TEAR-proiect Petrache Marius

1. Determinarea gradului de epurare necesar

Gradul de epurare (GE) este definit ca procentul de reducere, ca urmare a epurarii, a unei partii din elemente poluante de natura fizica, chimica si biologica din apele uzate astfel incat concentratia ramasa in apa epurata sa reprezinte sau sa se incadreze in valoarea limita admisibila stabilita prin NTPA 001/2005. Dupa tipul apei de suprafata, deosebim trei categorii de ape de suprafata care pot fi supuse procesului de epurare, si anume: ape potabile, ape de agreement si ape industriale. Formula generala pentru calculul gradului de epurare (GE) este:

%

unde: ci – concentratia initiala a poluantilor din apele uzate pentru care se determina gradul de epurare (mg/l); cf – concentratia finala a poluantilor din apele uzate dupa procesul de epurare (mg/l).

Se defineste gradul de dilutie, notat cu d, care se determina cu relatia:

unde: Qe – debit de emisar (m3/s); q – debit de ape uzate considerat a fi debitul maxim zilnic (m3/s). Inlocuind cu valorile cunoscute din tema de proiectare, avem:Qe = 5 m3/s; q = 790 m3/h = 0.219 m3/s.

Avand in vedere faptul ca dilutia nu se realizeaza in bune conditii in punctual de deversare a apei uzate in emisari decat dupa o anumita lungime a punctului de deversare a pei uzate in emisari decat dupa o anumita lungime a cursului de apa ( Lamestec ), se va calcuula un coefficient de dilutie real d’ cu relatia:

unde: a – coeficient de dilutie corespunzator sectiunii considerate. Se calculeaza in doua moduri:

a = 0.7 – 0.9 ( cu precizarea ca numai in sectiunea de amestec complet, sectiune ideala, teoretica, poate avea o valoare egala cu unitatea ). Se adopta a = 0.8.

Acest coeficient de dilutie poate fi determinat si cu ajutorul unei formule stabilita de I.B. Rozdiler:

unde: - coeficient ce caracterizeaza elementele hidraulice ale emisarului asupra desfasurarii procesului de autoepurare, respective asupra amestecarii si dilutiei si se calculeaza cu relatia lui Frolov:

unde: - coefficient care arata modul de evacuare al apei epurate in emisar. Poate lua urmatoarele valori: = 1 – evacuarea se face la mal; = 1.5 – evacuarea se face in talveg ( in mijlocul curgerii ); = 3 - evacuarea se face intr-o instalatie de dispersare in emisar. Se adopta = 1.5 ( vitaza maxima de curgere ); - coefficient de sinuozitate al raului. Se calculeaza prin raportul intre distanta reala dupa talveg (L) si distanta in linie dreapta (L’) intre sectiunea de evacuarea a apelor si sectiunea examinata. Din tema de proiectare = 1.2; dT – coeficient de difuzie turbulenta, care se calculeaza cu realatia:

[m2/s]

v – vitaza medie de curgere a emisarului (m/s); v = 1.5 m/s (din tema de proiectare); H – adancimea medie a emisarului (m). Se adopta H = 1.8 m;

L – distanta reala dupa talveg de la punctual de varsare al apelor uzate, in sectiunea transversala examinata (m). In calcul se considera situate la 1 km amonte de sectiunea de folosinta, care se considera a fi de 15 km. L = 15 – 1 = 14 Km = 14000 m;q – debit de ape uzate (m3/s); q = 0.208 m3/s;

Se determina coeficientul de dilutie:

Calculam d’ prin doua variante:

Pentru a = 0.8

Pentru a = 0.99

Se calculeaza lungimea de amestec ( Lamestec), lungimea dupa care se considera ca s-a realizat amestecul complet intre apa uzata epurata si apa emisarului.

Se calculeaza Lamestec cu relatia:

(m);

Se compara valorile lui Lam cu L; Lam L.Se folosesc ambele valori ale lui a.

Pentru a = 0.8

m

L = 14000 m; Lam < L;Pentru a = 0.99

m

Lam < L.

Dupa determinarea lui a, se calculeaza gradele de epurare necesare pentru poluantii majori sau cantitatea de O2 dizolvat, astfel incat dupa epurare, si amestecare cu apele emisarului, acesta din urma sa se incadreze in Normativul 1146/2002. Conform acestiu normative:

CBO5 = 5 mg/l; CCO – Cr = 10 mg/l; Ntotal = 4 mg/l; O2diz = 6 mg/l.

A. Calculul gradului de epurare necesar dupa materii in suspensie

Se calculeaza gradul de epurare cu ajutorul relatiei:

(%)

unde: ciss – cantitatea de materii in suspensii din apa uzata intra in statia de epurare;

din tema de proiectare ciss = 549 mg/l;

cfss – cantitatea de materii in suspensie din apa uzata care poate fi evacuata in

emisar ( din NTPA 001/2005); cfss = 35 mg/l.

B. Calculul gradului de epurare dupa materia organica exprimat prin CBO5

Se calculeaza prin trei metode: Se tine seam ape langa dilutie si ametecare si de capacitatea de

autoepurare a apei, ca urmare a oxigenarii/reoxigenarii la suprafata; Se tina cont numai de dilutie si amestecare; Se tine cont de prevederile NTPA 001/2005.

a) Se ia in considerare dilutia, amestecarea si capacitatea de autoepurare a apei. La baza calcularii gradului de epurare, in ceea ce priveste CBO5 sta ecuatia de bilant:

- concentratia de substante organice exprimate prin CBO5 la gura de varsare

in emisar ( mg O/l);q – debit masic zilnic de apa uzata;10-K1t – termen ce tine cont de procesul de autoepurare a apei unde K1 – constanta de consum a O2 a carei valoare este impusa prin tema de proiectare in zile-1; K1 = 0.1zi-1;t = timpul intre sectiunea de evacuare sic ea de calcul (zile); se determina cu relatia:

zile;

L – lungimea de la talveg la punctual de calcul (m); L = 14000m;v – viteza de curgere a apei (m/s); v = 1.5 m/s;a – coeficient de dilutie;Qe – debit de emisar (m3/s); Qe = 5 m3/s;

- concentratia de substante organice exprimate prin CBO5 a apei in amonte

de gura de varsare (mg/l); = 2 mg/l;

K2 – constanta de oxigenare a apei emisarului;

Emisar cu viteza – foarte mica; mica; mare; foarte mare, in functie de temperature.

La 10˚C se considera emisar cu viteza mica de curgere cu valoarea coeficientului de deversare K2 = 0.17 zile-1;

- concentratia de substante organice exprimate sub forma de CBO5

dupa sectiuea de amesctec (mg/l). In general se impune = 7mg/l.

Pentru a = 0.8

mg/l

Pentru a = 0.99

mg/l

Gradul de epurare se calculeaza cu relatia:

(%)

=395 mg/l;

%

%

b) Se tine cont de dilutie si amestecare

La baza calcului gradului de epurare in ceea ce priveste material organica exprimata prin CBO sta ecuatia de bilant este:

Pentru a = 0.8

= 98.32 mg/l;

Pentru a = 0.99

mg/l;

%;

%.

c) Se tine cont de valoarea impusa pentru CBO5 prin NTPA 001/2005

Gradul de epurare se calculeaza cu ajutorul relatiei:

(%)

= 25 mg/l (NTPA 001/2005)

%.

C. Calculul gradului de epurare dupa O2 dizolvat

a) Se calculeaza CamCBO5 al celor doua tipuri de ape (uzate si emisar) imediat dupa

gura de varsare.

(mg/l);

unde: F – factor maxim de dilutie care ia valori intre 1.5 – 2.5. Se adopta F = 2; Dmax – deficit maxim de oxygen in aval de sectiunea de evacuare si care rezulta din diferenta dintre oxigenul la saturatie si oxigenul care trebuie sa existe in orice moment in apa.

Dmax = OS – OR

OR – concentratia oxigenului in apa receptoare, concentratie c ear trebui sa existe permanent in apa; OR = 6 mg/l;OS – concentratia oxigenului dizolvat la saturatie pentru temperatura de 20˚C; OS = 9.2 mg/l;

Dmax = 9.2 – 6 = 3.2 mg/l;

mg/l.

Se aplica ecuatia de bilant, care permite calcularea concentratiei de materiei organica in ceea ce priveste CBO5 pentru apa epurata deversata in apa receptoare:

Pentru a = 0.8

mg/l;

Pentru a = 0.99

mg/l

b) Se calculeaza valoarea concentratiei de materie organica exprimata prin CBO dupa 20 zile:

(mg/l)

mg/l;

mg/l;

(mg/l)

mg/l.

c) Se calculeaza deficitul de oxigen din apa de suprafata in amonte de gura de varsare,

dupa ce in prealabil s-a calculat .

(mg/l)

mg/l

mg/l

Se calculeaza deficitul de oxigen ca fiind diferenta dintre concentratia oxigenului dizolvat la saturatie si concentratia de oigen dizolvata, care ar trebui sa existe in apa de suprafata:

DO = OS – Or (mg/l)

unde: OS – oxigen la saturatie in functie de tipul emisarului (la temperature de 10˚C); OS = 11.3 mg/l;

Or – cantitatea minima de oxigen din apa emisarului ( Ordin 1146/2002); Or = 6 mg/l.

DO = 11.3 – 6 = 5.3 mg/l.

d) Se calculeaza timpul critic la care se realizeaza deficitul maxim de oxigen (dupa gura de varsare din apa emisarului).

(zile)

zile

zile

e) Se calculeaza deficitul critic (Dcr) de oxigen cu relatia:

,

f) Se compara valoarea deficitului critic prin determinarea concentratiei minime de oxigen in apa emisarului

COmin = OS – Dcr,

OS = 11.3 mg/l (la 10˚C); COmin = 11.3 – 4.049 = 7.251 mg/l > 4 mg/l; COmin = 11.3 – 4.04911 = 7.25089 mg/l > 4 mg/l.

D. Determinarea gradului de epurare in ceea ce priveste consumul chimic de oxigen

Calculul consumului chimic de oxigen se face cu ajutorul relatiei:

(%)

unde: - concentratia initiala a materiei organice la intrarea in statia de epurare, exprimata prin CCO-Cr; - concentratia de materie organica exprimata prin CCO-CR in apa epurata deversata in emisar, ce corespunde valorii din NTPA 001/2005; = 125 mg/l

%

E. Determinarea gradului de epurare in ceea ce privete azotul total

Se calculeaza gradul de epurare (GE) cu formula:

(%)

unde: - cantitatea de N2 total la intrarea in statia de epurare;

= 496.16mg/l;

- cantitatea de N2 total la iesirea din statia de epurare conform NTPA 001/2005;

= 10 mg/l.

3. Alegerea variantei tehnologice optime

Pentru epurarea apelor uzate s-a ales o schema tehnologica alcatuita din doua trepte de epurare: una mecanica sic ea de-a doua treapta biologica. Procedeele de epurare mecano – biologica se bazeaza pe actiunea comuna a proceselor meanice, chimice si biologice si pot avea loc in conditii naturale (campuri de irigare si de filtrare, iazuri biologice etc.) sau in conditii artificiale prin fitrare biologica ( filter biologice de mica sau mare incarcare, filter biologice scufundate, filter turn, aerofiltre) sau in bazine de aerare cu namol active de mica sau de mare incarcare, cu aerare normala sau prelungita. Constructiile si instalatiile in care se realizeaza procesele biochimice de epurare biologica alcatuiesc treapta secundara a statiei de epurare, avand drept scop final retinerea materiilor solide in solutii si in special a celor organice. Namolul produs in treapta biologica este retinut prin decantare, in decantoare secundare, numite si bazine clarificatoare. In aceasta etapa de epurare sunt necesare, dat fiind complexitatea proceselor, unele constructii si instalatii de deservire ( pentru producerea si introducerea artificiala a aerului, statii de pompare si conducte pentru transportul si distributia namolului active etc.). In conditiile functionarii normale a treptei de epurare primare si secundare, eficienta acestora exprimata prin gradul de epurare realizat in ceea ce priveste materiile organice si a materiilor in suspensie, separabile prin decantare, poate fi apreciat la 75 – 92%. Epurarea mecano – biologica naturala constituie o solutie obisnuita pentru numeroase statii de mica capacitate, deoarece in acest scop se poate folosi emisar terenul din apropiere sau depresiunea de teren fara apa, in loc sa se construiasca un canal lung pana la receptor. In acest scop, se aplica tehnica de infiltrare subterana ( puturi absorbante sau campuri de filtrare) si de irigare subterana. Puturile absorbante ( utilizate tot mai rar) constituie o sulutie admisibila numai cand terenul este permeabil si nu afecteaza calitatea apei freatice care se gaseste la mare adancime. De obicei aceste epurari necesita pompari; statia de pompare se monteaza inainte sau dupa fasa septica. Epurarea mecano – biologica artificiala se realizeaza in filter biologice si bazine de aerare cu namol active. Filtrele biologice sunt preferate bazinelor de aerare deoarece sunt mai simplu de realizat si rezista la socuri hidraulice. Se folosesc filtre obisnuite de mica incarcare, filtre biologice cu discuri, filtre biologice scufundate, transee filtrante etc. in ceea ce priveste bazinele de aerare cu namol active, utilizarea lor comporta deci gratare, decantoare, bazine de aerare, decantoare secundare, spatii pentru fermentare si platforme de uscare a namolurilor. In general, se prefera bazinele pentru oxidarea totala, bazinele combinate, santurile de oxidare etc.

Pentru alegerea variantei optime, se considera urmatoarele variante pentru care vom calcula concentratiile intermediare pentru solidele in suspensie, CBO5, CCO-Cr si N2 pe

fiecare treapta. Se vor compara cu valorile din NTPA 001/2002 pentru verificareagradului de epurarea necesar.

Avem urmatoarele caracteristici initiae ale influentului ( apa uzata municipala): -CSS

i=648 mg/l; - CBO5 = 395 mg/l; - CCO-Cr = 448 mg/l; - mg/l.

Pentru fiecare utilaj avem eficienta constructiilor de epurare, exprimata in %. Cu ajutorul acestor grade de epurare standard, calculam concentratia la iesre care reprezinta si intrarea in urmatoarea treapta. Folosim urmatoarea relatie:

(mg/l)

4.5 calculul concentratiilor intermediare , realizate pentru etapele de epurare mecanica, biologica si verificarea realizarii gradului de epurare necesar.

Schema 1 . Epurarea mecanica

Apa uzata Apa epurata

G/S – gratare/siteDz – deznisipatorD.P. – decantor primar

a) Pentru solidele in suspensie:

Gratare/site: GE=5% ; 648 mg/l

mg/l ;

Deznisipator: GE=50% ; 615.6 mg/l

mg/l ;

G/S Dz D.P.

Decantor primar: GE=50% ; 307.8 mg/l

mg/l ;

Comparand cu valoarea din NTPA 001/2005 , conform careia , se

constata ca valoarea obtinuta prin calcul este mai mare decat valoarea din NTPA 001/2005.

b) Pentru CBO5:

Gratare / site : GE=0% ; 395mg/l

mg/l

Deznisipator : GE=30% ; 395 mg/l

mg/l

Decantor primar : GE=35% ; 276.5 mg/l

mg/l

Comparand cu valoarea din NTPA 001/2005 , conform careia , se constata ca valoarea obtinuta prin calcul este mai mare decat valoarea din NTPA 001/2005.

c) Pentru CCO-Cr :

Gratare/site : GE =0% ; =448 mg/l

mg/l

Deznisipator : GE=30% ; ; 448 mg/l

mg/l

Decantor primar : GE=35% ; = 313.6 mg/l

mg/l


d) Pentru N2 :

Gratare /site : GE =0% ; 144.02 mg/l

mg/l

Deznisipator : GE= 35% ; = 144.02 mg/l

mg/l

Decantor primar : GE= 35% ; = 93.62 mg/l

mg/l


Schema 2 Epurarea mecano-chimica

= mg

G/S – gratare/siteDz- deznisipatorD.P.-decantor primarC-F- coagulare-floculare

a) Pentru solide in suspensie

Gratare/site : GE=5% ; = 648 mg/l

mg/l

Deznisipator : GE= 50% ; =615.6 mg/l

mg/l

Coagulare /floculare : GE=50% ; =307.8 mg/l

mg/l

Decantor primar : GE=50% ; =153.9 mg/l

mg/l

Apa uzata

G/S Dz C-F D.P.

Apa epurata


a) Pentru CBO5:

Gratare/site : GE=0% ; =395 mg/l

mg/l

Deznisipator : GE=30% ; =395 mg/l

mg/l

Coagulare-floculare : GE= 50% ; = 276.5 mg/l

mg/l

Decantorul primar : GE=35% ; = 138.25 mg/l

mg/l


c) Pentru CCO-Cr :

Gratare/site : GE=0% ; = 448mg/l

mg/l

Deznisipator : GE=30% ; = 448 mg/l

mg/l

Coagulare-floculare : GE=50% ; = 313.6 mg/l

mg/l


101.92 mg/l


d) Pentru N2

Gratare-site : GE=0% ; 144.02 mg/l

mg/l

Deznisipator : GE=35% ; 144.02 mg/l

mg/l

Coagulare-floculare : GE=70% ; 93.61 mg/l

mg/l


mg/l


Schema 3. Epurarea mecano-biologica

G/S –gratare/siteDz – deznisipatorD.P.- decantor primarB.N.A.- bazin cu namol activD.S.- decantor secundar



mg/l


mg/l


mg/l

Bazin cu namol activ : GE=80% ; = 153.9 mg/l

Apa uzata

G/S Dz D.P. B.N.A.

D.S. Apa epurata

30.78 mg/l

Comparand cu valoarea din NTPA 001/2005 , conform careia , se constata ca valoarea obtinuta prin calcul este mai mica decat valoarea din NTPA 001/2005.

b) Pentru CBO5:


mg/l


mg/l

Decantorul primar : GE=35% ; adorptm GE=50% ; = 276.5 mg/l

mg/l

Bazin cu namol activ : GE=80% ; = 179.725 mg/l

mg/l


c) Pentru CCO-Cr :


mg/l


mg/l

Decantor primar : GE=35% ; =313.6 mg/l

mg/l

Bazin cu namol activ : GE=80% ; =203.84 mg/l

mg/l


d) Pentru N2


mg/l

Deznisipator : GE=35% ; 112 mg/l

mg/l


mg/l

Bazin cu namol activ : GE=80% ; 60.84 mg/l

mg/l


Schema 4. Epurarea mecano-biologica



mg/l


mg/l


mg/l

Filtru biologic : GE=80% ; = 153.9 mg/l

mg/l

Adsorbtie pe carbune activ : GE=75% ; = 30.78 mg/l

mg/l


b) Pentru CBO5:


mg/l


mg/l

Decantorul primar : GE=35% ; adoptam GE=50% ; = 276.5 mg/l

mg/l


mg/l


mg/l


c) Pentru CCO-Cr :


mg/l


mg/l


mg/l


mg/l


mg/l


d) Pentru N2


mg/l

Deznisipator : GE=35% ; 144.02 mg/l

mg/l

Decantor primar : GE=35% ; 93.61mg/l

mg/l

Filtru biologic : GE=70% ; 47.32 mg/l

mg/l

Adsorbtie pe carbune activ : GE=45% ; 17.25 mg/l

mg/l


Conform calculelor efectuate , cea mai buna tratare a apelor uzate urbane se va realiza cu epurarea mecano-biologica .

4.Elaborarea schemei bloc tehnologice

S-a constatat ca varianta tehnologica optima este statia de epurare mecano – biologica. Schema bloc este prezentata mai jos:

Gratarele si sitele , conform STAS 12431/86, se prevad la toate statiile de epurare, indiferent de sistemul de canalizare adoptat si indiferent de procedeul de intrare a apei in statia de epurare. Scopul gratarelor este de a retine corpurile plutitoare si suspensiile mari din apele uzate pentru a proteja mecanismele si utilajele din statia de epurare si pentru a reduce pericolul de colmatare a canalelor de legatura dintre obiectele statiei de epurare. Deznisipatoarele se prezinta sub forma unor bazine speciale din beton armat unde sunt retinute suspensiile granulare sub forma de particule discrete care sedimenteaza, independent unele de altele, cu o viteza constanta. In compozitia acestor depuneri predomina particulele de origine minerala, in special nisipuri antrenate de apele de canalizare de pe suprafata centrelor poluante. Necesitatea tehnologica a deznisipatoarelor in cadrul unei statii de epurare este justificata de protectia instalatiilor mecanice in miscare impotriva actiunii abrazive a nisipului, de reducerea volumelor utile ale rezervoarelor de fermentare a namolului organic ocupate cu acest material inert, precum si pentru a evita formarea de depuneri pe conductele sau pe canalele de legatura care pot modifica regimul hidraulic al influentului. Decantoarele primare sunt bazine deschise in care se separa substantele insolubile mai mici de 0.2 mm care in majoritatea lor, se prezinta sub forma de particule floculente, precum si substantele usoare care plutescla suprafata apei. In functie de gradul necesar de epurare a apelor uzate, procesul de decantare este folosit, fie in scopul prelucrarii preliminare a acestora inaintea epurarii lor in treapta biologica, fie ca procedeu de epurare finala daca in conformitate cu conditiile sanitare locale se impune numai separarea suspensiilor din apele uzate. Bazinele cu namol activ sunt constructii in care epurarea biologica aeroba a apei are loc in prezenta unui amestec de namol si apa uzata, agitate in permanenta si aerat. Epurarea apei in aceste bazine poate si asemuita cu autuepurarea care se produce in apele de suprafata ; in bazinele cu namol activ insa in afara de agitarea si aerarea ametecului, se realizeaza si accelerarea procesului de epurare, ca urmare a maririi cantitatii de namol prin trimiterea in bazine a namolului de recirculare. Influentul cu continut de impuritati organice este pus in contact intr-un bazin cu naml activ cu cultura de microorganisme care consuma impuritatile degradabile biologic din apa uzata. Apa epurata se separa apoi gravitational de namol activ in decantorul secundar. O parte din namolul activ, separat in decantorul secundar este recirculata in bazinul de aerare, iar alta parte este evacuata cu namol in exces in decantorul primar in asa fel incat in bazinele de aerare se mentine o concentratie relativ constanta de namol activ; in bazinul de aerare cultura de microorganisme este mentinuta in conditii de aerare printr-un aport permanent de aer sau oxigen. Decantoarele secundare constituie o parte componenta importanta a treptei de epurare biologica ; ele au drept scop sa retina namolul, materiile solide in suspensie separabileprin decantare. Namolul din decantoarele secundare are un continut mare de apa, este puternic floculant, este usor si intra repede in descompunere ; daca ramane un timp mai indelungat in decantoarele secundare, bulele mici de azot, care se formeaza prin procesul chimic de reductie, in aduc la suprafata si astfel nu mai poate fi evaluat.

Materii prime si auxiliare

Materia prima reprezinta un ansamblu de material destinat prelucrarii, intr-o instalatie industriala, in vederea obtinerii unui produs. Intr-un proces de epurare a apelor uzate se utilizeaza materii prime de diferite proveniente, acestea putand fi :

- materii prime naturale ;- materii prime fabricate industrial ;- produse secundare ale industriei chimice sau a altor

ramuri industriale.

Materiile prime pot fi :- amestecuri omogene de doua lichide organice ce

urmeaza a fi separate prin rectificare ;- solutiile diluate ale unor saruri supuse concentrarii prin

operatia de evaporare ;- amestecuri gazoase ce urmeaza a fi separate prin

absorbtie ;- diverse materiale sub forma granulara supuse uscarii.

Utilitati si energie

Functie de utilizarea care se da apei se deosebesc mai multe categorii : apa tehnologica, apa de racire, apa potabila, apa de incendiu, apa de incalzire.

Apa Apa ca agent de incalzire poate fi :

- apa calda la temperatura pana la 90˚C ;- apa fierbinte, sub presiune, pana la 130 - 150˚C.

Apa este un agent termic cu capacitate calorica mare, usor de procurat. Pentru incalzire, se prefera apa dedurizata in scopul evitarii depuneriolor de piatra. Aburul Aburul este cel mai utilizat agent de incalzire si poate fi : abur umed, abur saturat, abur supraincalzit. Aburul umed contine picaturi de apa si rezulta de la turbioanele cu contra presiune sau din operatiile de evaporare, ca produs secundar. Este cunoscut sub denumirea de abur mort. Aburul saturat este frecvent folosit ca agent de incalzire, avand caldura latenta de condensare mare si coeficienti individuali de transfer de caldura mari. Temperatura aburului saturat poate fi reglata usor prin modificarea presiunii. Incalzirea cu abur se

poate realiza direct, prin barbotare, sau indirect, prin intermediul unei suprafete ce separa cele doua fluide. Aburul supraincalzit cedeaza, in prima faza, caldura sensibila de racire, pana la atingerea temperaturii de saturatie, cand coeficientul individual de transfer de caldura este mai mic si apoi caldura latenta prin condensare.

Energia electrica

Aceasta reprezinta una din formele cele mai folosite datorita usurintei de transport la distante mari si la punctele de consum si randamentelormari cu care poate fi transformata in energie mecanica, termica sau luminoasa. Energia electrica este folosita si la incalzire, prin transformare in caldura, folosind mai multe tehnici :

- trecerea curentului prin rezistente electrice ;- transformarea energiei electrice in radiatii infrarosii ;- folosirea curentilor de inalta frecventa, medie si mica ;- folosirea pierderilor dielectrice ;- incalzirea prin arc electric.

Avantajul incalzirii electrice consta in reglarea usoara a aparaturii, posibilitatea generarii caldurii intr-un punct, introducerea unei cantitati mari de caldura intr-un volum mic, realizarea unei incalziri directe, fara impurificarea mediului si la orice presiune. Dezavantajul utilizarii energiei electrice il constituie costul ridicat si impunerea unor masuri speciale de protectia muncii.

Aerul comprimat Aerul comprimat poate fi folosit in urmatoarele scopuri :

- ca purtator de energie;- pentru amestecare pneumatica;- pentru diferite scopuri (curatirea utilajelor, uscare,

etc.).

5. PROIECTAREA TEHNOLOGICA A UTILAJELOR

5.1. Debite de calcul si de verificare utilizate in statiile de epurare municipale

Utilaje Debit de calcul (m3/s) Debit de verificare (m3/s)Gratare / site Qc = 2Qmax, orar QV = Qmin, orarDeznisipator Qc = 2Qmax, orar QV = Qmin, orarSeparator de grasimi Qc = Qmax, zi QV = Qmin, orarDecantor primar Qc = Qmax, zi QV = 2Qmin, orarBNA Qc = Qmax, zi QV = Qmin, orarDecantor secundar Qc = Qmax, zi QV = Qmin, orar

5.2. Calculul utilajelor din cadrul treptei mecanice de epurare ( gratare, deznisipator, bazin de egalizare, separator de grasimi, decantor primar)

A. Gratare

Toate statiile de epurare, indiferent de sistemul de canalizare adoptat si independent de procesul de intrare a apei in statia de epurare (curgere gravitationala sau compacta) au montate la intrare gratare ( fie ca sunt doua gratare, unul cu bare mai rare, iar altul cu bare mai dense, fie ca sunt 2 sisteme in serie e gratare etc.) In acest caz gratarele se prevad inaintea statiei de pompare. Scopul gratarelor este de a retine corpurile plutitoare si suspensiile mari din apele uzate pentru a proteja mecanismele si utilajele din statia de epurare si a reduce pericolul de colmatare a canalelor de legatura dintre obiectivele statiei de epurare. In general, se construiesc sub forma unor panouri metalice plane sau curbe in interiorul carora se sudeaza bare de otel paralele prin care sunt trecute apele uzate. In cazul unor debite mari de ape uzate, gratarele se considera ca sunt prevazute cu sisteme

de curgere mecanica cu o inclinare de 45 - 95˚C. Aceste gratare sunt amplasate in camere speciale care prezinta o supralargire a canalului din amonte sub un unghi de raportare de 90˚ pentru a se evita formarea de curenti turbionari. Pentru evitarea colmatarii este prevazut un canal de ocolire (by – pass) care asigura evacuarea apelor uzate fara a inunda camera gratarelor si zonelor din vecinatatea lor. Barele cele mai frecvent folosite sunt cele de sectiune dretptunghiulara ( 10x40mm sau 8x60mm ), dimensiunea fiind asezata normal pe directia de parcurgere a apei. Pentru a reduce marimea pierderilor hidraulice la trecerea apei prin gratare se recomanda rotunjirea muchiilor barelor. In unele situatii se poate accepta situatia cu bare cu sectiune rotunda care, sub aspect hidraulic, prezinta rezistente minime, in schimb sunt dificile de curatat in timpul exploatarii. Gratarele rae indeplinesc, de obicei, rolul de protectie a gratarelor dese impotriva corpurilor mari plutitoare. Distanta intre barele acestui gratar variaza in limitele 50 – 100 mm. Gratarele dese prezinta deschiderile dintre bare de 16 – 20 mm, cand curatirea lor este manuala si de 25 – 60 mm, cand curatirea lor este mecanica. Cele din fata statiilor de pompare a apelor uzate brute au interspatiile de 50 – 150 mm. Gratarele cu curatire manuala se utilizeaza numai la statiile de epurare mici cu debite pana la 0.1 m3/s, care deservesc maximum 15 000 locuitori. Curatirea se face cu greble, cangi, lopeti, etc., iar pentru usurarea exploatarii se vor minima a acestora fiind de 0.8 m. Avand in vederea variatiile mari de debite ce se inregistreaza in perioadele ploioase sau uscate de-a lungul unui an, exploatarea va fi mult usurata daca se prevad 2 panouri de gratare aferente debitelor respective. Gratarul cu curatire mecanica constituie solutia aplicata la statiile de epurare ce deservesc peste 15 000 locuitori, deoarece, in afara de faptul ca elimina necesitatea unui personal de deservire continua, asigura conditii bune de curgere a apei prin interspatiile gratarului fara a exista riscul aparitiei mirosurilor neplacute in zona. Spre deosebire de gratarele cu curatire manuala unde nu se prevad panouri gratare de rezerva, la cele cu curatire mecanica este necesar sa se prevada minimum un gratar de rezerva. Curatirea gratarului este realizata de cele mai multe ori cu grable mecanice care se deplaseaza prin deschizaturile barelor gratarului prin intermediul unor lanturi sau cabluri. Latimea gratarelor este limitata, ceea ce presupune adoptarea de mai multe compartimente in camera gratarelor. Fiecare compartiment va fi prevazut cu stavile de inchidere pentru a permite repararea gratarelor si a mecanismelor de curatire. In cazul cand depunerile retinute pe gratare depasesc cantitatea de 0.1 m3/zi, iar procedeul de curatire este mecaniza, se vor prevedea obligatoriu utilaje pentru tocarea ( faramitarea) acestor depuneri. In afara de gratarele plane, se pot folosi si gratare curbe cu curatire mecanica, care se compun dintr-un schelet metalic incastrat in beton, prevazut cu doua grable care curata, prin intermitenta gratarul. Distanta dintre barele panoului se considera de 16 mm, iar viteza apei printre bare variaza intre 0.8 si 1.1 m/s. Dimensionarea gratarului se face in functie de debitul apei uzate, de marimea interspatiilor adoptate intre barele gratarului si de latimea barelor metalice din care se executa panouri – gratar. Se va avea in vedere ca viteza apei prin gratar, din conditia de a

nu se antrena depunerilor prin interspatiile gratarului, sa nu depaseasca 0.7 m/s la debitul zilnic mediu si de maximum 1.2 m/s pentru debitul orar maxim. In amonte de gratar, limita maxima a vitezei este 0.4 m/s la debitul minim al apelor uzate, iar limita maxima este de 0.9 m/s corespunzatoare debitelor maxime si a celor pe timp de ploaie ( aceste limite de viteze nu vor permite depunerea materiilor in suspensie pe radierul camerei gratarului.

Dimensionarea gratarelor

Gratarele retin aproximativ 3 – 5% din materialele solide transportate de apele uzate. Din varianta tehnologica aleasa s-a propus un grad de epurare in ceea ce privesc materiile solide de 5 %.

a) Debite de calcul si de verificare ale gratarelor

Qc = 2Qmax, orar (m3/s)Qmax, orar = 0.219 m3/sQc = 2*0.219 =0.438 m3/sQV = Qmin, orar (m3/s)Qmin, orar = 0.12 m2/s

Se considera ca gratarele retin 3 – 5% din materialele solide transportate de apele uzate. Prin varianta tehnologica aleasa s-a propus un GE =

b) Viteza apei uzate prin interspatiile gratarelor, vg

Ea trebuie sa fie cuprinsa intre 0.7 – 1.1 m/s. Se adopta vg = 0.8 m/s.

c) Caracteristicile celor doua gratare

- latimea gratarelor (s); s = 10 mm = 0.01 m;- coeficientul de forma al barelor ( ); = 1.83;- distanta dintre (bi); bi = 20 mm = 0.02 m;- unghiul de inclinare ( ); = 75˚.

d) Viteza apei in amonte de gratar, va

Va = 0.4 – 0.75 m/s. In perioadele cu ape abundente va = 0.4 – 0.9 m/s.Se calculeaza cu relatia:

unde: Qc – debit de calcul (m3/s); Qc = 0.416 m3/s; Bc – inaltimea gratarelor (m); se adopta Bc = 2 m; hmax – inaltimea apei in amonte de gratar (m); hmax = 0.25 – 0.6 m; se adopta hmax = 0.4 m.

m/s.

e) Se calculeaza suma inaltimilor interspatiilor dintre bare,

vg = 0.8 m/s; hmax = 0.4 m;

f) Se calculeaza numarul de bare, nb

unde: c – latimea de prindere a barelor; c = 0.3; s – latimea barelor, s = 10 mm = 0.01 m;

g) Se verifica viteza apei in amonte de gratare, va

R – raza hidraulica:

j – panta gratarului; j = 0.5 mm = 0.0005 m;

h) Se calculeaza pierderile de sarcina pe gratar, h

unde: - coeficient de forma a barelor; = 1.83; s – latimea barelor; s = 0.01 m; b – interspatiu dintre bare; b = 0.02 m; va – viteza apei in amonte; va = 0.5 m/s; g – acceleratia gravitationala; g = 9.81; - unghiul de inclinare; = 75˚;

B. Deznisipatoare

Se prezinta sub forma unor bazine speciale din beton unde sunt retinute suspensiile granulare sub forma de particule discrete care sedimenteaza independent unele de altele cu o viteza constanta. Aceasta viteza depinde de forma, marimea si greutatea particulei. In compozitia acestor depuneri predomina particulele de origine minerala, in special nisipurie antrenate de apele de canalizare de pe suprafata centrelor populate, motiv pentru care se numesc deznisipatoare. Necesitatea tehnologica este justificata de protectia instalatiilor mecanice in miscare impotriva actiunii abrazive a nisipului, de reducerea volumelor utile ale rezervoarelor de fermentare a namolului organic ocupate cu acest material inert, percum a evita si formarea de depuneri pe conductele sau canalele de legatura care pot modifica regimul hidraulic al influentului. Amplasamentul deznisipatoarelr se va prevedea de la inceputul lineie tehnologice de epurare mecanica a apelor uzate, imediat dupa gratare, poate sa fie precedata si de statia de pompare, cu conditia ca aceasta sa fie echipata cu pompe elicoidale de tip melc. In functie de modul de curatire a depunerilor, se deosebesc deznisipatoare cu curatire manuala si deznisipatoare cu curatire mecanica si curatire hidraulica. In deznisipatoare sunt retinute si cantitati mici de materii organice antrenate pe particule minerale sau depuse impreuna cu acestea, mai ales la viteze mici. Sunt retinute particulele de nisip, cu diametrul mai mare de 0.2 – 0.3 mm pana la

maxim 1 mm. Eficienta deznisipatoarelor scade in cazul in care particulele prezinta dimensiuni mai mici de 0.2 mm (50% din cantitatea totala). Se va dimensiona un deznisipator orizontal tip canal, latimea acstuia este putin mai mare ca cea a canalelor apei uzate in statie. Au forma in plan dreptunghiular, cu raportul L/l = 10 – 15, fiind prevazut cu doua sau mai multe compartimente. La proiectarea deznisipatoarelor orizontale trebuie sa se stabileasca dimensiunile corespunzatoare realizarii unei eficiente cat mai mari in sedimentarea suspensiilor granulare. O influenta hotaratoare a eficientei in deznisipator o are suprafata bazinului de sedimentare a deznisipatorului si nu adancimea lui.

Dupa directia de miscare a apei, in aceste bazine se deosebesc deznisipatoare orizontale cu miscarea apei in lungul bazinului si deznisipatoare verticale unde miscarea apei se face pe verticala. Se mai numesc si deznisipatoare tip canal deoarece latimea lor putin mai mare fata de cea a canalului de intrare a apelor uzate brute in statie. Pentru debite mici se preconizeaza bazine alcatuite din 2 compartimente separate prin stavilare care permit functionarea lor prin intermitenta. In acest mod se asigura conditii pentru curatire manuala a fiecarui compartiment, avand in vedere faptul ca nisipul este retinut la suprafata unui material drenant sub care se prevede un dren comandat de o vana. Apa rezultata de la golirea compartimentului ce urmeaza a fi curatat este dirijata inapoi in statie. In sectiunea transversala, fiecare canal are forma dreptunghiulara, iar radierul are o panta de 0.02 – 0.05 in sens invers directiei de miscare a apei. Evacuarea manuala a nisipurilor este admisa numai pentru cantitati de pana la 0.5 m3/s. In acest scop se curata nisipul de pe radier cu unelte terasiere, iar indepartarea lui se face prin relee de lopatare sau benzi transportatoare. La proiectarea deznisipatoarelor orizontale se recomanda a avea proiecte tip elaborate de PROED Bucuresti. Un astfel de bazin, cu doua compartimente are latimea de 1.50 m iar adancumea totala variaza intre 1.50 si 3.0 m ihn functie de marimea debitului. Proiectarea deznisipatoarelor orizontale consta in stabilirea formei si dimensiunilor interioare ale bazinului, in dimensionarea instalatiilor de evacuare a epunerilor si in dimensionarea dispozitivelor pentru mentinerea unei viteze constante a apei in deznisipator. Viteza orizontala a apei in bazin este in stransa dependenta de viteza critica la care este antrenat materialul depus pe radierul deznisipatorului. Prin cercetari experimentale indelungate s-a ajuns la concluzia ca viteza orizontala a apei trebuie sa fie mai mica sau egala cu viteza critica la carea apa uzata antreneaza suspensiile depuse pe fundul bazinului. Valoarea maxima a acestei viteze orizontale este de 0.3 m/s corespunzatoare debitului orar maxim, iar valoarea minima este de 0.05 m/s pentru debitul orar minim.

Dimensionarea deznisipatorului

Am ales GE = 50% pentru materii solide, GE = 30%, pentru CBO5 si GE = 35% pentru CCOCr.

a) Debite de calcul si verificare

Qc = 2Qmax, orar = 2*0.219 = 0.438 m3/s; Qv = Qmin, orar = 0.069 m3/s.

b) Volumul util al deznisipatorului, Vdez

Vdez = Qc*td (m3)unde: Qc – debit de calcul, m3/s; Qc = 0.438 m3/s; td – timp de deznisipare, s; td = 30 – 60 s, se adopta td = 50 s;

Vdez = 0.438*50 = 21.9 m3

c) Calculul suprafetei orizontale, A0

unde: - coeficient ce tine cont de regimul de curgere si gradul de epurare pentru materiile solide. Se adopta, pentru GE = 30%, = 1.5;

vs – viteza de sedimentare in deznisipator; se adopta vs = 2.3 cm/s = 0.023 m/s; B – latimea deznisipatorului; L – lungimea deznisipatorului.

d) Se calculeaza incarcarea superficiala,

e) Se calculeaza aria tranzversala, At

unde: Qc – debit de calcul, m3/s; Qc = 0.416 m3/s; va – viteza de trecere a apei prin deznisipator; va = 0.05 – 0.3 m/s. In functie de diametrul particulelor retinute (nisip) se adopta va = 0.15 m/s.

f) Se calculeaza lungimea si latimea deznisipatorului

50=11.25 m;

n=B/b1= 2,54/1,15 = 2,2 3 compartimente

g) Se calculeaza inaltimea deznisipatorului

B. Bazinul de egalizare

Variatiile de debit si de concentratie ce apar ca urmare a proceselor tehnologice industriale si activitatii umane sau gospodaresti, provoaca dereglari in functionarea statiei de epurare, de aceea se impune a proiecta un bazin de egalizare si uniformizare a debitelor respective. Operatia de uniformizare si egalizare a debitelor si concentratiilor apelor uzate prezinta urmatoarele avantaje: evitarea problemelor de operare si instabilitatea regimului hidraulic, evitarea instabilitatii parametrilor de operare si scaderii gradului de epurare a diferitelor trepte de epurare, pentru epurarea fizico – chimica si biologica concentratiile uniforme reprezinta un avantaj atat prin prisma consumului de reactivi, cat si a problemelor de mentinere constanta a eficientei procesului de epurare si in special pentru evitarea „incarcarilor soc”, prin utilizarea unor debite si concentratii uniformizate se evita cheltuieli suplimentare datorita supradimensionarii utilajelor. Bazinul de egalizare a debitelor este de forma cilindrica si pentru proiectarea sa se urmareste determinarea diametrului si inaltimii.

Schema de principiu a unui bazin de egalizare si uniformaizare a debitelor este prezentata mai jos:

Figura Sectiunea transversala prin bazinul de egalizareh – inaltimea utila, m; hu = 1.8 – 2 m; se adopta hu = 2 m;hs – inaltimea de siguranta, m; hs = 0.2 – 0.4 m; se adopta hs = 0.4 m;hd – inaltimea zonei de depunere, m; hd = 0.2 – 0.4 m; se adopta hd = 0.4 m;D – diametrul bazinului, m; D = 12 – 20 m;

H = hs + hu + hd = 0.4 + 0.4 + 2 = 2.8 m.

Se adopta H = 2 m.

C. Decantorul primar

Decantorul este un bazin deschis in care se separa substantele insolubile mai mici de 0.20 mm, care in majoritatea lor, se prezinta sub forma de particule floculente, precum si substante usoare care plutesc la suprafata apei. In functie de gradul necesar de epurare a apelor uzate, procesul de decantare este folosit, fie in scopul prelucrarii preliminare a acestora inaintea epurarii lor in treapta biologica, fie ca procedeu de epurare finala, daca in conformitate cu conditiile sanitare locale se impune numai separarea suspensiilor din apele uzate. Dupa directia de miscare a apei uzate in decantoare, acestea se impart in doua grupe: decantoare orizontale si decantoare verticale; o varianta a decantoarelor orizontale

sunt decantoarele radiale. In decantoarele orizontale apele uzate circula aproape orizontal; in cele verticale apa ciircula de jos in sus, iar in cele radiale apa se deplaseaza de la centru spre periferie, cu aproximativ aceeasi inclinare fata de orizontala ca si decantoarele orizontale. Dupa amplasarea lor in statia de epurare, se deosebesc: decantoare primare, amplasate inainte de instalatiile de epurare biologica si care au drept scop sa retina materiile in suspensie din apele brute; decantoare secundare, amplasate dupa instalatiile de epurare biologica si care au drept scop sa retina asa – numitele namoluri biologice, rezultate in urma epurarii in instalatii biologice. Randamentul sedimentarii particulelor floculente depinde de numerosi factori, cum ar fi: timpul de decantare, incarcarea superficiala sau viteza de sidimentare si accesul sau evacuarea cat mai uniforma a apei din decantor. Pentru proiectarea decantoarelor sunt necesare studii privitoare la viteza de sedimentare sau de ridicare la suprafata a materiilor in suspensie, exprimata global prin incarcarea superficiala sau hidraulica, in m3/m2h. Conform STAS 4162/1 – 89, marimea acestei incarcari de suprafata variaza in functie de concentratia initiala a materiilor in suspensie din apa uzata si de eficienta decantoarelor. In scopul maririi eficientei de reducere a suspensiilor in decantorul primar se folosesc urmatoarele solutii tehnologice:

o cresterea duratei de decantare;o adaugarea unor substante in suspensie care sedimenteaza usor;o aerarea preliminara a apelor uzate care contribuie la formarea

flocoanelor prin intensificarea numarului de contacteale ale particulelor floculente.

Ansamblul bazinelor de decantare trebuie sa prevada cel putin doua compartimente in functiune cu dispozitive de separare; un canal de ocolire va asigura scoaterea in functiune a fiecarei unitati de decantare. La alegerea dimensiunilor decantorului s-a avut in vedere ca la suprafata apei la bazinele largi se pot forma valuri datorita vantului, vor influenta eficienta procesului de decantare.

Decantorul primar orizontal longitudinal Este un bazin din beton armat cu forma in plan dreptunghiulara, avand lungimi cuprinse intre 30 – 100 m si adancimi medii de 3 m. Acest bazin se construieste separat sau in grupuri, in scopul obtinerii unor reduceri ale suprafetelor de teren si economisirea volumelor de beton in pereti, precum si pentru utilizarea in comun ale instalatiilor de curatire. Radierul bazinului se executa cu o panta medie de 0.01 m, inversa sensului de curgere al apei, pentru o mai usoara alunecare a namolului spre palnia de colectare situata la capatul amonte al decantorului. Colectarea namoluli spre palnia de namol se poate face mecanic prin mecanisme razuitoare montate pe un carucior sau pe un lant fara sfarsit, precum si manual cu ajutorul hidromonitoarelor. Cand se foloseste razuitorul mobil montat pe carucior, in fata caruciorului se prevede o lama pentru colectarea spumei si a substantelor grase care plutesc la suprafata apei, acestea fiind impinse spre un jghiab pentru evacuarea materiilor plutitoare, fiind asezat la partea amonte a decantorului.

Indepartarea namolului din palnie se face prin gravitatie (daca conditiile locale permit) folosind o conducta cu diametrul minim de 200 mm sau prin pompare folosind o conducta de refulare cu un diametru mai mare de 150 mm precum si prin presiunea hidrostatica (cazul cel mai raspandit) diametrul minim al conductei fiind de 200 mm. O deosebita importanta in ceea ce priveste asigurarea unei eficiebte maxime a decantoarelor orizontale, o reprezinta accesul uniform al apei in decantor. In acest scop se poate aplica solutia cu orificii prevazute cu deflectoare sau solutia numai prin pereti gauriti, orificiile fiind indreptate catre radier pentru ca prin schmbarea ulterioara a directiei de curgere a apei, sa se asigure uniformizarea curentului pe toata inaltimea apei in bazin. Forma si dimensiunile uzuale ale decantoarelor orizontale longitudinale sunt prezentate in STAS 4162/1-89.

Dimensionarea decantorului

In conformitate cu STAS 4162/1-89, in decantorul primar se pot obtine orientativ urmatoarele eficiente:

o 40 – 60% in reducerea concentratiei suspensiilor solide;o 20 – 25% in reducerea concentratiei CBO5.

In cazul decantorului primar s-au propus urmatoarele grade de epurare: GEss = 50%, GECBO5 = 35%, GECCOCr = 35%, GENt = 35%.

a) Debite de calcul si de verificare

Qc = Qmax, zi (m3/s);Qc = 0.219 m3/s;Qv = 2Qmax, orar (m3/s);Qv = 2*0.219 = 0.438 m3/s.

b) Determinarea vitezei de sedimentare, vs

Viteza de sedimentare se determina in doua moduri:o cu ajutorul testelor de sedimentare;o se adopta din STAS 4126 – 1/1989 in functie de gradul de

epurare stabilit pentru solidele in suspensie si in functie de concentratia initiala a materiilor in suspensie din tema de proiectare:

Viteza de sedimentare se propune a avea valori de v s = 1.5 m/h = 0.00041 m/s pentru incarcari initiale cu materii in suspensie mai mic de 200 mg/l.

c) Calculul vitezei de circulatie a apei prin decantor, va

Va = 10 mm/s = 10*10-3 m/s

d) Timpul de stationare in decantor, ts

Variaza intre 1.5 – 2.5 h, dar conform STAS 4162 – 1/89, se recomanda a fi de maxim 1.5 h.Ts = 1.5 h = 5400 s.

e) Calculul volumului spatiului de decantare, VVs = Qc*ts (m3)Vs = 0.458*5400 = 2473.2m3.

f) Se calculeaza aria orizontala si aria transversala

g) Se calculeaza lungimea decantorului, LL = va * ts (m)L = 0.01 * 5400 = 54 m.

h) Se calculeaza inaltimea totala a decantorului, HH = Hs + Hu + Hd (m)

Hs – inaltimea de siguranta; Hs = 0.2 – 0.6 m; se adopta Hs = 0.5 m;Hu – inaltimea efectiva a zonei de sedimentare, m;

Hu = vs * ts = 0.00041 * 5400 = 2.25 m;Hd – inaltimea zonei de depuneri; Hd = 0.2 – 0.6 m; se adopta Hd = 0.4 m;

H = 0.4 + 2.25 + 0.5 =3.15 m.

i) Se calculeaza latimea decantorului, B

Deoarece B depaseste valoarea standardizata de 4 – 5 m, se recurge la decompartimentarea decantorului si la calcularea numarului (n) de compartimente functie de latimea adoptata pentru un compartiment si notata cu B1. Se adopta B1 = 5m.

adoptam n = 4 compartimente

j) Calculam volumul total de namol depus in decantor, Vt,namol

unde GE = 50% = 0.5;

- densitatea namolului rezultat in bazinul de decantare primar; = 1100 – 1200 Kg/m3; adoptam = 1150 Kg/m3;

- concentratia initiala de solide in suspensie la intrarea in decantor;

= 307.8 mg/l = 307.8 * 10-3 Kg/m3; p – umiditatea namolului; alegem p = 95%; Qc = 0.438 m3/s = 37843.2 m3/zi

5.3. Determinarea utilajelor in cadrul treptei biologice(bazin de namol activ, decantorul secundar)

Epurarea biologica constituie un proces prin care se elimina prin fenomene biochimice continutul de substante organice dizolvate si uneori a unor suspensii coloidale de natura organica.In cadrul procesului ce are loc in epurarea biologica sunt folosite microorganisme care participa la procese ce pot fi grupate in aerobe si anaerobe.

Microorganismele aerobe sunt folosite in mod curent la epurarea majoritatii apelor uzate cu caracte preponderent organic si in ultima vreme si la fermentarea aeroba a namolului. Desi procedeele aerobe de epurare biologica in biofiltre,in bazine cu namol activ,pe campuri de irigatii si in iazuri difera intre ele cu privire la timpul de utilizare a namolului biologic,fenomenele biochimice esentiale sunt identice. Procesele de epurare biologica nu pot avea loc dectat in cazul in care apele uzate sunt supuse epurarii au valoare bilogica,respectiv continut,pe de o parte suficiente substante nutritive,iar pe de alta parte,dispun de substantele necesare sintezei organice.Apele uzate menajere,prin natura lor,avand un continut complex de substante organice biodegradabile,intrunesc conditiile unei epurari biologice. Componenta organica a apelor uzate indutrial variaza in functie de specificul industriei si a materiilor prime prelucrate.Unele substante organice existente in apele uzate industriale sunt degradate cu usurinta de catre microorganisme,alte substante solicita,pentru indepartarea lor, o flora selectionata adecvat,iar unele substante sunt rezistente la atacul microorganismelor sau sunt degradate indelungat. Bazinul de namol activ,are ca scop principal degradarea sau eliminarea substantelor organice din apele uzate prin procese biochimice care conduc la scaderea CBO5 si a materiei solide coloidale preponderent de materie organica. Procesul epurarii biologice in bazinul de namol activ este asemanator celui care se dezvolta in locurile sau cursurile naturale cand se produce autoepurarea apei,aici aplicandu-se un complex de masuri care contribuie la intensitatea proceselor: marimea concentratiei namolului activ,aerarea artificiala a operatiei,pentru intensificarea oxigenarii acesteia,agitarea artificiala a apei in vederea dispersarii in apa uzata bruta a namolului recirculat. Avantajele folosirii bazinului cu namol activ sunt:realizarea unei eficiente mai ridicate,atat iarna cat si vara,sunt lipsite de mirosul neplacut si de prezenta mustelor,suprafetele specifice constituente sunt mai reduse,permite o mai buna adaptare a procesului tehnologic din statia de epurare la modificari de durata ale caracteristicilor apelor uzate. Marele incovienent al acestui proces este de ordin energetic deoarece necesita un consum mare specific de energie mai ridicat,aceasta energie fiind absorbita de utilajele care furnizeaza oxigenul necesar proceselor aerobe. Un bazin de aerare se prezinta sub forma unui bazin rectangular din beton armat,unde epurarea biologica are loc in prezenta unui amestec de namol activ si apa uzata.Pentru asigurarea unui contact intim si continuu a celor doi componenti ai amestecului,se impune o agitare permanenta a acestora cu ajutorul aerului care asigura,in acelasi timp si oxigenul necesar coloniilor de microorganisme aerobe existente in compozitia namolului activ,sub forma de flocoane.In bazin se urmareste o concentratie cvasiconstanta a namolului activ in decantorul secundar. Simultan cu eliminarea substantei organice impurificatoare,se obtine cresterea namolului activ sub forma materialului celular insolubil si sedimentabil in decantoarele secundare.O parte din acest namol este utilizat in mijloace tehnologice proprii(namolul activ de recirculare), iar diferenta numita namolul activ in exces,este dirijata in decantoarele primare pentru a le mari productivitatea de eliminare a suspensiilor datorita prezentei flocoanelor care au efectul unui coagulant.

Pentru apele uzate cu concentratii mari in CBO5 ,viteza reducerii materiilor organice raportata la unitatea celulara va ramane constanta pana la o anumita limita de concentratie a substratului,dupa care,pentru valori ale acestuia mai reduse,viteza variaza numai in functie de concentratia materiilor organice si va fi descrescatoare. Apele uzate intra in bazinul cu namol activ apoi intra in decantorul secundar de unde o parte din namol este eliminat in exces sau este recirculat. Ipoteze pentru proiectarea bazinelor cu namol activ si a decantoarelor secundare:1. bazinul de namol activ este asimilat cu un bazin cu amestecare perfecta in care se considera ca in orice punct din bazin concentratia substratului cat si a namolului activ este egala cu cea de la iesirea din bazin;2. epurarea biologica se realizeaza in ansamblul format din bazinul de namol activ si decantorul secundar;3. procesul biologic de degradare a materiei organice care are loc numai in bazinul de namol activ,in decantorul secundar se realizeaza separarea flocoanelor biologice de apa epurata si recircularea unei parti a namolului activ in bazinul de namol activ;4. in decantorul secundar,namolul activ trebuie mentinut in stare proaspata pein evacuarea excesului si recircularea unei parti de namol activ in bazinul de namol activ in conformitate cu raportul de recirculare;5. principalele caracteristici ale namolului activ ce sunt avute in vedere in proiect in treapta biologica,sunt: -indicele volumic al namolului IVN; -incarcarea organica a namolului ION; -indicele de incarcare organica a bazinului IOB. Schema de baza in trepta biologica este prezentata in figura 2,care presupune existenta unui BNA alimentat cu aer,urmat de un DS in care are loc separarea flocoanelor.

Figura 2.Schema bloc a treptei de epurare biologica

Dimensionarea bazinului cu namol activ a) Calculul materiei organice la intrarea in treapta biologica exprimata prin concentratia la intrarea in bazin a CBO5: CBO5=179.725 mg/l b) Debitul de calcul: Qc=Qzi,max=0,438m3/s c) Calculul gradului de epurare pentru treapta biologica in conformitate cu conditiile de deversare(NTPA 001/2005) GESS=80%; GECBO5=80%; GECCOCr=80%; GENt=70% d) Calculul incarcarii organice a bazinului.I0B reprezinta cantitatea de CBO5 din influent exprimata in kg CBO5/zi care poate fi indepartata dintr-un m3 de bzin de aerare.Se poate calcula in 3 moduri: -folosind relatia de calcul:

GEb-gradul de epurare in CBO5; V-volumul bazinului de aerare,m3; K-coeficientul influentat de temperatura.Daca temperatura in bazin este: T=10-20°C,atunci K=5; T=30-40°C,atunci K=7; T=20-30°C,atunci K=6; IOB=5 =2.236kg CBO5/m3·zi e) Incarcarea organica a namolului activ,se poate calcula: -folosind relatia:

ION=

QC-debit de calcul; CCBO5ib-cincentratia initiala a CBO5; V-volumul bazinului cu namol activ; CN-concentratia namolului; CN=2,5-4 kg/m3

ION=

ION=K(1-GEb)=5(1-0,8)=1 kg CBO5/kg NA·zi f) Se calculeaza concentratia namolului activ

CN= = kg CBO5/m3

g) Volumul bazinului cu namol activ

h) Calculul debitului de namol activ recirculat QR=r*Qc,(m3/s); r-raport de recirculare

r= ;

CR=10kg MTS/m3

CN-concentratia namolului activ CR-concentratia namolului recirculat

r=

Qr= m3/s

i) Timpul de aerare

Daca se ia in calcul recircularea namolului

Unde Q’r=debitul maxim de recirculare(se reomanda a fi maxim)

Q’r=0,7*Qc=0,7*0,438=0.3066 m3/s

j) Calculul namolului in exces Acest calcul se face cu relatia Huncken:

QNex=1,2* , kg/zi

Unde LSB=VB*IOB=3041.75*2,236=6801.35 kg/zi QNex=1,2*10.23*0,8*6801.35=6529.29 kg/zi k) Calculul necesarului de oxigen se face cu relatia: CO=a*GECBO5*C+b*CNt,kgO2/zia*GECBO5*C-corespunde necesarului de oxigen pentru respiratia substratuluib*CNt-reprezinta necesarul de oxigen pentru respiratia endogena neluand in considerare procesul de nitrifiare a=coeficientul corespunzator utilizarii substratului de catre microorganisme.Pentru apele uzate municipal a=0,5 kgO2/kgCBO5

GEb=gradul de epurare realizat in treaptade epurare biologica.GE=80% C=cantitatea totala de materie organica exprimata prin CBO5 adusa de catre apa uzata influenta.C=Qc*(CCBO5)ib,[kg CBO5/zi] C=0,438*179.725*10-3*3600*24=6801.37 kg CBO5/zi

b=coeficientul necesar respiratiei endogene a microorganismelor,respectiv de oxigenul consumat de unitatile de namol activ aflat in bazin,in timp de o zi.Se adopta b=0,15 kgO2/kgCBO5·zi CNt=cantitatea totala de materii solide totale de namol activ si se determina cu relatia:

CNt

CO=0.5*0.8*6801.37+0.15*6801.37=3740.75 kgO2/zi1) Se calculeaza capacitatea de oxigenare.CO care reprezinta cantitatea de

oxigen ce trebuie introdusa prin diferite sisteme de aerare.

CO= ,kg/zi

Unde: CO2= cantitatea de oxigen necesara consumului materiilor organice de catre microorganisme. CO=6992.42kg/zi α=raportul dintre capacitatea de transfer a O2 in apele uzate si capacitatea de transfer de O2 prin apa curata.α=0,9 pentru apele uzate municipale. COS=concentratia de saturatie a O2 in apa in conditii standard(la temperatura de 10°C si 760 mmHg in apa curata).COS=11,3mg/l(conform STAS 11566/91)

CSA=conditii de saturatie a O2 in amestecul de apa uzata si namol activ la temperatura de lucru (20°C).CSA=7,4mg/l(conform STAS 11566/91). CB=concentratia efectiva a O2 in amestec de apa uzata si namol activ la temperatura de lucru.Se recomanda pentru CBvalori cuprinse intre 1,5-2mg/l,se adopta CB=1,5mg/l k10/kt=raportul dintre coeficientul de transfer al O2 pentru temperatura de 10°C si coeficientul de transfer al O2pentru temperatura de lucru(20°C).Se adopta k10/kt=0,83(conform STAS 11566/91). p=presiunea barometrica anuala calculata cu o medie a valorilor zilnice in orasul unde se realizeaza epurarea apelor uzate.Se adopta p=782mmHg

kg/zi

m) Utilizarea sistemelor de aerare-pentru eficientizarea activitatii biologice,respiratia de oxigenare biologica care permit degradarea substantelor organice foloseste un sistem de distributie a aerului generat in compresoare sau turbosuflante folosind dispozitive pneumatice de dispersie a aerului.Dispersia aerului se poate face sub forma de bule fine(avand diametru mai mic de 0,3mm),bule mijlocii(D=0,3-3mm) si bule mari(D=10mm).In proiectare se va alege dispersarea aerului prin bule fine care caracterizeaza sistemul de distributie prin materiale porose.Se calculeaza capacitatea de oxigenare orara:

CO’= kg/zi

n) Se calculeaza debitul de aer necesar si acesta se afla cu formula:

Qaer= m3/h

Unde : COs-capacitatea specifica de oxigenare a BNA-ului prin insuflarea aerului care variaza intre 8-10 g O2/m3 aer si m3 bazin pentru bule fine.Se alege COs=9 gO2/m3 aer. Se va calcula suprafata placilor poroase Ap in ipoteza in care distribuitorul de aer este pozitionat la o inaltime de imersie in masa de apa uzata fata de suprafata bazinului . Se adopta Himersie=4m.

m3/h

m2

Unde Iaer-intesitatea aerarii.Se adopta 1m3/m2·min aer Se calculeaza energia bruta a sistemului de aerare,Eb. Eb=Himersie·Esp, kWh/m3

Unde : Esp-consumul energetic specific,Esp=5,5Wh/m3

EB=4·5.5·103=22000kWh/m3

o) Se calculeaza dimensiunile BNA-ului si numarul de compartimente -inaltimea BNA-ului este cuprinsa intre 3-5 m Ht=Himersie+Hsig=4+0,75=4,75m -latimea BNA-ului B=1,25·H=1,25·4,75=5,937m -lungimea BNA-ului: L=8·B=8·5,937=47,5m Decantorul secundar

In decantoarele secundare se retine membrana biologica sau flocoanele de namol activ evacuate odata cu efluentul din filtrele biologice,respectiv din bazinele de aerare.Rezulta ca decantorul secundar constituie o parte componenta de baza a treptei de epurare biologica. Decantoarele secundare frecvent folosite sunt de tip longitudinal si radial,echipate cu dispozitive adevate pentru colectarea si evacuarea namolului in mod continuu sau cu intermitenta,intrevalul de timp dintre 2 evacuari de namol sa nu fie mai mare de 4 ore.Avand in vedere ca acest namol prezinta un continut mare de apa,evacuarea lui se face prin sifonare sau prin pompare,podul raclor este echipat cu conducte de suctiune care dirijeaza spre o rigola pentru evacuarea lui in exterior. Se va proiecta un decantor secundar radial in conformitate cu urmatoarele date:

a) Debitul de calcul si debitul de verificare

Qc=Qzi,max(m3/s) Qc=0,438m3/sb) Se stabileste incarcarile superficiale ale DS cu materii solide:

Iss= kg/h·m2

Unde: CN-concentratia namolului activ(kg/m3) QR-debitul de recirculare,m3/h Au-suprafata utila a decantorului radial.

Se determina - incarcarea hidraulica a decantorului,se determina pe baza

experientelor in conformitate cu <1,9m3/m2h.

m2

kg/m2·zi

c) Se determina timpul de decantare

In conformitate cu STAS 4162/2-89 valoare lui tdc=3,5-4h.Se adopta tdc=4h.d) Se calculeaza inaltimea utila a decantorului si respectiv a volumului decantorului

secundar

hu=tdc· =4·1,2=4,8m

V=Qc·tdc=0,438·4·3600=6307.2 m3

Se impune un numar minim de 2 decantoare radiale cu A0=1117.1m2 => D=40m, H=3.9m, Vutil=6048m3.

e) Se calculeaza volumul de namol rezultat din decantorul secundar

Unde : GE-eficienta separarii namolului activ in DS=85% γn-greutatea specifica a namolului care pentru o umiditate a namolului de 80% este intre 1100-1200kg/m3. Css

i-concentratia initiala a materiei solide intrate in decantorul secundar, Css

i=30.78 mg/l p=umiditatea namolului decantat;p=95%

m3/h

A. Sa se elaboreze proiectul tehnologic al unei instalatii de epurare a apelor uzate municipale

Se dau urmatoarele date: Qzi,max=0,438m3/s

B. Compozitia apelor uzate care sunt introduse in statia de epurare

Solide in suspensie -Ciss=648mg/lCompusi organici -CBO5=395mg/l -CCO-Cr=448mg/lAzot total –CiN=112mg/lTemperatura apei uzate: 17.2°CpH=6.81C. Analize de laborator ale emisarului in care se deverseaza apele

epurate:

Concentratia de oxigen dizolvat din receptor=8.895mg/lCCCO-Cr=10.19mg/lSolide in suspensie: (CSS)r=7.695mg/lAzot total CNr=7.8Temperatura medie a apei=10°C

D. Studiile hidrologice ale emisarului indica:

Viteza medie a apei- v=1,5m/sDebitul emisarului- Qe=5m3/sCoeficientul de sinuozitate al raului=1,2Constanta de oxigenare a apei din emisar-K2=0,17zi-1

E. Utilaje ce urmeaza a fi proiectate:

Treapta mecanica: Gratar

Deznisipator

Separator grasimi

Bazin de egalizare

Decantor primar

Treapta biologica:

Bazin de aerare cu namol activ

Decantor secundar

O cantitate importanta de deseuri provin de la treapta mecanica de epurare si sunt constituite din corputi plutitoare de dimensiuni mari care sunt retinute de gratare si site si idn depuneri minerale de la deznisipatoare. Aceste deseuri sunt colectatein containere unde se usuca si apoi sunt deversate la groapa de gunoi a localitatii. Epurarea apelor uzate,in vederea evacuarii in receptorii naturali sau recircularii lor,conduce la retinerea si formarea unor cantitati importante de namoluri ce inglobeaza atat materiile poluante din apele brute,cat si cele formate in procesul de epurare. O statie de epurare poate fi considerata eficienta nu numai daca efluentul se incadreaza in limitele impuse de calitatea receptorului, ci si daca namolurile rezultate au fost tratate suficient de bine in vederea valorificarii lor finale, fara a afecta calitatea factorilor de mediu din zona respectiva. La baza tuturor procedeelor de tratare a namolurilor stau 2 procese tehnologice si anume stabilizarea prin fermentare(anaeroba sau aeroba) si eliminarea apei din namol(deshidratarea). Intre aceste 2 procedee de baza exista diverse combinatii de procedee a caror aplicare se face diferentiat in functie de conditiile locale definite de cantitatea si calitatea namolurilor,de posibilitatea asigurarii terenurilor pentru amplasarea instalatiilor de energie. Procedeele de prelucrare conduc la obtinerea urmatoarelor tipuri de namoluri: -namol stabilizat(aerob sau anaerob); -namol deshidratat(natural sau artificial); -namol igienizat(prin pasteurizare,tratare chimica sau compostare); -namol fixat rezultat prin solidificare in scopul imobilizarii compusilortoxici; -cenusa rezultata din incinerarea namolurilor.

UNIVERSITATEA “PETROL – GAZE” PLOIEŞTIFACULTATEA TEHNOLOGIA PETROLULUI ŞI PETROCHIMIE

SPECIALIZAREA: INGINERIA PROTECŢIEI MEDIULUI

PROIECT TRATAREA SI EPURAREA APELOR

REZIDUALE

ÎNDRUMĂTOR PROIECT: STUDENT: Petrache Marius Prof. dr. ing. Casen Panaitescu ANUL IV -3141-

TEAR-proiect Petrache Marius

Documents

Transcript of TEAR-proiect Petrache Marius