APELE UZATE ORASENESTI SURSA DE POLUARE A MEDIULUI

APELE UZATE ORASENESTI SURSA DE POLUARE A MEDIULUI

1. CONSIDERATII GENERALE ASUPRA POLUARII APELOR

Apa, in circuitul ei, trece prin diverse locuri de intrebuintare, procese tehnologice, folosinte menajere, se incarca cu diverse materiale si substante care o degradeaza, ii strica calitatea, facand-o, in general, nefolosibila in continuare. Productia de ape uzate inregistreaza o crestere anuala medie de circa 3% si este de asteptat ca volumul de apa uzata sa se dubleze la finele acestui secol. Efectul acestor ape asupra raurilor (principalele surse de apa) este dublu: se reduce cantitatea de apa curata necerara in viitor si se restituie un volum corespunzator de ape uzate, conducand la poluarea raurilor. In plus, nu numai cantitatea de deseuri a crescut cantitativ si in volum, dar si caracterul acestora s-a modificat. De exemplu, marea extindere a industriei chimice de sinteza cu numeroasele sale produse, a provocat aparitia de reziduuri necunoscute inainte. Aceasta schimbare a caracterului reziduurilor reprezinta o problema mai grava decat cresterea cantitatii. Pana de curand majoritatea substantelor organice care se foloseau erau de natura naturala, adica ele erau sintetizate pe cale biologica, fiind deci biodegradabile. Este caracteristic pentru majoritatea substantelor sintetizate artificial ca, datorita structurii lor, ele nu intra usor, sau deloc, in reactii biologice, constituind substante nebiodegradabile care participa intens la poluarea apelor. Aceasta situatie devine evidenta daca facem o comparatie intre materialul natural si inlocuitorul sau sintetic : lemn cu plastic, bumbac sau lana cu nilon sau terilena, sapun cu detergenti etc.

Se pare ca gravitatea problemelor de poluare a apelor este perceputa mai clar de individ atunci cand le examineaza la o scara mai mare si intr-o masura mai mica cand participa personal la folosirea apei. Este eficient sa observe practica destul de obisnuita in locuintele urbane de a scapa de cele mai variate produse nedorite prin aruncarea lor la canalizare (uleiuri, medicamente, vopsele, deseuri de hartie, chimicale alterate etc). Aceasta optica , de a scapa de produsele nedorite, in oarecare masura, este sustinuta de parerea destul de raspandita ca poluarea resurselor naturale poate fi combatuta relativ usor prin epurarea apelor uzate. De asemenea, exista tendinta de a privi poluarea apei ca un fenomen recent descoperit si pentru care, in trecut s-a facut foarte putin sau nimic. Lucrarile de reducere a poluarii resurselor naturale au fost efectuate intr-un mod extrem de modest. Chiar si cuvantul APA UZATA, cauza cea mai mare a poluarii existente, are o rezonanta neplacuta si mai putin eleganta in vorbirea curenta.

Poluarea apelor constituie un subiect international si face obiectul a numeroase congrese si conferinte internationale.

OBIECTIVELE EPURARII APELOR UZATE

Pentru asigurarea cantitativa si calitativa a apei necesare tuturor folosintelor (industrii, irigatii, orase etc) este necesar , ca pe langa alte lucrari si masuri de gospodarire a apelor , sa se asigure utilizarea cu randament maxim a instalatiilor de epurare existente si sa se dezvolte noi tehnologii de epurare capabile sa asigure , din apa epurata o noua resursa de apa pentru alimentarea sistemelor de irigatii sau pentru industrii.

Procesul de epurare consta in indepartarea din apele uzate a substantelor poluante in scopul protectiei calitatii apelor si in general a mediului inconjurator.Epurarea constituie unul din aspectele poluarii apei. Stabilirea comportarii multiplelor substante care polueaza apele de suprafata, precum si efectele lor asupra organismelor vii fac obiectul epurarii apelor. Epurarea apelor uzate se efectueaza in constructii si instalatii grupate intr-o anumita succesiune tehnologica in cadrul unei statii de epurare.

3. POLUANTI CARACTERISTICI, IMPACTUL ASUPRA MEDIULUI,    NECESITATE AEPURARII APELOR UZATE.

Conform definitiei ONU, poluarea apelor reprezinta modificarea directa sau indirecta a compozitiei naturale datorita activitatilor umane, in asa fel incat este efectuata utilizarea apei pentru diverse folosinte. Aceasta definitie poate nu este completa, dar reprezinta, in general, ideea poluarii. Apele uzate cu cea mai mare incarcatura de poluanti sunt apele uzate menajere si cele industriale. O parte din poluanti le sunt comuni.Principalele tipuri de poluanti care confera apelor "calitatea" de ape uzate datorita modificarii caracteristicilor fizice, chimice, bacteriologice sau radioactive sunt:

Compusi organici biodegradabili care provin din apele uzate menajere, industriale etc. Cele mai incarcate sunt cele din industriile alimentare, cea organica de sinteza si de hartie, din complexe de crestere a animalelor (abatoare, zootehnie).Impactul acestor compusi consta in reducerea concentratiei de oxigen dizolvat cu repercursiuni asupra florei, faunei. Are loc procese anaerobe; exista riscul reducerii capacitatii de autoepurare. Prezenta acestor compusi este indicata de CBO₅ (indicator specific).

Compusi organici nebiodegradabili (refractari sau poluanti prioritari) rezultati din surse precum ape uzate din industria organica de sinteza, cea a celulozei si hartiei, petrochimica si metalurgica. Sunt compusi organici cu toxicitate acuta sau cronica si/sau cu caracter mutagen sau cancerigen. Impactul este deosebit asupra cursurilor de apa, asupra oamenilor si asupra organismelor acvatice. Incetinesc sau stopeaza procesele de autoepurare sau epurare biologica si pot da produsi secundari de dezinfectie. Oxidabilitatea este mai mica decat la compusii organici biodegradabili datorita structurii chimice pe care o au.

Compusii organici toxici sau nebiodegradabili se pot clasifica dupa cum urmeaza:

-compusi halogenati ai hidrocarburilor saturate si nesaturati ciclici sau aciclici;

-compusi aromatici monociclici;

-compusi fenolici;

-compusi aromatici policiclici;

-compusi ai acidului ftalic de tipul esterilor si eterilor;

-compusi cu azot;

-pesticide;

-compusi policlorurati ai fenilbenzenului.

Toti compusii citati provin din industria organica de sinteza, industria textila, industria celulozei si hartie, rafinarii de petrol, industria metalurgica, industria miniera si industria lemnului.

Clorurile si sulfurile din apele uzate pot influenta procesele biologice de epurare daca cantitatile lor depasesc anumite limite. Clorurile sub forma de ioni de clor din apa uzata menajera provin in special, din urina de origine animala sau umana, ca urmare a consumului in alimentatie a clorurii de sodiu. Sulfurile din apele uzate menajere pot fi determinate si puse in evidenta sub forma de sulfuri totale, sulfuri de carbon si hidrogen sulfurat (care ne dau indicatii asupra lipsei oxigenului din apa si aparitia proceselor anaerobe).

Metalele grele existente, in special, in apele uzate industriale sunt toxice pentru microorganismele care participa la epurarea biologica a apelor si la fermentarea anaeroba a namolurilor. Limitele admisibile pentru Cu, Zn, Cd, Pb, Hg, Co sunt evidentiate in STAS 4706 - 88. Determinarea lor in laborator prin analize standard necesita durate mari de timp si un echipament complex derivat din necesitatea utilizarii unei game largi de reactivi. In ultimul timp se practica metoda spectrofotometriei cu absorbtie atomica al carui aparat este capabil sa determine un numar de 27 elemente minerale, intre care si metalele grele mentionate.

Substante radioactive folosite din ce in ce mai mult in medicina, tehnica etc, precum si la centralele atomice creaza noi probleme celor care se ocupa cu protectia calitatii apelor. Aceste substante care emit radiatii influenteza procesele de epurare si pot fi periculoase pentru personalul de exploatare.

Substantele organice din apele uzate menajere provin din dejectiile umane si animale, din resturile de alimente, legume si fructe, precum si din alte materii organice evacuate in reteaua de canalizare. Prezenta substantelor organice in apa poate reduce oxigenul din apa pana la 0, iar in apa lipsita de oxigen, substantele organice se descompun prin procese anaerobe care au loc concomitent cu producerea hidrogenului sulfurat si a altor gaze rau mirositoare si toxice (indol, scatol, etc).

Nutrientii includ N₂, P, compusi anorganici si organici cu azot si fosfor, si sulfati. Principalele surse de generare le constituie apele uzate menajere si efluentii din industria ingrasamintelor chimice. Azotul si fosforul stimuleaza cresterea necontrolata a algelor si microorganismelor producand fenomenul de eutrofizare.

Substante toxice (poluanti prioritari) includ detergenti, cianuri, compusi organici clorurati, lignina, compusi proveniti din industria chimica, industria celulozei si hartiei, industria petrochimica.

Poluantii prioritari sunt compusi organici sau anorganici selectati pe baza toxicitatii foarte mari, a efectelor cancerigene sau mutagene. Acesti poluanti sunt denumiti si compusi toxici refractari si se gasesc in majoritatea cazurilor in apele uzate industriale, fiind insa depistati uneori in cantitati foarte mici in apele de alimentare datorita unor infiltratii sau datorita epurarii necorespunzatoare a apelor din amonte.

Suspensii inerte, materiale coloidale sau materii fin divizate rezulta ca urmare a proceselor de spalare din diverse industrii. Prin depunerea solidelor in suspensie se perturba viata acvatica normala.

Apa calda este produsa de multe industrii, cum ar fi industria enegetica, petrochimica si de sinteza organica care utilizeaza apa ca agent de racire. Deversata ca atare in emisar apa calda perturba desfasurarea procesului de autoepurare. Limita la noi in tara la deversare este de 30⁰C.

Contaminarea bacteriologica poate fi produsa de catre industria alimentara, crescatoriile de animale sau canalizarea apelor menajere si industriale in sistem combinat.

Alti poluanti sunt substantele petroliere, sarurile, bazele si acizii peste concentratia limita (C.M.A.), agentii reducatori (grupe de sulfiti, sulfati), uleiuri care apar in efluentii generati in diferite industrii. Impactul: consum de oxigen dizolvat sau impiedica transferul de oxigen din atmosfera in apa. Influenteaza procesele de tratare a apei si viata organismelor subacvatice care duc la modificari de pH si depuneri in albie.

4. CARACTERISTICILE APELOR UZATE

Determinarea caracteristicilor apelor uzate municipale este necesara pentru proiectarea statiilor de epurare dar si pentru controlul si operarea acestora in conditii optime.

Prin caracterizarea apelor uzate se intelege determinarea parametrilor calitativi (indicatori de calitate) cu referire la:

-indicatori fizici ;

-indicatori chimici ;

-indicatori biologici

A. Caracteristici fizice

Temperatura apelor uzate influenteaza majoritatea reactiilor fizice si biochimice care au loc in procesul de epurare. Apele uzate menajere au o temperatura cu 2-3⁰C mai ridicata decat cea a apelor de alimentare, cu exceptia cazului de deversari de ape calde tehnologice sau cand in retea se infiltreaza ape subterane.

Turbiditatea apelor uzate este data de particulele foarte fine aflate in suspensie, care nu sedimenteaza in timp. Turbiditatea nu constituie o determinare curenta a apelor uzate, deoarece nu exista o proportionalitate directa intre turbiditate si continutul lor in suspensii. Analizele de laborator se exprima in grade de turbiditate, 1 grad de turbiditate corespunzand la 1 mg SiO₂/dm³ de apa. Orientativ, apele uzate menajere prezinta valori ale gradului de turbiditate in limitele de 400 - 500⁰ in scara silicei.

Culoarea apelor uzate menajere proaspete este gri deschis, iar culoarea gri inchis indica inceputul procesului de fermentare a materiilor organice existente in aceste ape. Pentru apele uzate care prezinta alte nuante de culori, rezulta ca amestecul acestora cu apele uzate industriale care patrund in reteaua de canalizare este domiat de acestea din urma (ape verzi de la industriile de legume, ape galbene de la industriile prelucratoare de clor, ape rosii de la uzine metalurgice etc).

Mirosul apelor uzate menajere proaspete este aproape inperceptibil: intrarea in fermentatie a materiilor organice este indicata de mirosuri de hidrogen sulfurat, de putregai sau de alte mirosuri de produse de descompunere. Apele uzate orasenesti pot avea mirosuri diferite imprimate de natura si provenienta apelor uzate industriale.

Materiile solide totale (MST) care se gasesc in apa uzata pot fi in stare de suspensie (organice si minerale) si materii solide dizolvate (organice si minerale). Materiile solide in suspensie, la randul lor, pot fi separabile prin decantare si materii coloidale. In functie de dimensiunile diferitelor particule (gradul de dispersie) si de greutatea specifica a acestor particule, materiile solide in suspensie se pot depune sub forma de sediment, pot pluti la suprafata apei sau pot pluti in masa apei (materiile coloidale).

Analizele apelor uzate menajere indica o cantitate totala a materiilor solide de 65 g/om zi, din care, materiile solide decantabile reprezinta 35- 50 g/om zi (in medie 40 g/om zi), ceea ce reprezinta 60-75% din materiile solide totale. In cazul indepartarii unei parti din reziduurile menajere solide prin maruntire (tocare) si evacuare apoi hidraulic, prin reteaua de canalizare, se inregistreaza o crestere semnificativa (cca 100 g/om zi) a depunerilor in statia de epurare.

B. Caracteristici chimice

Apele uzate contin carbohidrati, grasimi si uleiuri, proteine, fenoli, pesticide, poluanti prioritari, compusi organici volatili. Acestia pot proveni din dejectiile umane si animale, resturi alimentare, legume si fructe sau alti compusi organici de sinteza proveniti din apele uzate industriale. Prezenta materiilor organice pot reduce O₂ dizolvat favorizand aparitia proceselor anaerobe. Analiza continutului de compusi organici prezinta o importanta deosebita pentru functionarea statiilor de epurare, testele putand fi grupate in doua categorii:

analize care masoara concentratii mai mari de compusi organici mai mari de 1mg/L precum CBO , CCO_Cr , CTCO (continutul total de carbon organic), CTO (consum teoretic de oxigen).

analize care determina urme de compusi organici (10^-12 - 10^-3 mg/L) folosind metode instrumentale de analiza, cum ar fi cromatografia in faza lichida/gazoasa, spectrofotometrice.

analize anorganice : aciditatea, alcalinitatea, pH, sulfati, nitrati, etc.

CBO₅ este consum biochimic de oxigen in interval de cinci zile la o temperatura standard de 20 C. Este un indicator general care da informatii asupra continutului de substante organice biodegradabile din apa uzata sau despre necesarul de oxigen al microorganismelor din apa. Practic se determina diferenta dintre cantitatea de oxigen initiala din apa uzata si cea de dupa 5 zile de incubatie la temperatura constanta.

Pentru ape uzate menajere CBO₅ are valorile 100400 mg/L, in timp ce in apele uzate industriale variaza in limite mai largi functie de provenienta lor. Este un indicator important pentru proiectarea treptelor biologice. Procesele consumatoare ale oxigenului dizolvat sunt cele de transformare ale carbonului organic in CO₂ si de transformare a NH₃ in NO₂ si NO₃

CCO este consumul chimic de oxigen. Se poate determina prin doua metode:

- Metoda cu KMnO₄ in mediu acid (nu se foloseste in cazul apelor uzate decat foarte rar).

- Metoda cu K₂Cr₂O₇ in mediu acid pentru determinarile specifice analizei apelor uzate (la 100C). Este masura cea mai potrivita a oxidabilitatii, daca concentratia de ioni Cleste mai mare de 300mg /L se foloseste ca inhibitor pentru HgSO₄.

CCO_Cr ia valori de 300800 mg/L pentru apele uzate municipale in general dar se poate ajunge la 9001200 mg/L in unele cazuri.

CTO este consumul teoretic de oxigen determinat pe principiul cromatografiei in faza gazoasa evidentiaza toate substantele organice si anorganice existente in proba de ape uzate care intra in reactii chimice pana la nivelul de oxizi stabili. Se poate calcula daca se cunoaste natura compusilor organici impurificatori.

CTCO este continutul total de carbon organic din apa. Este un indicator global pentru concentratii destul de mici. Principiul de determinare consta in introducerea unor volume exact masurate de apa in dispozitive de oxidare chimica sau in cuptoare cu temperatura inalta. Carbonul este transformat in CO₂ in prezenta unui catalizator si apoi se determina CO₂ intr-un analizor cu raze IR. Inaintea determinarii se realizeaza filtrarea probei si eventual o acidifiere pentru a elimina interferentele.

Aciditatea apelor uzate este determinata de prezenta bioxidului de carbon liber, a acizilor minerali si a sarurilor acizilor tari cu baze slabe. Aciditatea se exprima in ml substanta alcalina normala pentru neutralizarea unui dm³ de apa. Acest parametru este indicat a fi determinat pentru apele uzate industriale care ajung in statia de epurare oraseneasca.

Alcalinitatea apelor uzate este data de prezenta bicarbonatilor, carbonatilor alcalini si a hidroxizilor. Apele uzate menajere sunt usor alcaline, caracterizate prin valoarea pH-ului in limitele de 7.2 - 7.6. In laborator aceasta caracteristica chimica se determina prin neutralizarea unui dm³ de apa de analizat cu o solutie de HCl diluat la 0.1N exprimata in ml.

PH-ul apelor uzate poate fi acid sau alcalin si constituie o cauza importanta perturbatoare a proceselor biologice din cadrul unei statii de epurare. Spre deosebire de aciditatea sau alcalinitatea unei ape, acest parametru exprima numai intensitatea aciditatii sau alcalinitatii, adica nu exista o legatura directa intre pH-ul unei ape si cantitatea de acizi sau alcali care este in compozitia apei respective. Este posibil ca doua solutii apoase sa prezinte aceleasi valori ale pH-ului, cu toate ca concentratia lor in acizi sau baze poate fi diferita.

Concentratia in ioni de hidrogen a apelor naturale, adica pH-ul care exprima reactia activa a apei prezinta valoarea 7 (ape neutre). Reactia apelor va fi acida pentru pH =0 - 7 si va fi alcalina pentru pH = 7 - 14.

C. Caracteristici bacteriologice si biologice

Apele uzate in compozitia carora se afla materii organice, sunt poluate si cu specii de organisme care valorifica resursele de hrana respective si care, in decursul dezvoltarii lor, s-au adaptat unor conditii unulaterale de mediu. Aceste organisme constituie indicatorul biologic ce caracterizeaza pozitiv gradul de incarcare al apei cu substante organice sau gradul sau de saprobitate. Organismele respective sunt formate din bacterii, protozoare, alge.

Din punct de vedere al nutritiei, bacteriile se impart in autrotofe si heterotrofe. Bacteriile autotrofe utilizeaza pentru hrana substante minerale. Carbonul necesar pentru sinteza glucidelor, lipidelor si proteinelor il iau din bioxidul de carbon, carbonati si bicarbonati.

Bacteriile heterotrofe au nevoie de materii organice ca sursa de carbon si de energie. Din grupa acestor bacterii fac parte: saprofitele care utilizeaza materii organice moarte si care joaca rolul principal in procesul de autoepurare, si parazite, care se dezvolta in corpul organismelor animale si umane si care apar numai intamplator in apele poluate; unele sunt patogene, reprezentand un pericol pentru sanatatea omului (bacteriile tifosului intestinal, a dizenteriei, a holerei, a febrei tifoide etc.).

Pentru a determina gradul de infectare a apei cu bacterii patogene se efectueaza o analiza a apelor pentru a pune in evidenta existenta bacteriilor din grupa Coli - bacterii care prezinta un component tipic al microflorei intestinale. Bacteria Coli nu constituie o bacterie patogena (este o bacterie banala), dar constituie un indicator al existentei in apa uzata a dejectiilor de animale si umane si deci existenta de bacterii patogene.

Determinarea organismelor existente in apele uzate dupa sistemul saprobiilor care cuprinde speciile de organisme caracteristice apelor impurificate cu substante organice isi gaseste o aplicare din ce in ce mai larga. Astfel, prezenta sau absenta unor organisme poate oferi indicatii asupra desfasurarii procesului de epurare biologica din cadrul unei statii de epurare. Aceeasi observatie este valabila si in cazul proceselor de fermentare anaeroba a namolurilor. Varietatea organismelor in procesele tehnologice mentionate este mai mare fata de cea existenta in apele uzate brute unde speciile de organisme sunt foarte reduse, ceea ce impune efectuarea de analize biologice, in mod sistematic, in statiile de epurare.

Fata de analiza chimica, analiza biologica a apelor uzate prezinta unele avantaje si dezavantaje. Avantajul cel mai important consta in valoarea ei retrospectiva. Daca analiza chimica ofera informatii asupra unor caracteristici ale apei valabile numai pentru momentul prelevarii probelor, analiza biologica furnizeaza date medii ce oglindesc situatia in trecut pe o perioada indelungata de timp. Acest avantaj este consecinta asa-numitei inertii biologice ce caracterizeaza materia prima. Reactia unui organism, raspunsul acestuia fata de factorii de mediu (temperatura, oxigen, pH) nu au loc imediat, ci se petrec intr-o anumita perioada de timp. Analiza biologica, in schimb, nu poate furniza valori cantitative asupra proceselor de poluare si nici nu poate indica natura poluantului. In aceasta situatie, metodele de analiza fizico-chimica a apelor uzate se completeaza reciproc cu metodele de analiza biologica. Daca o poluare puternica nu este greu de identificat, in schimb cand intervine o poluare slaba se poate pune in evidenta numai printr-o analiza atenta a conditiilor biologice corelate cu datele chimice.

5. SUBSTANTE VALORIFICABILE DIN APELE UZATE

Apele uzate menajere contin importante cantitati de azot, fosfor, si potasiu in raport de 5:1:2,4 ( in gunoiul de grajd, acest raport este de 2:1:2,4 ), care reprezinta ingrasaminte pretioase pentru culturile agricole. Dupa continutul de azot, care constituie elementul de baza in metabolismul plantelor, fiecare 1000 m³ ape uzate menajere este echivalent cu 10 tone gunoi de grajd. Asemenea ape, dupa epurarea mecanica, pot fi valorificate la irigarea culturilor, insa este necesar sa se respecte regulile sanitare de caracteristicile bacteriologice mentionate. Din procesele de epurare a apelor uzate rezulta namolul care in urma fermentarii lui, rezulta gaze de fermentatie ( biogaz) cu un continut de peste 70% in metan, ce pot fi valorificate drept gaze combustibile; namolurile fermentate pot fi utilizate ca ingrasamamt agricol in urma avizului sanitar in ceea ce priveste existenta sau nu a bacteriilor patogene. Din namolurile active se produce vitamina B_12, precum si furaj proteinat pentru hrana animalelor. Din apele uzate industriale si din namolurile retinute in statiile de epurare se pot valorifica cantitati de materii prime existente in compozitia acestora, oferind posibilitatea de a reduce durata de amortizare a cheltuielilor de investitii. Astfel din industria metalurgica, electrotehnica, tabacarii etc. se obtin saruri metalice de crom, nichel, cupru etc, care pot si trebuie reintroduse in circuitul economic. De asemenea , din unele ape industriale se pot recupera uleiuri, grasimi, produse petroliere etc, iar din diferite amestecuri de namoluri, zguri, cenusi, steril in amestec cu materiale clasice si/sau alti lianti se obtin materiale de constructii (caramizi, mortare, materiale de constructie si impermeabilizare etc.)