Epurarea apelor uzate industrial

Epurarea apelor uzate industrial

A. Procese fizice:

Procesele fizice de epurare sunt acelea in care substantele poluante nu sufera transformari in alte substante, avand la baza principiile:

a) separarea gravitationala a particulelor grosiere, nedizolvate in apa, sub influenta campului gravitational al Pamantului, prin sedimentare, prin flotatie sau prin centrifugare. Este posibil fenomenul de aglomerare (floconare), flocoanele avand mase mai mari si care sedimenteaza mai repede. Ca exemplu se prezinta fig.1, un decantor, care poate fi cu curgere a apei verticala si orizontala. Eliminarea namolului din decantor se poate face manual si intermitent. Dupa forma, decantoarele pot fi circulare si rectangulare. Evacuarea apei limpezite se face prin deversoare.

b) flotatia este un proces unitar de separare din apa, sub actiunea campului gravitational terestru, a particulelor cu densitate medie mai mica decat a apei. Flotatia poate fi naturala sau cu aer introdus in apa sub forma de bule fine prin difuzoare poroase. Scopul flotatiei este de a forma o spuma stabila care sa incorporeze particulele insolubile. Flotatia se poate face se poate face in bazine circulare sau dreptunghiulare.

c) filtrarea consta in trecerea apei printr-un mediu poros in care are loc retinerea prin fenomene predominant fizice. Filtrarea este un proces de sitare cu ajutorul unei tesaturi fine sau impaslituri.

d) retinerea pe gratare si site a impuritatilor grosiere (crengi, fire etc) pe gratare si a celor mai mici pe site. Viteza apei la intrarea in gratare este de cca. 0.3 m/s pentru a evita depunerile pe gratar dar nu mai mare de cca. 1 m/s pentru a nu intepeni corpurile grosiere intre bare. Sitele servesc pentru retinerea impuritatilor nedizolvate de dimensiuni mai mici si sunt realizate din table metalice sau din placi de material plastic perforat. Sitele pot fi statice si mobile (ciururi cu miscare de vibratie sau giratoare). Indepartarea materialelor din site se face cu perii, prin simpla alunecare unde se prezinta o sita formata din bare triunghiulare. Sitele fine din tesaturi din fire metalice sau fire din materiale plastice se folosesc pentru suspensii de particule fine.

e) epurarea in filtre granulare si filtre cu prestrat. Materialul granular folosit ca umplutura filtranta este nisipul cuartos. Se mai folosesc filtre cu mai multe straturi de materiale granulare, cu densitati diferite (de ex. din antracit, nisip cuartos, granat) care pot fi spalate, granulele aranjandu-se cu diametrul descrescand in sensul de curgere.

f) epurarea prin membrane. Membrana este o bariera pentru speciile moleculare sau ionice prezente in curentul de apa care o strabate. Ca materiale pentru membrane se folosesc acetatul de celuloza, materiale polimerice stabile in timp (poliamide, polisuflone, etc.). Procesul de epurare cu membrane se numeste osmoza, care poate fi directa sau inversa, in functie de directia apei de la o solutie diluata la una concentrata sau invers.

Alte metode de epurare prin membrane sunt:

ultrafiltrarea - se folosesc mai multe membrane cu permeabilitate selectiva pentru anumiti componenti.

electrodializa - foloseste membrane cu permeabilitate selectiva la anioni, respectiv cationi, deplasarea acestora facandu-se sub influenta unui camp electric, ca la electroliza.

g) transferul intre faze se bazeaza pe trecerea poluantilor intr-o alta faza, nemiscibila cu apa, care poate fi lichida, solida sau gazoasa. Astfel exista extractia lichid-lichid (se foloseste un solvent in care poluantul este mult mai solubil decat in apa, apoi, dupa agitare, are loc procesul de sedimentare, cand se formeaza doua straturi: apa extrasa si extractul), extractia lichid-gaz (in loc de solvent se foloseste aer, gaze de ardere).

De exemplu, la valori mici de pH este posibila indepartarea hidrogenului sulfurat:

S^2- + 2H⁺ H₂S  (hidrogen sulfurat molecular

sulfura solubila mai greu solubil in apa)

in apa

iar la valori ridicate ale pH-ului a amoniacului si, in general, a bazelor slabe volatile:

NH₄⁺ + OH^- NH₃ + H₂O (amoniac molecular

ioni de amoniu greu solubil in apa)

solubili in apa

h) distilarea se face prin epurarea apelor uzate prin trecerea apei in faza de vapori, prin incalzire, urmata de condensarea vaporilor, deoarece impuritatile au o volatilitate mai redusa ca apa.

i) inghetarea consta in trecerea apei in faza solida sub forma de cristale de gheata, care se separa de solutia reziduala imbogatita in impuritati.

j) spumarea este un proces de separare din apa a unor impuritati organice dizolvate, datorita adaugarii unor agenti de spumare si prin barbotarea apei cu aer sub forma de bule fine.

k) absorbtia are la baza fenomenul de retinere pe suprafata unui corp a moleculelor unei substante dizolvate in apa Materialul, lichid sau solid, pe care are loc retinerea se numeste absorbant, iar substanta retinuta absorbat.

Ca absorbanti se folosesc materiale solide cu suprafata specifica mare, carbunele activ, cenusa fina, etc. Cele mai utilizate instalatii de  epurare prin absorbtie sunt de tip dinamic , cu paturi fixe de carbune activ. Trebuie evitata colmatarea cu particule in suspensie. Carbunele activ poate retine o masa de substante organice de pana la 5% din greutatea sa. Regenerarea se face pe cale termica, la circa 900^oC in atmosfera controlata.

B. Procese chimice

Prin procesele chimice de epurare, poluantii sunt transformati in alte substante mai usor de separat, precipitate insolubile, gaze, care pot fi stipale, care au o activitate nociva mai redusa sau sunt mai susceptibile de a fi indepartate.

a) neutralizarea este un proces prin care pH-ul unei solutii uzate este reglat prin adaos de acizi sau baze.

Neutralizarea apelor acide se face cu substante cu caracter bazic (oxizi, hidroxizi, carbonati). Neutralizantii care sunt utilizati sunt: piatra de var (carbonat de calciu), dolomita (carbonat de calciu si magneziu), varul (oxid de calciu) sub forma de hidroxid de calciu (lapte de var sau var stins praf).

Neutralizarea apelor alcaline se face cu acizi reziduali, cu gazele de ardere bogate in CO₂ (14%) etc. Deoarece influentii au debite variabile in timp, este necesara o bucla de reglare a pH, marind debitul de agent neutralizant.

b) oxidarea si reducerea

Scopul oxidarii este de a converti compusii chimici nedoriti in altii mai putin nocivi. Ca oxidanti se pot folosi: oxigenul, ozonul, permanganati, apa oxigenata, clorul si bioxidul de clor. Ca exemplu se da distrugerea cianurilor cu clor pana la formarea de cianati sau azot molecular:

CN^- + OCl CNO + Cl^-

2 CNO + 3 OCl N₂ + 2HCO₃^- + 3Cl^-

Reducerea consta in transformarea unor poluanti cu caracter oxidant in substante inofensive care pot fi usor epurate. Ca exemplu se da reducerea cromului hexavalent la crom trivalent, in vederea precipitarii acestuia ca hidroxid:

Cr₂O₇^2- + 6 Fe SO₄ + 7 H₂SO₄ Cr₂(SO₄)₃ + 3 Fe₂(SO₄)₃ + 7 H₂O + SO₄^2-

Ca agenti reducatori se folosesc sarurile fierului trivalent, sulfati, acidul sulfuros.

c) precipitarea este un proces de epurare bazat pe  transformarea poluantilor din apele reziduale in produsi insolubili. Ca exemplu se da indepartarea fluorului din apa prin introducerea de ioni de calciu:

2 F^- + Ca² CaF₂ - precipitat

d) coagularea si flocularea - indepartarea unor particule prin sedimentare (coagulare) si destabilizarea prin absorbtia unor molecule mari de polimeri care formeaza punti de legatura intre particule (floculare). Se folosesc pentru particule coloidale. In acest scop se folosesc polimeri organici sintetici sau anorganici.

e) schimbul ionic

Schimbatorii de ioni se utilizeaza mai ales pentru dedurizarea apelor, folosind cationati in forma sodiu (Na), iar regenerarea lor se face cu clorura de sodiu:

2 ZNa + Ca²⁺ Z₂ Ca + 2 Na⁺

Folosirea schimbatorilor de ioni este o solutie mai scumpa.

C. Procese biologice

Substantele organice pot fi indepartate din apa de catre microorganisme care le utilizeaza ca hrana, respectiv sursa de carbon.

Reactiile enzimatice au doua faze:

(1) moleculele de enzima si de substanta utilizata ca hrana (substrat) formeaza complecsi

(2) complecsii se descompun eliberand produsul de reactie si enzima

Enzima + Substrat (Enzima substrat)

K₂

(Enzima substrat) Enzima + Produs reactie

Epurarea biologica aeroba se realizeaza in constructii in care biomasa este suspendata in apa sub forma de agregate de microorganisme (flocoane), sistemele fiind aprovizionate cu oxigen.

Epurarea biologica anaeroba a apelor uzate se realizeaza in incinte inchise (bazine de fermentare) ferite de accesul oxigenului care inhiba activitatea microorganismelor anaerobe. Prin descompunerea poluantilor organici se obtin gaze de fermentare combustibile, datorita continutului ridicat de metan.

D. Dezinfectia

Dezinfectia este necesara in cazul apelor uzate care contin microorganisme. Daca sterilizarea presupune distrugerea tuturor microorganismelor, prin dezinfectie nu se distrug toate. Dezinfectantul patrunde prin peretele celular si denatureaza materiile proteice din protoplasma, inclusiv enzimele. Un dezinfectant pentru apa este clorul activ care actioneaza sub forma de ion de hipoclorit, cu efecte pronuntate la valori mici ale pH. Dintre metodele fizice de dezinfectie, cele mai utilizate sunt metoda termica si iradierea cu radiatii de energie ridicata.