APA INDUSTRIALA

APA INDUSTRIALA

1. Generalitati

Apa reprezinta aproximativ 72 % din suprafata planetei. Din cantitatea de apa existenta pe Terra, peste 97 % o reprezinta apele sarate ale marilor si oceanelor. Apele dulci (terestre si atmosferice) reprezinta aproximativ 3 %, din care, 2 % este cuprinsa in ghetari si calote polare, iar 1 % se afla sub forma de ape curgatoare, lacuri, panze freatice, din care doar 0,14 % este utilizabila in scopuri sociale si economice.

In functie de domeniul de utilizare apele naturale se clasifica astfel:

1) Apa potabila. Aceasta apa trebuie sa indeplineasca o serie de conditii si indici de salubritate: continutul admis de microorganisme, suspensii, saruri solubile, pH, substante organice.

2) Apa industriala - este apa utilizata in industrie. Aceasta se subimparte in:

a) Apa tehnologica - este apa folosita direct in productie ca materie prima sau auxiliara pentru obtinerea diferitelor produse (de ex. apa folosita la fabricarea betoanelor sau la fabricarea painii). Aceasta nu impune conditii de calitate prea severe, cu exceptia industriilor alimentara si farmaceutica, care necesita apa de calitatea celei potabile si industriile textila si a celulozei si hartiei care necesita o apa limpede, cu duritate scazuta si cu continut scazut de fier si mangan.

b) Apa de spalare - este apa folosita la spalarea materiilor prime, a produsilor, a utilajelor, etc. Aceasta trebuie sa nu contina suspensii, sa nu fie corosiva, sa nu contina uleiuri si grasimi.

c) Apa de racire - este apa folosita la racirea utilajelor si instalatiilor. Aceasta apa trebuie sa fie limpede, lipsita de microorganisme, stabila la depuneri si sa nu fie corosiva.

d) Apa de alimentare a cazanelor cu aburi - este apa folosita pentru prepararea aburului tehnologic si a apei calde menajere. Aceasta apa necesita conditii cu totul speciale, cu atat mai stricte cu cat valorile de presiune si temperatura la care lucreaza cazanele sunt mai mari. Apele de alimentare a cazanelor trebuie sa fie lipsite de substante cu caracter acid, cum sunt: acizii humici, acizi organici, anorganici, saruri acide, CO₂ sau alti compusi agresivi deoarece, acestea au actiune corosiva asupra cazanelor. Prezenta oxigenului dizolvat favorizeaza coroziunea chimica. Actiunea corosiva a O₂ creste mult in prezenta CO₂-ului. De asemenea, trebuie sa fie lipsite de impuritati mecanice si de uleiuri si grasimi. Uleiurile si grasimile se depun pe peretii metalici sub forma de pelicule fine, foarte slab conducatoare termic si pot duce la supraincalziri locale. Duritatea acestor ape trebuie sa fie cat mai mica deoarece, sarurile de calciu si magneziu se depun sub forma de cruste aderente sau sub forma de namol, inrautatind procesul de transfer termic sau duc la obturarea si chiar infundarea conductelor. Din aceste motive apa trebuie dedurizata.

3) Apa reziduala - este apa impurificata cu deseuri solide, lichide sau gazoase provenite din gospodarii casnice, din intreprinderi industriale, etc. Apele reziduale contin o mare cantitate de substante nocive: microorganisme, substante organice, acizi, saruri, etc. si nu pot fi deversate in rauri decat dupa o prealabila epurare.

Principalii parametri de calitate ai apelor sunt:

a)   Duritatea apei - vezi lucrarea de laborator: determinarea duritatii apei.

b) Reziduul uscat - reprezinta continutul total de saruri. Se obtine prin evaporarea la 105 - 110 C si se exprima in mg/l.

c)   Limpezimea - se determina prin identificarea unui reper sub un strat de apa la o anumita inaltime (vizual sau fotoelectric).

d) Oxidabilitatea apei - exprima continutul de substante organice din apa si se exprima in mg KMnO₄ folosit pentru oxidarea substantelor organice dintr-un litru de apa (mg KMnO₄ /l).

e)   pH-ul - vezi lucrarea de laborator: determinarea pH-ului solutiilor.

2. Tratarea apelor industriale si reziduale

Tratarea apelor industriale si reziduale urmareste imbunatatirea unor caracteristici ale apei brute pentru a corespunde calitativ pentru utilizarea intr-un anumit scop. Principalele procese de tratare sunt: potabilizarea, dedurizarea si epurarea apelor uzate.

Potabilizarea. Etapele procesului de potabilizare sunt: a) sedimentarea naturala a suspensiilor din apa; b) sedimentarea cu ajutorul coagulantilor; c) decantarea; d) decolorarea; e) filtrarea; f) dezinfectia.

a)   Sedimentarea naturala a suspensiilor din apa este etapa in care, impuritatile solide grele (nisip sau alte substante grele de natura minerala) se depun sub actiunea propriei greutati, in bazine speciale, numite deznisipatoare.

b) Sedimentarea cu ajutorul coagulantilor (coagularea). Suspensiile foarte fine, cu dimensiuni sub 10^-3 mm si cele coloidale nu se pot elimina prin simpla decantare, oricat de lung ar fi timpul de sedimentare. Din acest motiv, in apa de tratat se introduc asa numitii reactivi de coagulare, cum sunt: Al₂(SO₄)₃, FeCl₃, etc. Prin hidroliza reactivilor de coagulare se formeaza hidroxizi cu proprietati de coloizi.

Al₂(SO₄)₃ + 6 H₂O 2 Al(OH)₃ + 6 H⁺ + 3 SO₄^2-

FeCl₃ + 3 H₂O Fe(OH)₃ + 3 (H⁺ + Cl^-)

Particulele coloidale formate, prin proprietatile lor electrice, atrag suspensiile din apa favorizand procesul de floculare si sedimentare.

f)    Dezinfectia apei urmareste indepartarea germenilor patogeni si micsorarea numarului de germeni saprofiti (rezultati in urma putrezirii plantelor). Dezinfectia apei se poate realiza prin procedee:

- fizice: prin radiatii termice (fierbere), sonore, UV, ionizante;

- chimice: cu ajutorul unor agenti oxidanti puternici (Cl₂, substante clorogene, O₃, Br₂, KMnO₄, etc.);

- biologice: distrugerea bacteriilor se realizeaza cu ajutorul membranelor biologice ce se formeaza in partea superioara a stratului de nisip filtrant, in cazul filtrelor lente. Aceasta metoda se foloseste mai rar.

Dedurizarea urmareste reducerea continutului de saruri solubile de calciu si magneziu din apa. Aceasta se poate realiza prin mai multe metode:

a)   Aerarea - consta in trecerea apei peste o serie de cascade sau in pulverizarea apei in aer, cand are loc o desorbtie a dioxidului de carbon liber din apa, ce se afla in echilibru cu bicarbonatii de calciu si magneziu, deplasand astfel echilibrele spre formarea carbonatilor insolubili.

Ca(HCO₃)₂      CaCO₃ + CO₂ + H₂O

b) Procedeul termic - consta in incalzirea apei la 103-105 C, cand are loc descompunerea termica a bicarbonatilor de calciu si magneziu, cu formare de carbonati insolubili, ce se indeparteaza sub forma de namol.

c)   Distilarea - asigura obtinerea unei ape complet demineralizate, dar procedeul este costisitor si din acest motiv se aplica frecvent numai atunci cand sunt necesare cantitati relativ scazute de apa dedurizata si mai rar la scara industriala.

d) Procedeul cu var, soda si soda caustica:

- varul indeparteaza duritatea temporara:

Ca(HCO₃)₂ + CaO 2 CaCO₃ + H₂O

- soda indeparteaza duritatea permanenta:

CaCl₂ + Na₂CO₃ CaCO₃ + 2 NaCl

CaSO₄ + Na₂CO₃ CaCO₃ + Na₂SO₄

- soda caustica indeparteaza duritatea temporara si partial duritatea permanenta:

Ca(HCO₃)₂ + 2 NaOH CaCO₃ + Na₂CO₃ + 2 H₂O

MgSO₄ + 2 NaOH Mg(OH)₂ + Na₂SO₄

Se pot folosi si alti reactivi cum sunt: MgO, Na₃PO₄, oxalati, cromati, etc.

e)   Procedeul cu schimbatori de ioni - procedeul folosit in lucrarea de laborator: determinarea duritatii apei. Este procedeul cel mai utilizat in industrie.

Conditiile de calitate pentru apa potabila si industriala sunt stabilite prin norme (standarde). De exemplu, apa folosita in industria fibrelor textile nu trebuie sa contina ioni de calciu si magneziu, care reduc capacitatea de spalare si albire a anumitor auxiliari textili. Apa folosita in industria fibrelor sintetice nu trebuie sa contina ioni de fier, care se depun sub forma de oxizi si obtureaza canalele de filare.

Epurarea apelor uzate. Apele reziduale contin multe substante organice (unele in descompunere), substante toxice si microbi patogeni. Deversarea acestor ape, fara o prealabila epurare, duce la poluarea masiva a receptorilor naturali (lacuri, rauri, fluvii, mari).

Prin epurare se intelege indepartarea substantelor poluante din apa. Epurarea apelor reziduale se realizeaza in procese de epurare constituite din mai multe etape:

- epurarea mecanica - asigura indepartarea suspensiilor grosiere din apa;

- epurarea mecano-chimica - cuprinde procesele de coagulare, decantare, filtrare si dezinfectie;

- epurarea biologica - se realizeaza cu ajutorul unor bacterii care transforma, prin metabolismul lor, o serie de compusi toxici in saruri minerale inactive. Dintre procedeele de epurare biologica, procedeul cu namol activ ocupa un loc tot mai important, ca urmare a eficientei crescute si a posibilitatilor de efectuare a unui bun control al functionarii instalatiei.

Acest procedeu implica aerarea apei preepurate si amestecarea ei cu o cantitate oarecare de namol, denumit namol activ. Namolul activ se obtine in timp prin aerarea apei uzate care contine o anumita incarcare de substante organice si este format din microorganisme, substante organice amorfe si substante anorganice aglomerate in flocule. Floculele, datorita proprietatilor lor de adsorbtie, retin materialele organice din apa uzata, pe care cu ajutorul microorganismelor ce sunt prezente pe suprafata lor, le oxideaza biochimic. Prin introducerea artificiala a aerului, a agitarii, si a formarii unei mari suprafete de contact (data de floculele de namol activ) se ajunge in mod artificial la o autoepurare intensiva, intr-un spatiu restrans si intr-un timp relativ scurt.

Avantajele acestui procedeu constau in obtinerea unui efluent limpede, neputrescibil, fara mirosuri, intr-o oarecare masura nitrificat, lipsit de bacterii patogene si de suspensii si cu un continut final de substante organice oxidabile relativ scazut. Dezavantajele procedeului rezulta din sensibilitatea namolului activ la eventuale socuri de substante toxice sau incarcari organice mari, necesitatea unei intretineri si exploatari atente a instalatiei, precum si din dificultatile legate de indepartarea namolului obtinut.