatii nisipului
Presiune (m col H20)
Figura 329 Estimarea pierderii de sarcina Tn
stratul filtrant
3104 Spalarea filtrelor
Se realizeaza in contra curent de apa si aer comprimat Elementele tehnice care intervin esential in obtinerea performantelor spalarii sunt
bull calitate drenaj - din punct de vedere al uniformitatii debitelor de apa si aer
bull colectarea uniforma a apei de la spalare
bull metoda de spalare care sa asigure eliminarea totala a suspensiilor retinute in strat cu resurse minime
bull drenaj de mare rezistenta hidraulica (cu placi cu crepine)
Se bazeaza pe principiul introducerii unei rezistente hidraulice de 15 - 20 cm coloana de apa (reducerea brusca de sectiune la intrarea apei in tija crepinei) care asigura uniformizarea intensitatilor de spalare pe suprafata cuvei (abateri de plusmn 3-5) In figura 330 se prezinta schema drenajului cu placi cu crepine
Se pun conditii severe din punct de vedere constructiv pentru realizarea drenajului
bull asigurarea etansarii perfecte
bull asigurarea cotei exacte si unice pentru pozitia orificiilor de aer
bull rezistenta cosurilor crepinelor
bull asigurarea formarii unui nivel de separatie apa - aer uniform si constant pe toata suprafata cuvei
Cele mai performante filtre din punct de vedere al spalarii sunt filtrele cu baleiaj la spalare (figura 331)
INSPECTIA SANITARA SI MOMTORIZAREA CALITATII APEI
55
55
in perioada de spalare a filtrului nivelul in cuva se afla la cota NS jgheaburile J nu mai deverseaza si prin orificiile de la baza jgheaburilor se creeaza un curent de baleiaj (1-2 dm3sm2) cu apa decantata care impinge suspensiile spre jgheabul de colectare Se reduc astfel timpii de spalare (cu 50) si intensitatile si volumele de apa de spalare
Prin curgerea ascendenta a aerului masa de nisip vibreaza si peliculele de namol se desprind de granule Curentul ascendent de apa le antreneaza Spalarea numai cu aer induce vibrarea masei de nisip si depunerea namolului in zona inferioara a stratului De aceea este contraindicata spalarea numai cu aer in faza 1
In general echipamentele pentru asigurarea debitelor apa de spalare se adopta un utilaj (pompa) in faza 1 si inca o pompa de acelasi tip pentru faza a Il-a
3105 Asigurarea repartitiei uniforme a influentului
Pentru asigurarea repartitiei uniforme a apei decantate se utilizeaza diverse sisteme Cel mai performant este sistemul cu deversori neinecati conform cu schema din figura 332
3106 Sistemele hidraulice
Sistemele hidraulice asigura deservirea statiei de filtre atat in procesul de filtrare cat si in procesul de spalare Acestea se vor dimensiona conform vitezelor economice prezentate in tabelul urmator
3107 Reglajului debitului si nivelului de apa in cuva
Pentru filtrele care functioneaza cu nivel constant si debit variabil este foarte important ca nivelul apei in filtru se fie mentinut pseudo-constant Aceasta se asigura cu diverse sisteme de plutitori (regulator de nivel amonte) care comanda vana de pe conducta de apa filtrata sau cu sisteme electronice si hidraulice conform figurii 333
Figura 333 Sistem de reglare electronic al nivelului apei Tn filtru
Legends 1 Strat filtrant 2 Vana apa filtrata 3 Parghie comanda vana 4 Electrovana de comanda 5 Regulator electronic 6 Senzor de presiune pentru nivel filtru 7 Senzor de presiune sub planseu 8 Potentiometru 9 Indicator de
colmatare 10 Alimentare cu fluid de comanda
313 Afin area apei
Procesul de afmare a apei este constituit din combinatia intre procesul de post-oxidare cu ozon a apei filtrate urmat de adsorbtie pe carbune activ granular
3131 Post-oxidarea cu ozon
Ozonul (O3) se obtine din aer sau oxigen supus la descarcari electrice printr-un dielectric In figura 334 se prezinta un element dintr-un ozonor
figura 334 Element tubular de ozonor
1 - Intrare gaz vector (aeroxigen) 2 3 - Electrozi 4 - Dielectric 5 - Spatiu de descarcare electrica 6 - Gaz vector +
ozon 7 - Apa racire
Diferentele de potential la care se lucreaza sunt cuprinse intre 6000 - 18000 V functie de natura si grosimea dielectricului marimea spatiului de descarcare si presiunea absoluta de functionare
Concentratiile de ozon in gazul vector obisnuite sunt
bull 10-40gm - in cazul utilizarii aerului
bull 10-140 gm3 - in cazul utilizarii oxigenului
Pentru a realiza concentratii optime si stabilitatea procesului se cere punct de roua -60degC -80degC
Energia specifics pentru productia de ozon
bull 13-18 kWhkg O3 - produs din aer
bull 8-10 kWhkg O3 - produs din oxigen
Actiunea O3 asupra apelor de consum se poate sintetiza
bull imbunatatirea calitatilor organoleptice (gust miros culoare)
bull activitate bactericide si virulicida
bull oxidarea materiilor organice
bull oxidare micro-poluanti
bull imbunatatirea biodegradabilitatii in amonte de CAG
3132 Adsorbtie pe carbune activ granular (CAG)
Carbunele activ se poate obtine din carbuni minieri sau din coaja de nuca de cocos Majoritatea carbunilor minieri pot fi convertiti in carbune activ insa proprietatile carbunelui activ depind esential de calitatea initiala a carbunilor in special in ceea ce priveste duritatea acestora in acest sens se utilizeaza adesea coaja nucilor de cocos pentru fabricarea carbunelui activ
Exista o multitudine de procese de fabricare a carbunelui activ insa eel mai dezvoltat este piroliza urmata de activarea cu gaze de oxidare Piroliza (carbonizarea) presupune incalzirea materialului la temperaturi intre 600 si 900 degC in absenta aerului Pentru obtinerea unei porozitati ridicate se pot utiliza adaosuri de cloruri metalice (de exemplu ZnCl) Piroliza poate reprezenta unicul pas de activare in cazul in care se doreste obtinerea unui material cu 0 porozitate ridicata
A doua etapa este cea de oxidare care se realizeaza de obicei cu abur sau uneori cu aer Temperaturile sunt uzuale in gama de 600 - 900 degC Pe parcursul acestei etape se realizeaza 0 erodare a suprafetei interne a carbunelui si dezvoltarea unei retele extensive de micropori care cresc capacitatea de adsorbtie
58
Printre proprietatile principale ale carbunelui activ se enumera continutul de cenusa umiditatea densitatea marimea particulelor duritatea volumul si distributia dupa marime a porilor suprafata interna
31321 Continutul in cenusa
Continutul in cenusa este reprezentat de reziduul obtinut prin calcinarea la temperatura de 954 degC timp de 3 ore in aer Uzual continutul de cenusa variaza intre 3 si 10 Pentru reducerea cantitatii de cenusa se poate utiliza spalarea cu acid
31322 Umiditatea
Umiditatea se determina prin uscarea in cuptor timp de 3 ore a unei cantitati de 5 sau 10 g de carbune activ la temperatura 150 degC Se determina greutatea inainte si dupa uscare si racire in exicator Umiditatea in vrac a carbunelui activ este recomandabil sa fie limitata la maxim 5
31323 Densitatea
Sunt mai multe tipuri de densitati printre care se mentioneaza densitatea in vrac densitatea aparenta densitatea particulei si densitatea reala Densitatea in vrac sau densitatea aparenta reprezinta greutatea carbunelui activ uscat raportata la volumul pe care acesta il ocupa Aceasta se determina prin umplerea unui cilindru cu volumul de 100 ml cu carbune prin cadere libera dintr-o masina vibratoare si cantarirea volumului respectiv Valorile uzuale sunt in gama 05 - 06 gml pentru carbune activ fabricat din carbune minier respectiv 024 - 030 mg1 pentru carbune activ fabricat din lemn
Densitatea particulei reprezinta densitatea unei particule singulare Volumul pe care se bazeaza include volumul porilor precum si volumul materialului Densitatea particulei se determina in mod uzual cu mercur la presiunea atmosferica (mercurul umple spatiile goale din particula de carbune activ dar nu umple porii) Valorile uzuale sunt in gama 074 - 080 gml
Densitatea reala sau densitatea scheletului este cea determinate numai pe materialul (carbunele) propriu-zis Pentru determinarea acesteia se utilizeaza uzual o metoda de inlocuire cu heliu (heliul intra practic in toti porii materialului) Valorile uzuale sunt in gama 21 - 22 gml
31324 Marimea particulelor
Aceasta se determina prin cernerea a 100 sau 200 g de carbune printr-un sistem de site mecanice timp de 10 minute dupa care se cantaresc retinerile pe fiecare sita in parte Carbunele activ pudra se incadreaza de obicei in domeniul 005 mm - 15 mm
31325 Friabilitatea
Capacitatea carbunelui activ de a rezista la abraziune este unul dintre parametrii cei mai importanti Procedura de determinare a friabilitatii carbunelui activ presupune determinarea granulozitatii acestora inainte si dupa testul propriu-zis care consta in concasarea succesiva a carbunelui intr-un recipient alaturi de bile de otel inoxidabil Valorile uzuale ale indicelui de friabilitate sunt 65 - 80 (practic 70 - 75) ceea ce atesta faptul ca materialul este foarte usor friabil si este necesar atentie la procedura de spalare
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATIIAPEI 59
31326 Volumul si distributia dupa marime a porilor
Volumul porilor reprezinta volumul total al porilor din particula de carbune activ granular raportat la greutate Valorile uzuale sunt de ordinul 08 - 12 mlg pentru carbune activ fabricat din carbuni minieri respectiv 22-25 mlg pentru carbune activ fabricat din lemn Volumul total al porilor poate fi determinat printr-un test de adsorbtie cu azot desfasurate astfel incat azotul condensat sa intre in totalitate in porii carbunelui
Carbunele activ confine o structura complexa de pori de forme si marimi diferite Porii au de obicei o geometrie neregulata si sunt interconectati Dimensiunile porilor sunt uzual intre 10 A si 100000 A (001 cm) Distributia dupa marime a porilor depinde de tipul de material utilizat si de metoda si de durata procesului de activare
31327 Suprafata internaSuprafata interna a materialelor poroase in general se determinS cu ecuatia BET stabilita de
Brunauer Emmett si Teller Ecuatia descrie formarea de strate multiple de gaz condensat care apar atunci cand un gaz adsorbabil (de exemplu azotul) este in contact cu materialul poros Intr-un astfel de test se utilizeaza azot la temperatura de fierbere si presiunea atmosferica (-196 degC sau 77 K)
Ecuatia BET (expresia 318) a fost derivata presupunand urmatoarelebull rata de condensare a moleculelor din primul strat este egala cu rata de evaporare a
moleculelor din zonele acoperite cu un singur strat de moleculebull caldura de adsorbtie peste primul strat este constants si egala cu caldura de lichefiere
qqm=b(PPS)(1-PPs)(1-PPS+bPPS) ( 3 1 8 )
In care Ps - presiunea de vaporizare la saturatie la temperatura utilizata in test uzual 1 atm
q - cantitatea de substanta adsorbita la presiunea P
qm - cantitatea de substanta adsorbita numai cand se constata acoperirea totala a suprafetei cu un strat monomolecular
b - constanta determinata experimental
In figura 336 se prezinta o relatie tipica intre marimea porilor si suprafata totala Suprafata cumulativa este data de insumarea suprafetelor tuturor porilor cu un diametru dat sau mai mare Se remarca faptul ca marea majoritate a suprafetei este atribuita porilor de mici dimensiuni
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI60
3133 Teste uzuale de adsorbtie
In practica se utilizeaza o serie intreaga de teste pentru a determina capacitatea de adsorbtie pentru diferite tipuri de carbune activ Printre acestea se mentioneaza
- Indicele Iod reprezinta cantitatea de iod in miligrame pe gram adsorbit de un carbune activ la echilibru cu o solutie I2-KI cu concentratia 002 N indicele iod indica suprafata totala a porilor cu diametru de 10 A sau mai mare valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 800 - 1000 mgg
Indicele Melasa reprezinta un indicator al puterii de decolorare a carbunelui activ granular in contact cu 0 solutie de melasa la fierbere indicele melasa este in stricta legatura cu suprafata totala a porilor cu diametrul mai mare de 28 A valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 200 - 300
- Indicele Albastru de Metilen reprezinta cantitatea de albastru de metilen adsorbita de 1 g de carbune activ la echilibru in contact cu o solutie cu concentratia 1 mg1 de albastru de metilen Albastrul de metilen are greutatea moleculara 320 si indica suprafata totala a porilor cu diametrul de 15 A
- Activitatea tetraclorurii de carbon tetraclorura de carbon CC14 este un compus molecular mic si poate intra in toti porii In acest test un curent de aer este saturat cu CCI4 la 0 degC si este trecut printr-un strat de carbune activ mentinut la 25 degC pana cand nu se mai detecteaza nici o schimbare in greutate Activitatea este greutatea CCI4 adsorbita pe unitatea de greutate de carbune activ exprimata procentual Valorile uzuale ale acestui indicator sunt in gama 60 -80
- Indicele butan este similar activitatii tetraclorurii de carbon valoarea acestuia este exprimata grame de butan adsorbite pe 100 ml carbune activ valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 7 - 8 g 100 ml carbune activ
- Indicele FINAD stabilit de cercetatorul C Gomella si reprezinta un produs al mai multor indici F - fenol I - iod N - indol A - antipirina D - detergent
316 Deferizarea si demanganizarea apei
Fierul (Fe) si manganul (Mn) sunt elemente care se gasesc frecvent in mediul subteran si in apa apar in concentratii pana la 10 mg1 (Fe) si 2 mg1 (Mn) Prezenta fierului si manganului in apele potabile pot genera urmatoarele probleme
bull produce gust metalic dezagreabil
bull coloreaza tesaturile si echipamentele sanitare
bull formeaza precipitate in conducte care favorizeaza dezvoltarea bacteriilor feruginoase (Chrenothrix) acestea modifica regimul hidraulic calitatea apei distribute si favorizeaza fenomenele de coroziune
3161 Echilibrul fierului si manganului in apa
Fierul si manganul sunt prezente dizolvate in solutiile apoase sub forma Fe2+si Mn2+ Concentratia in oxigen a apelor subterane care contin Fe si Mn este nula Din namolurile situate in
2+ ~
zona anaeroba din hipolimnion se elibereaza ioni de Fe2+ si Mnz+ in apele lacurilor In numeroase ape naturale se remarca prezenta Fe3+ asociata cu substantele humice Stabilitatea fierului si manganului in apa depinde de numeroase variabile
bull pH-ul apei
bull concentratia diferitelor elemente chimice
bull potentialul de oxido-reducere (Eh) al solutiei
In figura 341 se prezinta diagrama de stabilitate a formelor fierului in solutie in aceasta diagrama o curba (linie) reprezinta locul geometric pentru care concentratia celor doua substante este aceeasi De exemplu linia 1 reprezinta solutia pentru care O2 si H2O au aceeasi valoare Aria cuprinsa intre curbele 1 si 2 reprezinta aria de stabilitate a compusilor de Fe Chimia manganului este asemanatoare cu cea a Fe Astfel la pH si Eh reduse Fe si Mn sunt stabile in forme bivalente
Se bazeaza pe principiul introducerii unei rezistente hidraulice de 15 - 20 cm coloana de apa (reducerea brusca de sectiune la intrarea apei in tija crepinei) care asigura uniformizarea intensitatilor de spalare pe suprafata cuvei (abateri de plusmn 3-5) In figura 330 se prezinta schema drenajului cu placi cu crepine
Se pun conditii severe din punct de vedere constructiv pentru realizarea drenajului
bull asigurarea etansarii perfecte
bull asigurarea cotei exacte si unice pentru pozitia orificiilor de aer
bull rezistenta cosurilor crepinelor
bull asigurarea formarii unui nivel de separatie apa - aer uniform si constant pe toata suprafata cuvei
Cele mai performante filtre din punct de vedere al spalarii sunt filtrele cu baleiaj la spalare (figura 331)
INSPECTIA SANITARA SI MOMTORIZAREA CALITATII APEI
55
55
in perioada de spalare a filtrului nivelul in cuva se afla la cota NS jgheaburile J nu mai deverseaza si prin orificiile de la baza jgheaburilor se creeaza un curent de baleiaj (1-2 dm3sm2) cu apa decantata care impinge suspensiile spre jgheabul de colectare Se reduc astfel timpii de spalare (cu 50) si intensitatile si volumele de apa de spalare
Prin curgerea ascendenta a aerului masa de nisip vibreaza si peliculele de namol se desprind de granule Curentul ascendent de apa le antreneaza Spalarea numai cu aer induce vibrarea masei de nisip si depunerea namolului in zona inferioara a stratului De aceea este contraindicata spalarea numai cu aer in faza 1
In general echipamentele pentru asigurarea debitelor apa de spalare se adopta un utilaj (pompa) in faza 1 si inca o pompa de acelasi tip pentru faza a Il-a
3105 Asigurarea repartitiei uniforme a influentului
Pentru asigurarea repartitiei uniforme a apei decantate se utilizeaza diverse sisteme Cel mai performant este sistemul cu deversori neinecati conform cu schema din figura 332
3106 Sistemele hidraulice
Sistemele hidraulice asigura deservirea statiei de filtre atat in procesul de filtrare cat si in procesul de spalare Acestea se vor dimensiona conform vitezelor economice prezentate in tabelul urmator
3107 Reglajului debitului si nivelului de apa in cuva
Pentru filtrele care functioneaza cu nivel constant si debit variabil este foarte important ca nivelul apei in filtru se fie mentinut pseudo-constant Aceasta se asigura cu diverse sisteme de plutitori (regulator de nivel amonte) care comanda vana de pe conducta de apa filtrata sau cu sisteme electronice si hidraulice conform figurii 333
Figura 333 Sistem de reglare electronic al nivelului apei Tn filtru
Legends 1 Strat filtrant 2 Vana apa filtrata 3 Parghie comanda vana 4 Electrovana de comanda 5 Regulator electronic 6 Senzor de presiune pentru nivel filtru 7 Senzor de presiune sub planseu 8 Potentiometru 9 Indicator de
colmatare 10 Alimentare cu fluid de comanda
313 Afin area apei
Procesul de afmare a apei este constituit din combinatia intre procesul de post-oxidare cu ozon a apei filtrate urmat de adsorbtie pe carbune activ granular
3131 Post-oxidarea cu ozon
Ozonul (O3) se obtine din aer sau oxigen supus la descarcari electrice printr-un dielectric In figura 334 se prezinta un element dintr-un ozonor
figura 334 Element tubular de ozonor
1 - Intrare gaz vector (aeroxigen) 2 3 - Electrozi 4 - Dielectric 5 - Spatiu de descarcare electrica 6 - Gaz vector +
ozon 7 - Apa racire
Diferentele de potential la care se lucreaza sunt cuprinse intre 6000 - 18000 V functie de natura si grosimea dielectricului marimea spatiului de descarcare si presiunea absoluta de functionare
Concentratiile de ozon in gazul vector obisnuite sunt
bull 10-40gm - in cazul utilizarii aerului
bull 10-140 gm3 - in cazul utilizarii oxigenului
Pentru a realiza concentratii optime si stabilitatea procesului se cere punct de roua -60degC -80degC
Energia specifics pentru productia de ozon
bull 13-18 kWhkg O3 - produs din aer
bull 8-10 kWhkg O3 - produs din oxigen
Actiunea O3 asupra apelor de consum se poate sintetiza
bull imbunatatirea calitatilor organoleptice (gust miros culoare)
bull activitate bactericide si virulicida
bull oxidarea materiilor organice
bull oxidare micro-poluanti
bull imbunatatirea biodegradabilitatii in amonte de CAG
3132 Adsorbtie pe carbune activ granular (CAG)
Carbunele activ se poate obtine din carbuni minieri sau din coaja de nuca de cocos Majoritatea carbunilor minieri pot fi convertiti in carbune activ insa proprietatile carbunelui activ depind esential de calitatea initiala a carbunilor in special in ceea ce priveste duritatea acestora in acest sens se utilizeaza adesea coaja nucilor de cocos pentru fabricarea carbunelui activ
Exista o multitudine de procese de fabricare a carbunelui activ insa eel mai dezvoltat este piroliza urmata de activarea cu gaze de oxidare Piroliza (carbonizarea) presupune incalzirea materialului la temperaturi intre 600 si 900 degC in absenta aerului Pentru obtinerea unei porozitati ridicate se pot utiliza adaosuri de cloruri metalice (de exemplu ZnCl) Piroliza poate reprezenta unicul pas de activare in cazul in care se doreste obtinerea unui material cu 0 porozitate ridicata
A doua etapa este cea de oxidare care se realizeaza de obicei cu abur sau uneori cu aer Temperaturile sunt uzuale in gama de 600 - 900 degC Pe parcursul acestei etape se realizeaza 0 erodare a suprafetei interne a carbunelui si dezvoltarea unei retele extensive de micropori care cresc capacitatea de adsorbtie
58
Printre proprietatile principale ale carbunelui activ se enumera continutul de cenusa umiditatea densitatea marimea particulelor duritatea volumul si distributia dupa marime a porilor suprafata interna
31321 Continutul in cenusa
Continutul in cenusa este reprezentat de reziduul obtinut prin calcinarea la temperatura de 954 degC timp de 3 ore in aer Uzual continutul de cenusa variaza intre 3 si 10 Pentru reducerea cantitatii de cenusa se poate utiliza spalarea cu acid
31322 Umiditatea
Umiditatea se determina prin uscarea in cuptor timp de 3 ore a unei cantitati de 5 sau 10 g de carbune activ la temperatura 150 degC Se determina greutatea inainte si dupa uscare si racire in exicator Umiditatea in vrac a carbunelui activ este recomandabil sa fie limitata la maxim 5
31323 Densitatea
Sunt mai multe tipuri de densitati printre care se mentioneaza densitatea in vrac densitatea aparenta densitatea particulei si densitatea reala Densitatea in vrac sau densitatea aparenta reprezinta greutatea carbunelui activ uscat raportata la volumul pe care acesta il ocupa Aceasta se determina prin umplerea unui cilindru cu volumul de 100 ml cu carbune prin cadere libera dintr-o masina vibratoare si cantarirea volumului respectiv Valorile uzuale sunt in gama 05 - 06 gml pentru carbune activ fabricat din carbune minier respectiv 024 - 030 mg1 pentru carbune activ fabricat din lemn
Densitatea particulei reprezinta densitatea unei particule singulare Volumul pe care se bazeaza include volumul porilor precum si volumul materialului Densitatea particulei se determina in mod uzual cu mercur la presiunea atmosferica (mercurul umple spatiile goale din particula de carbune activ dar nu umple porii) Valorile uzuale sunt in gama 074 - 080 gml
Densitatea reala sau densitatea scheletului este cea determinate numai pe materialul (carbunele) propriu-zis Pentru determinarea acesteia se utilizeaza uzual o metoda de inlocuire cu heliu (heliul intra practic in toti porii materialului) Valorile uzuale sunt in gama 21 - 22 gml
31324 Marimea particulelor
Aceasta se determina prin cernerea a 100 sau 200 g de carbune printr-un sistem de site mecanice timp de 10 minute dupa care se cantaresc retinerile pe fiecare sita in parte Carbunele activ pudra se incadreaza de obicei in domeniul 005 mm - 15 mm
31325 Friabilitatea
Capacitatea carbunelui activ de a rezista la abraziune este unul dintre parametrii cei mai importanti Procedura de determinare a friabilitatii carbunelui activ presupune determinarea granulozitatii acestora inainte si dupa testul propriu-zis care consta in concasarea succesiva a carbunelui intr-un recipient alaturi de bile de otel inoxidabil Valorile uzuale ale indicelui de friabilitate sunt 65 - 80 (practic 70 - 75) ceea ce atesta faptul ca materialul este foarte usor friabil si este necesar atentie la procedura de spalare
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATIIAPEI 59
31326 Volumul si distributia dupa marime a porilor
Volumul porilor reprezinta volumul total al porilor din particula de carbune activ granular raportat la greutate Valorile uzuale sunt de ordinul 08 - 12 mlg pentru carbune activ fabricat din carbuni minieri respectiv 22-25 mlg pentru carbune activ fabricat din lemn Volumul total al porilor poate fi determinat printr-un test de adsorbtie cu azot desfasurate astfel incat azotul condensat sa intre in totalitate in porii carbunelui
Carbunele activ confine o structura complexa de pori de forme si marimi diferite Porii au de obicei o geometrie neregulata si sunt interconectati Dimensiunile porilor sunt uzual intre 10 A si 100000 A (001 cm) Distributia dupa marime a porilor depinde de tipul de material utilizat si de metoda si de durata procesului de activare
31327 Suprafata internaSuprafata interna a materialelor poroase in general se determinS cu ecuatia BET stabilita de
Brunauer Emmett si Teller Ecuatia descrie formarea de strate multiple de gaz condensat care apar atunci cand un gaz adsorbabil (de exemplu azotul) este in contact cu materialul poros Intr-un astfel de test se utilizeaza azot la temperatura de fierbere si presiunea atmosferica (-196 degC sau 77 K)
Ecuatia BET (expresia 318) a fost derivata presupunand urmatoarelebull rata de condensare a moleculelor din primul strat este egala cu rata de evaporare a
moleculelor din zonele acoperite cu un singur strat de moleculebull caldura de adsorbtie peste primul strat este constants si egala cu caldura de lichefiere
qqm=b(PPS)(1-PPs)(1-PPS+bPPS) ( 3 1 8 )
In care Ps - presiunea de vaporizare la saturatie la temperatura utilizata in test uzual 1 atm
q - cantitatea de substanta adsorbita la presiunea P
qm - cantitatea de substanta adsorbita numai cand se constata acoperirea totala a suprafetei cu un strat monomolecular
b - constanta determinata experimental
In figura 336 se prezinta o relatie tipica intre marimea porilor si suprafata totala Suprafata cumulativa este data de insumarea suprafetelor tuturor porilor cu un diametru dat sau mai mare Se remarca faptul ca marea majoritate a suprafetei este atribuita porilor de mici dimensiuni
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI60
3133 Teste uzuale de adsorbtie
In practica se utilizeaza o serie intreaga de teste pentru a determina capacitatea de adsorbtie pentru diferite tipuri de carbune activ Printre acestea se mentioneaza
- Indicele Iod reprezinta cantitatea de iod in miligrame pe gram adsorbit de un carbune activ la echilibru cu o solutie I2-KI cu concentratia 002 N indicele iod indica suprafata totala a porilor cu diametru de 10 A sau mai mare valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 800 - 1000 mgg
Indicele Melasa reprezinta un indicator al puterii de decolorare a carbunelui activ granular in contact cu 0 solutie de melasa la fierbere indicele melasa este in stricta legatura cu suprafata totala a porilor cu diametrul mai mare de 28 A valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 200 - 300
- Indicele Albastru de Metilen reprezinta cantitatea de albastru de metilen adsorbita de 1 g de carbune activ la echilibru in contact cu o solutie cu concentratia 1 mg1 de albastru de metilen Albastrul de metilen are greutatea moleculara 320 si indica suprafata totala a porilor cu diametrul de 15 A
- Activitatea tetraclorurii de carbon tetraclorura de carbon CC14 este un compus molecular mic si poate intra in toti porii In acest test un curent de aer este saturat cu CCI4 la 0 degC si este trecut printr-un strat de carbune activ mentinut la 25 degC pana cand nu se mai detecteaza nici o schimbare in greutate Activitatea este greutatea CCI4 adsorbita pe unitatea de greutate de carbune activ exprimata procentual Valorile uzuale ale acestui indicator sunt in gama 60 -80
- Indicele butan este similar activitatii tetraclorurii de carbon valoarea acestuia este exprimata grame de butan adsorbite pe 100 ml carbune activ valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 7 - 8 g 100 ml carbune activ
- Indicele FINAD stabilit de cercetatorul C Gomella si reprezinta un produs al mai multor indici F - fenol I - iod N - indol A - antipirina D - detergent
316 Deferizarea si demanganizarea apei
Fierul (Fe) si manganul (Mn) sunt elemente care se gasesc frecvent in mediul subteran si in apa apar in concentratii pana la 10 mg1 (Fe) si 2 mg1 (Mn) Prezenta fierului si manganului in apele potabile pot genera urmatoarele probleme
bull produce gust metalic dezagreabil
bull coloreaza tesaturile si echipamentele sanitare
bull formeaza precipitate in conducte care favorizeaza dezvoltarea bacteriilor feruginoase (Chrenothrix) acestea modifica regimul hidraulic calitatea apei distribute si favorizeaza fenomenele de coroziune
3161 Echilibrul fierului si manganului in apa
Fierul si manganul sunt prezente dizolvate in solutiile apoase sub forma Fe2+si Mn2+ Concentratia in oxigen a apelor subterane care contin Fe si Mn este nula Din namolurile situate in
2+ ~
zona anaeroba din hipolimnion se elibereaza ioni de Fe2+ si Mnz+ in apele lacurilor In numeroase ape naturale se remarca prezenta Fe3+ asociata cu substantele humice Stabilitatea fierului si manganului in apa depinde de numeroase variabile
bull pH-ul apei
bull concentratia diferitelor elemente chimice
bull potentialul de oxido-reducere (Eh) al solutiei
In figura 341 se prezinta diagrama de stabilitate a formelor fierului in solutie in aceasta diagrama o curba (linie) reprezinta locul geometric pentru care concentratia celor doua substante este aceeasi De exemplu linia 1 reprezinta solutia pentru care O2 si H2O au aceeasi valoare Aria cuprinsa intre curbele 1 si 2 reprezinta aria de stabilitate a compusilor de Fe Chimia manganului este asemanatoare cu cea a Fe Astfel la pH si Eh reduse Fe si Mn sunt stabile in forme bivalente
in perioada de spalare a filtrului nivelul in cuva se afla la cota NS jgheaburile J nu mai deverseaza si prin orificiile de la baza jgheaburilor se creeaza un curent de baleiaj (1-2 dm3sm2) cu apa decantata care impinge suspensiile spre jgheabul de colectare Se reduc astfel timpii de spalare (cu 50) si intensitatile si volumele de apa de spalare
Prin curgerea ascendenta a aerului masa de nisip vibreaza si peliculele de namol se desprind de granule Curentul ascendent de apa le antreneaza Spalarea numai cu aer induce vibrarea masei de nisip si depunerea namolului in zona inferioara a stratului De aceea este contraindicata spalarea numai cu aer in faza 1
In general echipamentele pentru asigurarea debitelor apa de spalare se adopta un utilaj (pompa) in faza 1 si inca o pompa de acelasi tip pentru faza a Il-a
3105 Asigurarea repartitiei uniforme a influentului
Pentru asigurarea repartitiei uniforme a apei decantate se utilizeaza diverse sisteme Cel mai performant este sistemul cu deversori neinecati conform cu schema din figura 332
3106 Sistemele hidraulice
Sistemele hidraulice asigura deservirea statiei de filtre atat in procesul de filtrare cat si in procesul de spalare Acestea se vor dimensiona conform vitezelor economice prezentate in tabelul urmator
3107 Reglajului debitului si nivelului de apa in cuva
Pentru filtrele care functioneaza cu nivel constant si debit variabil este foarte important ca nivelul apei in filtru se fie mentinut pseudo-constant Aceasta se asigura cu diverse sisteme de plutitori (regulator de nivel amonte) care comanda vana de pe conducta de apa filtrata sau cu sisteme electronice si hidraulice conform figurii 333
Figura 333 Sistem de reglare electronic al nivelului apei Tn filtru
Legends 1 Strat filtrant 2 Vana apa filtrata 3 Parghie comanda vana 4 Electrovana de comanda 5 Regulator electronic 6 Senzor de presiune pentru nivel filtru 7 Senzor de presiune sub planseu 8 Potentiometru 9 Indicator de
colmatare 10 Alimentare cu fluid de comanda
313 Afin area apei
Procesul de afmare a apei este constituit din combinatia intre procesul de post-oxidare cu ozon a apei filtrate urmat de adsorbtie pe carbune activ granular
3131 Post-oxidarea cu ozon
Ozonul (O3) se obtine din aer sau oxigen supus la descarcari electrice printr-un dielectric In figura 334 se prezinta un element dintr-un ozonor
figura 334 Element tubular de ozonor
1 - Intrare gaz vector (aeroxigen) 2 3 - Electrozi 4 - Dielectric 5 - Spatiu de descarcare electrica 6 - Gaz vector +
ozon 7 - Apa racire
Diferentele de potential la care se lucreaza sunt cuprinse intre 6000 - 18000 V functie de natura si grosimea dielectricului marimea spatiului de descarcare si presiunea absoluta de functionare
Concentratiile de ozon in gazul vector obisnuite sunt
bull 10-40gm - in cazul utilizarii aerului
bull 10-140 gm3 - in cazul utilizarii oxigenului
Pentru a realiza concentratii optime si stabilitatea procesului se cere punct de roua -60degC -80degC
Energia specifics pentru productia de ozon
bull 13-18 kWhkg O3 - produs din aer
bull 8-10 kWhkg O3 - produs din oxigen
Actiunea O3 asupra apelor de consum se poate sintetiza
bull imbunatatirea calitatilor organoleptice (gust miros culoare)
bull activitate bactericide si virulicida
bull oxidarea materiilor organice
bull oxidare micro-poluanti
bull imbunatatirea biodegradabilitatii in amonte de CAG
3132 Adsorbtie pe carbune activ granular (CAG)
Carbunele activ se poate obtine din carbuni minieri sau din coaja de nuca de cocos Majoritatea carbunilor minieri pot fi convertiti in carbune activ insa proprietatile carbunelui activ depind esential de calitatea initiala a carbunilor in special in ceea ce priveste duritatea acestora in acest sens se utilizeaza adesea coaja nucilor de cocos pentru fabricarea carbunelui activ
Exista o multitudine de procese de fabricare a carbunelui activ insa eel mai dezvoltat este piroliza urmata de activarea cu gaze de oxidare Piroliza (carbonizarea) presupune incalzirea materialului la temperaturi intre 600 si 900 degC in absenta aerului Pentru obtinerea unei porozitati ridicate se pot utiliza adaosuri de cloruri metalice (de exemplu ZnCl) Piroliza poate reprezenta unicul pas de activare in cazul in care se doreste obtinerea unui material cu 0 porozitate ridicata
A doua etapa este cea de oxidare care se realizeaza de obicei cu abur sau uneori cu aer Temperaturile sunt uzuale in gama de 600 - 900 degC Pe parcursul acestei etape se realizeaza 0 erodare a suprafetei interne a carbunelui si dezvoltarea unei retele extensive de micropori care cresc capacitatea de adsorbtie
58
Printre proprietatile principale ale carbunelui activ se enumera continutul de cenusa umiditatea densitatea marimea particulelor duritatea volumul si distributia dupa marime a porilor suprafata interna
31321 Continutul in cenusa
Continutul in cenusa este reprezentat de reziduul obtinut prin calcinarea la temperatura de 954 degC timp de 3 ore in aer Uzual continutul de cenusa variaza intre 3 si 10 Pentru reducerea cantitatii de cenusa se poate utiliza spalarea cu acid
31322 Umiditatea
Umiditatea se determina prin uscarea in cuptor timp de 3 ore a unei cantitati de 5 sau 10 g de carbune activ la temperatura 150 degC Se determina greutatea inainte si dupa uscare si racire in exicator Umiditatea in vrac a carbunelui activ este recomandabil sa fie limitata la maxim 5
31323 Densitatea
Sunt mai multe tipuri de densitati printre care se mentioneaza densitatea in vrac densitatea aparenta densitatea particulei si densitatea reala Densitatea in vrac sau densitatea aparenta reprezinta greutatea carbunelui activ uscat raportata la volumul pe care acesta il ocupa Aceasta se determina prin umplerea unui cilindru cu volumul de 100 ml cu carbune prin cadere libera dintr-o masina vibratoare si cantarirea volumului respectiv Valorile uzuale sunt in gama 05 - 06 gml pentru carbune activ fabricat din carbune minier respectiv 024 - 030 mg1 pentru carbune activ fabricat din lemn
Densitatea particulei reprezinta densitatea unei particule singulare Volumul pe care se bazeaza include volumul porilor precum si volumul materialului Densitatea particulei se determina in mod uzual cu mercur la presiunea atmosferica (mercurul umple spatiile goale din particula de carbune activ dar nu umple porii) Valorile uzuale sunt in gama 074 - 080 gml
Densitatea reala sau densitatea scheletului este cea determinate numai pe materialul (carbunele) propriu-zis Pentru determinarea acesteia se utilizeaza uzual o metoda de inlocuire cu heliu (heliul intra practic in toti porii materialului) Valorile uzuale sunt in gama 21 - 22 gml
31324 Marimea particulelor
Aceasta se determina prin cernerea a 100 sau 200 g de carbune printr-un sistem de site mecanice timp de 10 minute dupa care se cantaresc retinerile pe fiecare sita in parte Carbunele activ pudra se incadreaza de obicei in domeniul 005 mm - 15 mm
31325 Friabilitatea
Capacitatea carbunelui activ de a rezista la abraziune este unul dintre parametrii cei mai importanti Procedura de determinare a friabilitatii carbunelui activ presupune determinarea granulozitatii acestora inainte si dupa testul propriu-zis care consta in concasarea succesiva a carbunelui intr-un recipient alaturi de bile de otel inoxidabil Valorile uzuale ale indicelui de friabilitate sunt 65 - 80 (practic 70 - 75) ceea ce atesta faptul ca materialul este foarte usor friabil si este necesar atentie la procedura de spalare
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATIIAPEI 59
31326 Volumul si distributia dupa marime a porilor
Volumul porilor reprezinta volumul total al porilor din particula de carbune activ granular raportat la greutate Valorile uzuale sunt de ordinul 08 - 12 mlg pentru carbune activ fabricat din carbuni minieri respectiv 22-25 mlg pentru carbune activ fabricat din lemn Volumul total al porilor poate fi determinat printr-un test de adsorbtie cu azot desfasurate astfel incat azotul condensat sa intre in totalitate in porii carbunelui
Carbunele activ confine o structura complexa de pori de forme si marimi diferite Porii au de obicei o geometrie neregulata si sunt interconectati Dimensiunile porilor sunt uzual intre 10 A si 100000 A (001 cm) Distributia dupa marime a porilor depinde de tipul de material utilizat si de metoda si de durata procesului de activare
31327 Suprafata internaSuprafata interna a materialelor poroase in general se determinS cu ecuatia BET stabilita de
Brunauer Emmett si Teller Ecuatia descrie formarea de strate multiple de gaz condensat care apar atunci cand un gaz adsorbabil (de exemplu azotul) este in contact cu materialul poros Intr-un astfel de test se utilizeaza azot la temperatura de fierbere si presiunea atmosferica (-196 degC sau 77 K)
Ecuatia BET (expresia 318) a fost derivata presupunand urmatoarelebull rata de condensare a moleculelor din primul strat este egala cu rata de evaporare a
moleculelor din zonele acoperite cu un singur strat de moleculebull caldura de adsorbtie peste primul strat este constants si egala cu caldura de lichefiere
qqm=b(PPS)(1-PPs)(1-PPS+bPPS) ( 3 1 8 )
In care Ps - presiunea de vaporizare la saturatie la temperatura utilizata in test uzual 1 atm
q - cantitatea de substanta adsorbita la presiunea P
qm - cantitatea de substanta adsorbita numai cand se constata acoperirea totala a suprafetei cu un strat monomolecular
b - constanta determinata experimental
In figura 336 se prezinta o relatie tipica intre marimea porilor si suprafata totala Suprafata cumulativa este data de insumarea suprafetelor tuturor porilor cu un diametru dat sau mai mare Se remarca faptul ca marea majoritate a suprafetei este atribuita porilor de mici dimensiuni
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI60
3133 Teste uzuale de adsorbtie
In practica se utilizeaza o serie intreaga de teste pentru a determina capacitatea de adsorbtie pentru diferite tipuri de carbune activ Printre acestea se mentioneaza
- Indicele Iod reprezinta cantitatea de iod in miligrame pe gram adsorbit de un carbune activ la echilibru cu o solutie I2-KI cu concentratia 002 N indicele iod indica suprafata totala a porilor cu diametru de 10 A sau mai mare valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 800 - 1000 mgg
Indicele Melasa reprezinta un indicator al puterii de decolorare a carbunelui activ granular in contact cu 0 solutie de melasa la fierbere indicele melasa este in stricta legatura cu suprafata totala a porilor cu diametrul mai mare de 28 A valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 200 - 300
- Indicele Albastru de Metilen reprezinta cantitatea de albastru de metilen adsorbita de 1 g de carbune activ la echilibru in contact cu o solutie cu concentratia 1 mg1 de albastru de metilen Albastrul de metilen are greutatea moleculara 320 si indica suprafata totala a porilor cu diametrul de 15 A
- Activitatea tetraclorurii de carbon tetraclorura de carbon CC14 este un compus molecular mic si poate intra in toti porii In acest test un curent de aer este saturat cu CCI4 la 0 degC si este trecut printr-un strat de carbune activ mentinut la 25 degC pana cand nu se mai detecteaza nici o schimbare in greutate Activitatea este greutatea CCI4 adsorbita pe unitatea de greutate de carbune activ exprimata procentual Valorile uzuale ale acestui indicator sunt in gama 60 -80
- Indicele butan este similar activitatii tetraclorurii de carbon valoarea acestuia este exprimata grame de butan adsorbite pe 100 ml carbune activ valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 7 - 8 g 100 ml carbune activ
- Indicele FINAD stabilit de cercetatorul C Gomella si reprezinta un produs al mai multor indici F - fenol I - iod N - indol A - antipirina D - detergent
316 Deferizarea si demanganizarea apei
Fierul (Fe) si manganul (Mn) sunt elemente care se gasesc frecvent in mediul subteran si in apa apar in concentratii pana la 10 mg1 (Fe) si 2 mg1 (Mn) Prezenta fierului si manganului in apele potabile pot genera urmatoarele probleme
bull produce gust metalic dezagreabil
bull coloreaza tesaturile si echipamentele sanitare
bull formeaza precipitate in conducte care favorizeaza dezvoltarea bacteriilor feruginoase (Chrenothrix) acestea modifica regimul hidraulic calitatea apei distribute si favorizeaza fenomenele de coroziune
3161 Echilibrul fierului si manganului in apa
Fierul si manganul sunt prezente dizolvate in solutiile apoase sub forma Fe2+si Mn2+ Concentratia in oxigen a apelor subterane care contin Fe si Mn este nula Din namolurile situate in
2+ ~
zona anaeroba din hipolimnion se elibereaza ioni de Fe2+ si Mnz+ in apele lacurilor In numeroase ape naturale se remarca prezenta Fe3+ asociata cu substantele humice Stabilitatea fierului si manganului in apa depinde de numeroase variabile
bull pH-ul apei
bull concentratia diferitelor elemente chimice
bull potentialul de oxido-reducere (Eh) al solutiei
In figura 341 se prezinta diagrama de stabilitate a formelor fierului in solutie in aceasta diagrama o curba (linie) reprezinta locul geometric pentru care concentratia celor doua substante este aceeasi De exemplu linia 1 reprezinta solutia pentru care O2 si H2O au aceeasi valoare Aria cuprinsa intre curbele 1 si 2 reprezinta aria de stabilitate a compusilor de Fe Chimia manganului este asemanatoare cu cea a Fe Astfel la pH si Eh reduse Fe si Mn sunt stabile in forme bivalente
Figura 333 Sistem de reglare electronic al nivelului apei Tn filtru
Legends 1 Strat filtrant 2 Vana apa filtrata 3 Parghie comanda vana 4 Electrovana de comanda 5 Regulator electronic 6 Senzor de presiune pentru nivel filtru 7 Senzor de presiune sub planseu 8 Potentiometru 9 Indicator de
colmatare 10 Alimentare cu fluid de comanda
313 Afin area apei
Procesul de afmare a apei este constituit din combinatia intre procesul de post-oxidare cu ozon a apei filtrate urmat de adsorbtie pe carbune activ granular
3131 Post-oxidarea cu ozon
Ozonul (O3) se obtine din aer sau oxigen supus la descarcari electrice printr-un dielectric In figura 334 se prezinta un element dintr-un ozonor
figura 334 Element tubular de ozonor
1 - Intrare gaz vector (aeroxigen) 2 3 - Electrozi 4 - Dielectric 5 - Spatiu de descarcare electrica 6 - Gaz vector +
ozon 7 - Apa racire
Diferentele de potential la care se lucreaza sunt cuprinse intre 6000 - 18000 V functie de natura si grosimea dielectricului marimea spatiului de descarcare si presiunea absoluta de functionare
Concentratiile de ozon in gazul vector obisnuite sunt
bull 10-40gm - in cazul utilizarii aerului
bull 10-140 gm3 - in cazul utilizarii oxigenului
Pentru a realiza concentratii optime si stabilitatea procesului se cere punct de roua -60degC -80degC
Energia specifics pentru productia de ozon
bull 13-18 kWhkg O3 - produs din aer
bull 8-10 kWhkg O3 - produs din oxigen
Actiunea O3 asupra apelor de consum se poate sintetiza
bull imbunatatirea calitatilor organoleptice (gust miros culoare)
bull activitate bactericide si virulicida
bull oxidarea materiilor organice
bull oxidare micro-poluanti
bull imbunatatirea biodegradabilitatii in amonte de CAG
3132 Adsorbtie pe carbune activ granular (CAG)
Carbunele activ se poate obtine din carbuni minieri sau din coaja de nuca de cocos Majoritatea carbunilor minieri pot fi convertiti in carbune activ insa proprietatile carbunelui activ depind esential de calitatea initiala a carbunilor in special in ceea ce priveste duritatea acestora in acest sens se utilizeaza adesea coaja nucilor de cocos pentru fabricarea carbunelui activ
Exista o multitudine de procese de fabricare a carbunelui activ insa eel mai dezvoltat este piroliza urmata de activarea cu gaze de oxidare Piroliza (carbonizarea) presupune incalzirea materialului la temperaturi intre 600 si 900 degC in absenta aerului Pentru obtinerea unei porozitati ridicate se pot utiliza adaosuri de cloruri metalice (de exemplu ZnCl) Piroliza poate reprezenta unicul pas de activare in cazul in care se doreste obtinerea unui material cu 0 porozitate ridicata
A doua etapa este cea de oxidare care se realizeaza de obicei cu abur sau uneori cu aer Temperaturile sunt uzuale in gama de 600 - 900 degC Pe parcursul acestei etape se realizeaza 0 erodare a suprafetei interne a carbunelui si dezvoltarea unei retele extensive de micropori care cresc capacitatea de adsorbtie
58
Printre proprietatile principale ale carbunelui activ se enumera continutul de cenusa umiditatea densitatea marimea particulelor duritatea volumul si distributia dupa marime a porilor suprafata interna
31321 Continutul in cenusa
Continutul in cenusa este reprezentat de reziduul obtinut prin calcinarea la temperatura de 954 degC timp de 3 ore in aer Uzual continutul de cenusa variaza intre 3 si 10 Pentru reducerea cantitatii de cenusa se poate utiliza spalarea cu acid
31322 Umiditatea
Umiditatea se determina prin uscarea in cuptor timp de 3 ore a unei cantitati de 5 sau 10 g de carbune activ la temperatura 150 degC Se determina greutatea inainte si dupa uscare si racire in exicator Umiditatea in vrac a carbunelui activ este recomandabil sa fie limitata la maxim 5
31323 Densitatea
Sunt mai multe tipuri de densitati printre care se mentioneaza densitatea in vrac densitatea aparenta densitatea particulei si densitatea reala Densitatea in vrac sau densitatea aparenta reprezinta greutatea carbunelui activ uscat raportata la volumul pe care acesta il ocupa Aceasta se determina prin umplerea unui cilindru cu volumul de 100 ml cu carbune prin cadere libera dintr-o masina vibratoare si cantarirea volumului respectiv Valorile uzuale sunt in gama 05 - 06 gml pentru carbune activ fabricat din carbune minier respectiv 024 - 030 mg1 pentru carbune activ fabricat din lemn
Densitatea particulei reprezinta densitatea unei particule singulare Volumul pe care se bazeaza include volumul porilor precum si volumul materialului Densitatea particulei se determina in mod uzual cu mercur la presiunea atmosferica (mercurul umple spatiile goale din particula de carbune activ dar nu umple porii) Valorile uzuale sunt in gama 074 - 080 gml
Densitatea reala sau densitatea scheletului este cea determinate numai pe materialul (carbunele) propriu-zis Pentru determinarea acesteia se utilizeaza uzual o metoda de inlocuire cu heliu (heliul intra practic in toti porii materialului) Valorile uzuale sunt in gama 21 - 22 gml
31324 Marimea particulelor
Aceasta se determina prin cernerea a 100 sau 200 g de carbune printr-un sistem de site mecanice timp de 10 minute dupa care se cantaresc retinerile pe fiecare sita in parte Carbunele activ pudra se incadreaza de obicei in domeniul 005 mm - 15 mm
31325 Friabilitatea
Capacitatea carbunelui activ de a rezista la abraziune este unul dintre parametrii cei mai importanti Procedura de determinare a friabilitatii carbunelui activ presupune determinarea granulozitatii acestora inainte si dupa testul propriu-zis care consta in concasarea succesiva a carbunelui intr-un recipient alaturi de bile de otel inoxidabil Valorile uzuale ale indicelui de friabilitate sunt 65 - 80 (practic 70 - 75) ceea ce atesta faptul ca materialul este foarte usor friabil si este necesar atentie la procedura de spalare
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATIIAPEI 59
31326 Volumul si distributia dupa marime a porilor
Volumul porilor reprezinta volumul total al porilor din particula de carbune activ granular raportat la greutate Valorile uzuale sunt de ordinul 08 - 12 mlg pentru carbune activ fabricat din carbuni minieri respectiv 22-25 mlg pentru carbune activ fabricat din lemn Volumul total al porilor poate fi determinat printr-un test de adsorbtie cu azot desfasurate astfel incat azotul condensat sa intre in totalitate in porii carbunelui
Carbunele activ confine o structura complexa de pori de forme si marimi diferite Porii au de obicei o geometrie neregulata si sunt interconectati Dimensiunile porilor sunt uzual intre 10 A si 100000 A (001 cm) Distributia dupa marime a porilor depinde de tipul de material utilizat si de metoda si de durata procesului de activare
31327 Suprafata internaSuprafata interna a materialelor poroase in general se determinS cu ecuatia BET stabilita de
Brunauer Emmett si Teller Ecuatia descrie formarea de strate multiple de gaz condensat care apar atunci cand un gaz adsorbabil (de exemplu azotul) este in contact cu materialul poros Intr-un astfel de test se utilizeaza azot la temperatura de fierbere si presiunea atmosferica (-196 degC sau 77 K)
Ecuatia BET (expresia 318) a fost derivata presupunand urmatoarelebull rata de condensare a moleculelor din primul strat este egala cu rata de evaporare a
moleculelor din zonele acoperite cu un singur strat de moleculebull caldura de adsorbtie peste primul strat este constants si egala cu caldura de lichefiere
qqm=b(PPS)(1-PPs)(1-PPS+bPPS) ( 3 1 8 )
In care Ps - presiunea de vaporizare la saturatie la temperatura utilizata in test uzual 1 atm
q - cantitatea de substanta adsorbita la presiunea P
qm - cantitatea de substanta adsorbita numai cand se constata acoperirea totala a suprafetei cu un strat monomolecular
b - constanta determinata experimental
In figura 336 se prezinta o relatie tipica intre marimea porilor si suprafata totala Suprafata cumulativa este data de insumarea suprafetelor tuturor porilor cu un diametru dat sau mai mare Se remarca faptul ca marea majoritate a suprafetei este atribuita porilor de mici dimensiuni
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI60
3133 Teste uzuale de adsorbtie
In practica se utilizeaza o serie intreaga de teste pentru a determina capacitatea de adsorbtie pentru diferite tipuri de carbune activ Printre acestea se mentioneaza
- Indicele Iod reprezinta cantitatea de iod in miligrame pe gram adsorbit de un carbune activ la echilibru cu o solutie I2-KI cu concentratia 002 N indicele iod indica suprafata totala a porilor cu diametru de 10 A sau mai mare valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 800 - 1000 mgg
Indicele Melasa reprezinta un indicator al puterii de decolorare a carbunelui activ granular in contact cu 0 solutie de melasa la fierbere indicele melasa este in stricta legatura cu suprafata totala a porilor cu diametrul mai mare de 28 A valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 200 - 300
- Indicele Albastru de Metilen reprezinta cantitatea de albastru de metilen adsorbita de 1 g de carbune activ la echilibru in contact cu o solutie cu concentratia 1 mg1 de albastru de metilen Albastrul de metilen are greutatea moleculara 320 si indica suprafata totala a porilor cu diametrul de 15 A
- Activitatea tetraclorurii de carbon tetraclorura de carbon CC14 este un compus molecular mic si poate intra in toti porii In acest test un curent de aer este saturat cu CCI4 la 0 degC si este trecut printr-un strat de carbune activ mentinut la 25 degC pana cand nu se mai detecteaza nici o schimbare in greutate Activitatea este greutatea CCI4 adsorbita pe unitatea de greutate de carbune activ exprimata procentual Valorile uzuale ale acestui indicator sunt in gama 60 -80
- Indicele butan este similar activitatii tetraclorurii de carbon valoarea acestuia este exprimata grame de butan adsorbite pe 100 ml carbune activ valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 7 - 8 g 100 ml carbune activ
- Indicele FINAD stabilit de cercetatorul C Gomella si reprezinta un produs al mai multor indici F - fenol I - iod N - indol A - antipirina D - detergent
316 Deferizarea si demanganizarea apei
Fierul (Fe) si manganul (Mn) sunt elemente care se gasesc frecvent in mediul subteran si in apa apar in concentratii pana la 10 mg1 (Fe) si 2 mg1 (Mn) Prezenta fierului si manganului in apele potabile pot genera urmatoarele probleme
bull produce gust metalic dezagreabil
bull coloreaza tesaturile si echipamentele sanitare
bull formeaza precipitate in conducte care favorizeaza dezvoltarea bacteriilor feruginoase (Chrenothrix) acestea modifica regimul hidraulic calitatea apei distribute si favorizeaza fenomenele de coroziune
3161 Echilibrul fierului si manganului in apa
Fierul si manganul sunt prezente dizolvate in solutiile apoase sub forma Fe2+si Mn2+ Concentratia in oxigen a apelor subterane care contin Fe si Mn este nula Din namolurile situate in
2+ ~
zona anaeroba din hipolimnion se elibereaza ioni de Fe2+ si Mnz+ in apele lacurilor In numeroase ape naturale se remarca prezenta Fe3+ asociata cu substantele humice Stabilitatea fierului si manganului in apa depinde de numeroase variabile
bull pH-ul apei
bull concentratia diferitelor elemente chimice
bull potentialul de oxido-reducere (Eh) al solutiei
In figura 341 se prezinta diagrama de stabilitate a formelor fierului in solutie in aceasta diagrama o curba (linie) reprezinta locul geometric pentru care concentratia celor doua substante este aceeasi De exemplu linia 1 reprezinta solutia pentru care O2 si H2O au aceeasi valoare Aria cuprinsa intre curbele 1 si 2 reprezinta aria de stabilitate a compusilor de Fe Chimia manganului este asemanatoare cu cea a Fe Astfel la pH si Eh reduse Fe si Mn sunt stabile in forme bivalente
ozon 7 - Apa racire
Diferentele de potential la care se lucreaza sunt cuprinse intre 6000 - 18000 V functie de natura si grosimea dielectricului marimea spatiului de descarcare si presiunea absoluta de functionare
Concentratiile de ozon in gazul vector obisnuite sunt
bull 10-40gm - in cazul utilizarii aerului
bull 10-140 gm3 - in cazul utilizarii oxigenului
Pentru a realiza concentratii optime si stabilitatea procesului se cere punct de roua -60degC -80degC
Energia specifics pentru productia de ozon
bull 13-18 kWhkg O3 - produs din aer
bull 8-10 kWhkg O3 - produs din oxigen
Actiunea O3 asupra apelor de consum se poate sintetiza
bull imbunatatirea calitatilor organoleptice (gust miros culoare)
bull activitate bactericide si virulicida
bull oxidarea materiilor organice
bull oxidare micro-poluanti
bull imbunatatirea biodegradabilitatii in amonte de CAG
3132 Adsorbtie pe carbune activ granular (CAG)
Carbunele activ se poate obtine din carbuni minieri sau din coaja de nuca de cocos Majoritatea carbunilor minieri pot fi convertiti in carbune activ insa proprietatile carbunelui activ depind esential de calitatea initiala a carbunilor in special in ceea ce priveste duritatea acestora in acest sens se utilizeaza adesea coaja nucilor de cocos pentru fabricarea carbunelui activ
Exista o multitudine de procese de fabricare a carbunelui activ insa eel mai dezvoltat este piroliza urmata de activarea cu gaze de oxidare Piroliza (carbonizarea) presupune incalzirea materialului la temperaturi intre 600 si 900 degC in absenta aerului Pentru obtinerea unei porozitati ridicate se pot utiliza adaosuri de cloruri metalice (de exemplu ZnCl) Piroliza poate reprezenta unicul pas de activare in cazul in care se doreste obtinerea unui material cu 0 porozitate ridicata
A doua etapa este cea de oxidare care se realizeaza de obicei cu abur sau uneori cu aer Temperaturile sunt uzuale in gama de 600 - 900 degC Pe parcursul acestei etape se realizeaza 0 erodare a suprafetei interne a carbunelui si dezvoltarea unei retele extensive de micropori care cresc capacitatea de adsorbtie
58
Printre proprietatile principale ale carbunelui activ se enumera continutul de cenusa umiditatea densitatea marimea particulelor duritatea volumul si distributia dupa marime a porilor suprafata interna
31321 Continutul in cenusa
Continutul in cenusa este reprezentat de reziduul obtinut prin calcinarea la temperatura de 954 degC timp de 3 ore in aer Uzual continutul de cenusa variaza intre 3 si 10 Pentru reducerea cantitatii de cenusa se poate utiliza spalarea cu acid
31322 Umiditatea
Umiditatea se determina prin uscarea in cuptor timp de 3 ore a unei cantitati de 5 sau 10 g de carbune activ la temperatura 150 degC Se determina greutatea inainte si dupa uscare si racire in exicator Umiditatea in vrac a carbunelui activ este recomandabil sa fie limitata la maxim 5
31323 Densitatea
Sunt mai multe tipuri de densitati printre care se mentioneaza densitatea in vrac densitatea aparenta densitatea particulei si densitatea reala Densitatea in vrac sau densitatea aparenta reprezinta greutatea carbunelui activ uscat raportata la volumul pe care acesta il ocupa Aceasta se determina prin umplerea unui cilindru cu volumul de 100 ml cu carbune prin cadere libera dintr-o masina vibratoare si cantarirea volumului respectiv Valorile uzuale sunt in gama 05 - 06 gml pentru carbune activ fabricat din carbune minier respectiv 024 - 030 mg1 pentru carbune activ fabricat din lemn
Densitatea particulei reprezinta densitatea unei particule singulare Volumul pe care se bazeaza include volumul porilor precum si volumul materialului Densitatea particulei se determina in mod uzual cu mercur la presiunea atmosferica (mercurul umple spatiile goale din particula de carbune activ dar nu umple porii) Valorile uzuale sunt in gama 074 - 080 gml
Densitatea reala sau densitatea scheletului este cea determinate numai pe materialul (carbunele) propriu-zis Pentru determinarea acesteia se utilizeaza uzual o metoda de inlocuire cu heliu (heliul intra practic in toti porii materialului) Valorile uzuale sunt in gama 21 - 22 gml
31324 Marimea particulelor
Aceasta se determina prin cernerea a 100 sau 200 g de carbune printr-un sistem de site mecanice timp de 10 minute dupa care se cantaresc retinerile pe fiecare sita in parte Carbunele activ pudra se incadreaza de obicei in domeniul 005 mm - 15 mm
31325 Friabilitatea
Capacitatea carbunelui activ de a rezista la abraziune este unul dintre parametrii cei mai importanti Procedura de determinare a friabilitatii carbunelui activ presupune determinarea granulozitatii acestora inainte si dupa testul propriu-zis care consta in concasarea succesiva a carbunelui intr-un recipient alaturi de bile de otel inoxidabil Valorile uzuale ale indicelui de friabilitate sunt 65 - 80 (practic 70 - 75) ceea ce atesta faptul ca materialul este foarte usor friabil si este necesar atentie la procedura de spalare
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATIIAPEI 59
31326 Volumul si distributia dupa marime a porilor
Volumul porilor reprezinta volumul total al porilor din particula de carbune activ granular raportat la greutate Valorile uzuale sunt de ordinul 08 - 12 mlg pentru carbune activ fabricat din carbuni minieri respectiv 22-25 mlg pentru carbune activ fabricat din lemn Volumul total al porilor poate fi determinat printr-un test de adsorbtie cu azot desfasurate astfel incat azotul condensat sa intre in totalitate in porii carbunelui
Carbunele activ confine o structura complexa de pori de forme si marimi diferite Porii au de obicei o geometrie neregulata si sunt interconectati Dimensiunile porilor sunt uzual intre 10 A si 100000 A (001 cm) Distributia dupa marime a porilor depinde de tipul de material utilizat si de metoda si de durata procesului de activare
31327 Suprafata internaSuprafata interna a materialelor poroase in general se determinS cu ecuatia BET stabilita de
Brunauer Emmett si Teller Ecuatia descrie formarea de strate multiple de gaz condensat care apar atunci cand un gaz adsorbabil (de exemplu azotul) este in contact cu materialul poros Intr-un astfel de test se utilizeaza azot la temperatura de fierbere si presiunea atmosferica (-196 degC sau 77 K)
Ecuatia BET (expresia 318) a fost derivata presupunand urmatoarelebull rata de condensare a moleculelor din primul strat este egala cu rata de evaporare a
moleculelor din zonele acoperite cu un singur strat de moleculebull caldura de adsorbtie peste primul strat este constants si egala cu caldura de lichefiere
qqm=b(PPS)(1-PPs)(1-PPS+bPPS) ( 3 1 8 )
In care Ps - presiunea de vaporizare la saturatie la temperatura utilizata in test uzual 1 atm
q - cantitatea de substanta adsorbita la presiunea P
qm - cantitatea de substanta adsorbita numai cand se constata acoperirea totala a suprafetei cu un strat monomolecular
b - constanta determinata experimental
In figura 336 se prezinta o relatie tipica intre marimea porilor si suprafata totala Suprafata cumulativa este data de insumarea suprafetelor tuturor porilor cu un diametru dat sau mai mare Se remarca faptul ca marea majoritate a suprafetei este atribuita porilor de mici dimensiuni
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI60
3133 Teste uzuale de adsorbtie
In practica se utilizeaza o serie intreaga de teste pentru a determina capacitatea de adsorbtie pentru diferite tipuri de carbune activ Printre acestea se mentioneaza
- Indicele Iod reprezinta cantitatea de iod in miligrame pe gram adsorbit de un carbune activ la echilibru cu o solutie I2-KI cu concentratia 002 N indicele iod indica suprafata totala a porilor cu diametru de 10 A sau mai mare valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 800 - 1000 mgg
Indicele Melasa reprezinta un indicator al puterii de decolorare a carbunelui activ granular in contact cu 0 solutie de melasa la fierbere indicele melasa este in stricta legatura cu suprafata totala a porilor cu diametrul mai mare de 28 A valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 200 - 300
- Indicele Albastru de Metilen reprezinta cantitatea de albastru de metilen adsorbita de 1 g de carbune activ la echilibru in contact cu o solutie cu concentratia 1 mg1 de albastru de metilen Albastrul de metilen are greutatea moleculara 320 si indica suprafata totala a porilor cu diametrul de 15 A
- Activitatea tetraclorurii de carbon tetraclorura de carbon CC14 este un compus molecular mic si poate intra in toti porii In acest test un curent de aer este saturat cu CCI4 la 0 degC si este trecut printr-un strat de carbune activ mentinut la 25 degC pana cand nu se mai detecteaza nici o schimbare in greutate Activitatea este greutatea CCI4 adsorbita pe unitatea de greutate de carbune activ exprimata procentual Valorile uzuale ale acestui indicator sunt in gama 60 -80
- Indicele butan este similar activitatii tetraclorurii de carbon valoarea acestuia este exprimata grame de butan adsorbite pe 100 ml carbune activ valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 7 - 8 g 100 ml carbune activ
- Indicele FINAD stabilit de cercetatorul C Gomella si reprezinta un produs al mai multor indici F - fenol I - iod N - indol A - antipirina D - detergent
316 Deferizarea si demanganizarea apei
Fierul (Fe) si manganul (Mn) sunt elemente care se gasesc frecvent in mediul subteran si in apa apar in concentratii pana la 10 mg1 (Fe) si 2 mg1 (Mn) Prezenta fierului si manganului in apele potabile pot genera urmatoarele probleme
bull produce gust metalic dezagreabil
bull coloreaza tesaturile si echipamentele sanitare
bull formeaza precipitate in conducte care favorizeaza dezvoltarea bacteriilor feruginoase (Chrenothrix) acestea modifica regimul hidraulic calitatea apei distribute si favorizeaza fenomenele de coroziune
3161 Echilibrul fierului si manganului in apa
Fierul si manganul sunt prezente dizolvate in solutiile apoase sub forma Fe2+si Mn2+ Concentratia in oxigen a apelor subterane care contin Fe si Mn este nula Din namolurile situate in
2+ ~
zona anaeroba din hipolimnion se elibereaza ioni de Fe2+ si Mnz+ in apele lacurilor In numeroase ape naturale se remarca prezenta Fe3+ asociata cu substantele humice Stabilitatea fierului si manganului in apa depinde de numeroase variabile
bull pH-ul apei
bull concentratia diferitelor elemente chimice
bull potentialul de oxido-reducere (Eh) al solutiei
In figura 341 se prezinta diagrama de stabilitate a formelor fierului in solutie in aceasta diagrama o curba (linie) reprezinta locul geometric pentru care concentratia celor doua substante este aceeasi De exemplu linia 1 reprezinta solutia pentru care O2 si H2O au aceeasi valoare Aria cuprinsa intre curbele 1 si 2 reprezinta aria de stabilitate a compusilor de Fe Chimia manganului este asemanatoare cu cea a Fe Astfel la pH si Eh reduse Fe si Mn sunt stabile in forme bivalente
Printre proprietatile principale ale carbunelui activ se enumera continutul de cenusa umiditatea densitatea marimea particulelor duritatea volumul si distributia dupa marime a porilor suprafata interna
31321 Continutul in cenusa
Continutul in cenusa este reprezentat de reziduul obtinut prin calcinarea la temperatura de 954 degC timp de 3 ore in aer Uzual continutul de cenusa variaza intre 3 si 10 Pentru reducerea cantitatii de cenusa se poate utiliza spalarea cu acid
31322 Umiditatea
Umiditatea se determina prin uscarea in cuptor timp de 3 ore a unei cantitati de 5 sau 10 g de carbune activ la temperatura 150 degC Se determina greutatea inainte si dupa uscare si racire in exicator Umiditatea in vrac a carbunelui activ este recomandabil sa fie limitata la maxim 5
31323 Densitatea
Sunt mai multe tipuri de densitati printre care se mentioneaza densitatea in vrac densitatea aparenta densitatea particulei si densitatea reala Densitatea in vrac sau densitatea aparenta reprezinta greutatea carbunelui activ uscat raportata la volumul pe care acesta il ocupa Aceasta se determina prin umplerea unui cilindru cu volumul de 100 ml cu carbune prin cadere libera dintr-o masina vibratoare si cantarirea volumului respectiv Valorile uzuale sunt in gama 05 - 06 gml pentru carbune activ fabricat din carbune minier respectiv 024 - 030 mg1 pentru carbune activ fabricat din lemn
Densitatea particulei reprezinta densitatea unei particule singulare Volumul pe care se bazeaza include volumul porilor precum si volumul materialului Densitatea particulei se determina in mod uzual cu mercur la presiunea atmosferica (mercurul umple spatiile goale din particula de carbune activ dar nu umple porii) Valorile uzuale sunt in gama 074 - 080 gml
Densitatea reala sau densitatea scheletului este cea determinate numai pe materialul (carbunele) propriu-zis Pentru determinarea acesteia se utilizeaza uzual o metoda de inlocuire cu heliu (heliul intra practic in toti porii materialului) Valorile uzuale sunt in gama 21 - 22 gml
31324 Marimea particulelor
Aceasta se determina prin cernerea a 100 sau 200 g de carbune printr-un sistem de site mecanice timp de 10 minute dupa care se cantaresc retinerile pe fiecare sita in parte Carbunele activ pudra se incadreaza de obicei in domeniul 005 mm - 15 mm
31325 Friabilitatea
Capacitatea carbunelui activ de a rezista la abraziune este unul dintre parametrii cei mai importanti Procedura de determinare a friabilitatii carbunelui activ presupune determinarea granulozitatii acestora inainte si dupa testul propriu-zis care consta in concasarea succesiva a carbunelui intr-un recipient alaturi de bile de otel inoxidabil Valorile uzuale ale indicelui de friabilitate sunt 65 - 80 (practic 70 - 75) ceea ce atesta faptul ca materialul este foarte usor friabil si este necesar atentie la procedura de spalare
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATIIAPEI 59
31326 Volumul si distributia dupa marime a porilor
Volumul porilor reprezinta volumul total al porilor din particula de carbune activ granular raportat la greutate Valorile uzuale sunt de ordinul 08 - 12 mlg pentru carbune activ fabricat din carbuni minieri respectiv 22-25 mlg pentru carbune activ fabricat din lemn Volumul total al porilor poate fi determinat printr-un test de adsorbtie cu azot desfasurate astfel incat azotul condensat sa intre in totalitate in porii carbunelui
Carbunele activ confine o structura complexa de pori de forme si marimi diferite Porii au de obicei o geometrie neregulata si sunt interconectati Dimensiunile porilor sunt uzual intre 10 A si 100000 A (001 cm) Distributia dupa marime a porilor depinde de tipul de material utilizat si de metoda si de durata procesului de activare
31327 Suprafata internaSuprafata interna a materialelor poroase in general se determinS cu ecuatia BET stabilita de
Brunauer Emmett si Teller Ecuatia descrie formarea de strate multiple de gaz condensat care apar atunci cand un gaz adsorbabil (de exemplu azotul) este in contact cu materialul poros Intr-un astfel de test se utilizeaza azot la temperatura de fierbere si presiunea atmosferica (-196 degC sau 77 K)
Ecuatia BET (expresia 318) a fost derivata presupunand urmatoarelebull rata de condensare a moleculelor din primul strat este egala cu rata de evaporare a
moleculelor din zonele acoperite cu un singur strat de moleculebull caldura de adsorbtie peste primul strat este constants si egala cu caldura de lichefiere
qqm=b(PPS)(1-PPs)(1-PPS+bPPS) ( 3 1 8 )
In care Ps - presiunea de vaporizare la saturatie la temperatura utilizata in test uzual 1 atm
q - cantitatea de substanta adsorbita la presiunea P
qm - cantitatea de substanta adsorbita numai cand se constata acoperirea totala a suprafetei cu un strat monomolecular
b - constanta determinata experimental
In figura 336 se prezinta o relatie tipica intre marimea porilor si suprafata totala Suprafata cumulativa este data de insumarea suprafetelor tuturor porilor cu un diametru dat sau mai mare Se remarca faptul ca marea majoritate a suprafetei este atribuita porilor de mici dimensiuni
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI60
3133 Teste uzuale de adsorbtie
In practica se utilizeaza o serie intreaga de teste pentru a determina capacitatea de adsorbtie pentru diferite tipuri de carbune activ Printre acestea se mentioneaza
- Indicele Iod reprezinta cantitatea de iod in miligrame pe gram adsorbit de un carbune activ la echilibru cu o solutie I2-KI cu concentratia 002 N indicele iod indica suprafata totala a porilor cu diametru de 10 A sau mai mare valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 800 - 1000 mgg
Indicele Melasa reprezinta un indicator al puterii de decolorare a carbunelui activ granular in contact cu 0 solutie de melasa la fierbere indicele melasa este in stricta legatura cu suprafata totala a porilor cu diametrul mai mare de 28 A valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 200 - 300
- Indicele Albastru de Metilen reprezinta cantitatea de albastru de metilen adsorbita de 1 g de carbune activ la echilibru in contact cu o solutie cu concentratia 1 mg1 de albastru de metilen Albastrul de metilen are greutatea moleculara 320 si indica suprafata totala a porilor cu diametrul de 15 A
- Activitatea tetraclorurii de carbon tetraclorura de carbon CC14 este un compus molecular mic si poate intra in toti porii In acest test un curent de aer este saturat cu CCI4 la 0 degC si este trecut printr-un strat de carbune activ mentinut la 25 degC pana cand nu se mai detecteaza nici o schimbare in greutate Activitatea este greutatea CCI4 adsorbita pe unitatea de greutate de carbune activ exprimata procentual Valorile uzuale ale acestui indicator sunt in gama 60 -80
- Indicele butan este similar activitatii tetraclorurii de carbon valoarea acestuia este exprimata grame de butan adsorbite pe 100 ml carbune activ valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 7 - 8 g 100 ml carbune activ
- Indicele FINAD stabilit de cercetatorul C Gomella si reprezinta un produs al mai multor indici F - fenol I - iod N - indol A - antipirina D - detergent
316 Deferizarea si demanganizarea apei
Fierul (Fe) si manganul (Mn) sunt elemente care se gasesc frecvent in mediul subteran si in apa apar in concentratii pana la 10 mg1 (Fe) si 2 mg1 (Mn) Prezenta fierului si manganului in apele potabile pot genera urmatoarele probleme
bull produce gust metalic dezagreabil
bull coloreaza tesaturile si echipamentele sanitare
bull formeaza precipitate in conducte care favorizeaza dezvoltarea bacteriilor feruginoase (Chrenothrix) acestea modifica regimul hidraulic calitatea apei distribute si favorizeaza fenomenele de coroziune
3161 Echilibrul fierului si manganului in apa
Fierul si manganul sunt prezente dizolvate in solutiile apoase sub forma Fe2+si Mn2+ Concentratia in oxigen a apelor subterane care contin Fe si Mn este nula Din namolurile situate in
2+ ~
zona anaeroba din hipolimnion se elibereaza ioni de Fe2+ si Mnz+ in apele lacurilor In numeroase ape naturale se remarca prezenta Fe3+ asociata cu substantele humice Stabilitatea fierului si manganului in apa depinde de numeroase variabile
bull pH-ul apei
bull concentratia diferitelor elemente chimice
bull potentialul de oxido-reducere (Eh) al solutiei
In figura 341 se prezinta diagrama de stabilitate a formelor fierului in solutie in aceasta diagrama o curba (linie) reprezinta locul geometric pentru care concentratia celor doua substante este aceeasi De exemplu linia 1 reprezinta solutia pentru care O2 si H2O au aceeasi valoare Aria cuprinsa intre curbele 1 si 2 reprezinta aria de stabilitate a compusilor de Fe Chimia manganului este asemanatoare cu cea a Fe Astfel la pH si Eh reduse Fe si Mn sunt stabile in forme bivalente
31326 Volumul si distributia dupa marime a porilor
Volumul porilor reprezinta volumul total al porilor din particula de carbune activ granular raportat la greutate Valorile uzuale sunt de ordinul 08 - 12 mlg pentru carbune activ fabricat din carbuni minieri respectiv 22-25 mlg pentru carbune activ fabricat din lemn Volumul total al porilor poate fi determinat printr-un test de adsorbtie cu azot desfasurate astfel incat azotul condensat sa intre in totalitate in porii carbunelui
Carbunele activ confine o structura complexa de pori de forme si marimi diferite Porii au de obicei o geometrie neregulata si sunt interconectati Dimensiunile porilor sunt uzual intre 10 A si 100000 A (001 cm) Distributia dupa marime a porilor depinde de tipul de material utilizat si de metoda si de durata procesului de activare
31327 Suprafata internaSuprafata interna a materialelor poroase in general se determinS cu ecuatia BET stabilita de
Brunauer Emmett si Teller Ecuatia descrie formarea de strate multiple de gaz condensat care apar atunci cand un gaz adsorbabil (de exemplu azotul) este in contact cu materialul poros Intr-un astfel de test se utilizeaza azot la temperatura de fierbere si presiunea atmosferica (-196 degC sau 77 K)
Ecuatia BET (expresia 318) a fost derivata presupunand urmatoarelebull rata de condensare a moleculelor din primul strat este egala cu rata de evaporare a
moleculelor din zonele acoperite cu un singur strat de moleculebull caldura de adsorbtie peste primul strat este constants si egala cu caldura de lichefiere
qqm=b(PPS)(1-PPs)(1-PPS+bPPS) ( 3 1 8 )
In care Ps - presiunea de vaporizare la saturatie la temperatura utilizata in test uzual 1 atm
q - cantitatea de substanta adsorbita la presiunea P
qm - cantitatea de substanta adsorbita numai cand se constata acoperirea totala a suprafetei cu un strat monomolecular
b - constanta determinata experimental
In figura 336 se prezinta o relatie tipica intre marimea porilor si suprafata totala Suprafata cumulativa este data de insumarea suprafetelor tuturor porilor cu un diametru dat sau mai mare Se remarca faptul ca marea majoritate a suprafetei este atribuita porilor de mici dimensiuni
INSPECTIA SANITARA SI MONITORIZAREA CALITATII APEI60
3133 Teste uzuale de adsorbtie
In practica se utilizeaza o serie intreaga de teste pentru a determina capacitatea de adsorbtie pentru diferite tipuri de carbune activ Printre acestea se mentioneaza
- Indicele Iod reprezinta cantitatea de iod in miligrame pe gram adsorbit de un carbune activ la echilibru cu o solutie I2-KI cu concentratia 002 N indicele iod indica suprafata totala a porilor cu diametru de 10 A sau mai mare valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 800 - 1000 mgg
Indicele Melasa reprezinta un indicator al puterii de decolorare a carbunelui activ granular in contact cu 0 solutie de melasa la fierbere indicele melasa este in stricta legatura cu suprafata totala a porilor cu diametrul mai mare de 28 A valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 200 - 300
- Indicele Albastru de Metilen reprezinta cantitatea de albastru de metilen adsorbita de 1 g de carbune activ la echilibru in contact cu o solutie cu concentratia 1 mg1 de albastru de metilen Albastrul de metilen are greutatea moleculara 320 si indica suprafata totala a porilor cu diametrul de 15 A
- Activitatea tetraclorurii de carbon tetraclorura de carbon CC14 este un compus molecular mic si poate intra in toti porii In acest test un curent de aer este saturat cu CCI4 la 0 degC si este trecut printr-un strat de carbune activ mentinut la 25 degC pana cand nu se mai detecteaza nici o schimbare in greutate Activitatea este greutatea CCI4 adsorbita pe unitatea de greutate de carbune activ exprimata procentual Valorile uzuale ale acestui indicator sunt in gama 60 -80
- Indicele butan este similar activitatii tetraclorurii de carbon valoarea acestuia este exprimata grame de butan adsorbite pe 100 ml carbune activ valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 7 - 8 g 100 ml carbune activ
- Indicele FINAD stabilit de cercetatorul C Gomella si reprezinta un produs al mai multor indici F - fenol I - iod N - indol A - antipirina D - detergent
316 Deferizarea si demanganizarea apei
Fierul (Fe) si manganul (Mn) sunt elemente care se gasesc frecvent in mediul subteran si in apa apar in concentratii pana la 10 mg1 (Fe) si 2 mg1 (Mn) Prezenta fierului si manganului in apele potabile pot genera urmatoarele probleme
bull produce gust metalic dezagreabil
bull coloreaza tesaturile si echipamentele sanitare
bull formeaza precipitate in conducte care favorizeaza dezvoltarea bacteriilor feruginoase (Chrenothrix) acestea modifica regimul hidraulic calitatea apei distribute si favorizeaza fenomenele de coroziune
3161 Echilibrul fierului si manganului in apa
Fierul si manganul sunt prezente dizolvate in solutiile apoase sub forma Fe2+si Mn2+ Concentratia in oxigen a apelor subterane care contin Fe si Mn este nula Din namolurile situate in
2+ ~
zona anaeroba din hipolimnion se elibereaza ioni de Fe2+ si Mnz+ in apele lacurilor In numeroase ape naturale se remarca prezenta Fe3+ asociata cu substantele humice Stabilitatea fierului si manganului in apa depinde de numeroase variabile
bull pH-ul apei
bull concentratia diferitelor elemente chimice
bull potentialul de oxido-reducere (Eh) al solutiei
In figura 341 se prezinta diagrama de stabilitate a formelor fierului in solutie in aceasta diagrama o curba (linie) reprezinta locul geometric pentru care concentratia celor doua substante este aceeasi De exemplu linia 1 reprezinta solutia pentru care O2 si H2O au aceeasi valoare Aria cuprinsa intre curbele 1 si 2 reprezinta aria de stabilitate a compusilor de Fe Chimia manganului este asemanatoare cu cea a Fe Astfel la pH si Eh reduse Fe si Mn sunt stabile in forme bivalente
3133 Teste uzuale de adsorbtie
In practica se utilizeaza o serie intreaga de teste pentru a determina capacitatea de adsorbtie pentru diferite tipuri de carbune activ Printre acestea se mentioneaza
- Indicele Iod reprezinta cantitatea de iod in miligrame pe gram adsorbit de un carbune activ la echilibru cu o solutie I2-KI cu concentratia 002 N indicele iod indica suprafata totala a porilor cu diametru de 10 A sau mai mare valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 800 - 1000 mgg
Indicele Melasa reprezinta un indicator al puterii de decolorare a carbunelui activ granular in contact cu 0 solutie de melasa la fierbere indicele melasa este in stricta legatura cu suprafata totala a porilor cu diametrul mai mare de 28 A valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 200 - 300
- Indicele Albastru de Metilen reprezinta cantitatea de albastru de metilen adsorbita de 1 g de carbune activ la echilibru in contact cu o solutie cu concentratia 1 mg1 de albastru de metilen Albastrul de metilen are greutatea moleculara 320 si indica suprafata totala a porilor cu diametrul de 15 A
- Activitatea tetraclorurii de carbon tetraclorura de carbon CC14 este un compus molecular mic si poate intra in toti porii In acest test un curent de aer este saturat cu CCI4 la 0 degC si este trecut printr-un strat de carbune activ mentinut la 25 degC pana cand nu se mai detecteaza nici o schimbare in greutate Activitatea este greutatea CCI4 adsorbita pe unitatea de greutate de carbune activ exprimata procentual Valorile uzuale ale acestui indicator sunt in gama 60 -80
- Indicele butan este similar activitatii tetraclorurii de carbon valoarea acestuia este exprimata grame de butan adsorbite pe 100 ml carbune activ valorile uzuale ale acestui indice sunt in gama 7 - 8 g 100 ml carbune activ
- Indicele FINAD stabilit de cercetatorul C Gomella si reprezinta un produs al mai multor indici F - fenol I - iod N - indol A - antipirina D - detergent
316 Deferizarea si demanganizarea apei
Fierul (Fe) si manganul (Mn) sunt elemente care se gasesc frecvent in mediul subteran si in apa apar in concentratii pana la 10 mg1 (Fe) si 2 mg1 (Mn) Prezenta fierului si manganului in apele potabile pot genera urmatoarele probleme
bull produce gust metalic dezagreabil
bull coloreaza tesaturile si echipamentele sanitare
bull formeaza precipitate in conducte care favorizeaza dezvoltarea bacteriilor feruginoase (Chrenothrix) acestea modifica regimul hidraulic calitatea apei distribute si favorizeaza fenomenele de coroziune
3161 Echilibrul fierului si manganului in apa
Fierul si manganul sunt prezente dizolvate in solutiile apoase sub forma Fe2+si Mn2+ Concentratia in oxigen a apelor subterane care contin Fe si Mn este nula Din namolurile situate in
2+ ~
zona anaeroba din hipolimnion se elibereaza ioni de Fe2+ si Mnz+ in apele lacurilor In numeroase ape naturale se remarca prezenta Fe3+ asociata cu substantele humice Stabilitatea fierului si manganului in apa depinde de numeroase variabile
bull pH-ul apei
bull concentratia diferitelor elemente chimice
bull potentialul de oxido-reducere (Eh) al solutiei
In figura 341 se prezinta diagrama de stabilitate a formelor fierului in solutie in aceasta diagrama o curba (linie) reprezinta locul geometric pentru care concentratia celor doua substante este aceeasi De exemplu linia 1 reprezinta solutia pentru care O2 si H2O au aceeasi valoare Aria cuprinsa intre curbele 1 si 2 reprezinta aria de stabilitate a compusilor de Fe Chimia manganului este asemanatoare cu cea a Fe Astfel la pH si Eh reduse Fe si Mn sunt stabile in forme bivalente