Epurarea apelor reziduale - Centrul de cercetare stiintifica Piatra Neamt

Epurarea apelor

reziduale

Centrul de cercetare stiintifica Piatra Neamt

Modelul natural de purificare a apelor reziduale descoperit in mlastinile populate cu macrofite, a fost testat in laborator, unde a fost imbunatatit si modificat astfel incat sa se poata folosi la tratarea apelor poluate instatiile de purificare. Biomasa era compusa din: Typha angustifolia, Typha latifolia, Scirpus lacustris, Phragmites australis, Iris pseudacorus si Elodeea Canadensis.

In primul stadiu, cu un debit de apa de 6l/h, procentajul noxelor eliminate din apa poluata a fost numai de 6-8%. In al doiela stadiu, debitul apei a fost redus, procentajul crescand la 25%NO₂-NO₃^-,50%NH₄⁺    si PO₄^3- . In al treilea stadiu, procentajul de reducere a fost mai mare de 60%NH₄⁺., 70-85%NO₂^-, 80-85%CN^-, 73-78% fenoli. In al patrulea stadiu, contactul permanent al biomasei cu apa timp de 132 de ore a dus la urmatoarele rezultate: disparitia NO₂^-,PO₄^3-,CN^- si fenolilor, dar si reducerea 97%NH₃ si 85%NO₃^-.

INTRODUCERE

Fenomenul autoepurarii apelor poluate in balti naturale, populate cu macrofite, ne-a inspirat in crearea unei microstatii in trepte de vegetatie cu rol ecologic in ecosistemul acvatic. Prin aplicarea metodei in laborator, asupra apelor reziduale ale unei fabrici de hartie si cartoane, s-au obtinut date preliminare asupra ritmului si mecanismelor de absorbtie si metabolizare a noxelor, date publicate in anul 2002 si folosite acum pentru bioremedierea unor ape subterane, contaminate. In cazul de fata modelul natural a fost transpus intr-un modul cu trei baterii a cate trei trepte de epurare, populate cu cinci specii de macrofite, in succesiunea rezultata din prima simulare.

MATERIALE SI METODE

Organizarea modulului microstatiei de epurare:

Alegerea speciilor de macrofite: plecandu-se de la datele din experimentul anterior, privitor la puterea de absorbtie si metabolizare a unor noxe din ape s-au recoltat urmatoarele specii:

Typha angustifolia+Typha latifolia: din marginea apelor lacului Batca Doamnei de la Sarata si de pe malul vestic, la varsarea paraului Doamna in lac.

Phragmites australis din marginea apelor lacului Reconstructia si Batca Doamnei la varsarea paraului Doamna.

Scirpus lacustris din marginea apelor lacului Batca Doamnei de la Sarata.

Iris pseudacorus: mlastina din satul Bahna, comuna Dochia.

Elodeea canadensis din apele lacului Vaduri - Neamt.

Cultivarea speciilor de macrofite

Exemplarele speciilor au fost cultivate in cuve din plastic cu un volum de 50 l, in care s-a reconstituit un minim al conditiilor ecologice din ecosistemul de provenienta, respectiv compozitie / granulometrie substrat, compozitie sediment/ apa, conditii climatice prin amplasarea modulului in mediu.

Dupa 5 saptamani de la cultivare, speciile rizomatoase ( Typha, Scirpus, Phragmites si Iris ) erau inradacinate in substrat, plantele de Elodeea instalate in recipienti iar modulul pregatit pentru pornirea experimentului.

Alegerea apei de epurat:

Prin analiza multianuala a apelor din freaticul Bistritei, s-a creat o baza de date asupra speciilor si concentratiilor noxelor infiltrate in panza, precum si asupra evolutiei in timp a acestora. Din aceste date s-a ales o apa cu poluare medie, aflata intr-o fantana de la Zanesti, dupa cum urmeaza:

Compozitie ape poluate

- 40,1 mg NH₄⁺ / l ; 9,0 mg NO₂^- / l ; 54,0 mg NO₃^- /l;

- 9,0 mg PO₄^3-/ l ; 2,0 mg fenol/ l ; 1,0 mg CN^-/ l

Alcatuirea microstatiei de epurare

Alimentarea modelului de statie din experiment s-a facut prin cadere libera din trei bazine cu o capacitate de cate 1 mc fiecare si amplasate intr-o incapere cu pardoseala aflata la cca. 2m deasupra randului superior de cuve din modul. Bazinele au fost umplute cu apa poluata, adusa cu cisterna si avand compozitia medie a apelor din subteranul Bistritei, aval de platforma industriala Savinesti-Roznov, respectiv:

Modul epurare cu macrofite

S-a alcatuit un modul de epurare formata din 3 baterii a cate trei trepte, populate cu plante ecologice in ordinea de mai jos:

modul I 1. Phragmites australis

2. Iris pseudacorus

3. Elodeea canadensis

1. Typha angustifolia+Typha latifolia

modul II 2. Scirpus lacustris

3. Elodeea canadensis

1. Typha angustifolia+Typha latifolia

modul III 2. Scirpus lacustris

3. Elodeea canadensis

REZULTATE SI DISCUTII

Functionarea statiei de epurare

Ca urmare a popularii cuvelor cu vegetatie de macrofite, volumul neocupat al acestora a devenit:

Volum ocupat de apa de epurat in cuvele bateriilor de epurare:

1. Typha: .....35 l/cada;

2. Scirpus: ...42 l/cada;

3. Phragmites: ...44 l/cada;

4. Iris: .......37 l/cada;

5. Elodeea: ......45 l/cada

Bateriile modulului de epurare au fost alimentate cu apa poluata, prin furtunuri prevazute cu reductoare de debit prin care s-au realizat urmatoarele debite de alimentare.

Tabelul 1. Evolutia debitelor de alimentare cu apa poluata a bateriilor cu

macrofite.

Din volumul ocupat de apa reziduala, respectiv volumul diferenta intre masa ocupata de plante si volumul de 50 l al cuvelor, respectiv din debitele asigurate pe fiecare etapa a experimentului, a rezultat timpul de contact al macrofitelor cu apa contaminata( Tabelul 2 ).

Timpul de contact cu apa contaminata intra in calculul marimii statiei in vederea eliminarii intregului volum de apa reziduala, rezultata din procesul de productie.

Tabelul 2. Timp contact apa contaminata / biomasa ecologica.

Se remarca faptul ca timpii de contact ai apei contaminate cu biomasa de macrofite a crescut progresiv, odata cu reducerea debitelor de alimentare, in asa fel incat in etapa a - IV-a s-a ajuns la debit 0, pentru a constata timpul optim de contact pentru absorbtia si metabolizarea substantelor periculoase din apele poluate.

De asemenea se remarca faptul ca bateria 1 de epurare are alta alcatuire in structura populatiilor de macrofite, urmand ca in urmatoarele etape ale experimentului, toate bateriile sa difere intre ele atat ca specii instalate cat si ca debite de alimentare cu apa poluata.

Aceasta varietate este importanta in stabilirea preferintelor de absorbtie ionica a fiecarei specii acvatice, a ritmului de metabolizare si implicit epurare realizat de fiecare element al bateriilor din modul, precum si a varietatii de substante poluante ce pot fi eliminate prin aceasta metoda.

Din aceste motive, in faza urmatoare a experimentului se va testa decontaminarea apelor reziduale din vopsitorii, ape foarte greu de epurat si cu rezultate mediocre in practica de specialitate din intreaga lume.

Rezultatele functionarii microstatiei de epurare

Alimentarea cu apa poluata a modulului de epurare s-a facut cu un debit de 10 l/h pana la inlocuirea apei din mediul de crestere, dupa care prin actionarea reductoarelor s-au obtinut debitele prezentate mai sus.

Cele mai reduse debite - in jur de 2,0 l/h - au fost realizate in etapa a-III-a de functionare, urmate de debitele de 0 l/h ale etapei a-IV-a cand s-a sistat alimentarea, in scopul maririi duratei de contact a vegetatiei cu apele contaminate.

Prin reducerea debitelor s-a marit timpul de contact planta/apa poluata si implicit a crescut randamentul eliminarii noxelor din apa, calculat in urma obtinerii datelor analitice asupra evolutiei concentratiilor in experiment.

Tabelul 3. Evolutia concentratiilor indicatorilor de poluare in experimentul

de epurare cu macrofite.

Randamentul de epurare in microstatia cu macrofite a apei contaminate antropic

In urma contactului dintre apa poluata si organele absorbante ale macrofitelor din experiment, concentratiile in noxe s-au redus treptat, acestea constituindu-se in hrana abundenta pentru plante. Pe masura ce timpul de contact a crescut, reducerea concentratiilor substantelor din apa a evoluat pe o scara ascendenta (Fig.10), ajungandu-se pana la 100% prin disparitia nitritilor, fosfatilor, cianurilor si fenolilor, dupa parcurgerea celor 4 etape de epurare, din care ultima fiind reprezentata prin 132 ore de contact planta/apa poluata, perioada realizata prin oprirea fluxului de alimentare.

Ca remarca generala se observa faptul ca in primele 24 ore, datorita debitului mare, randamentul eliminarii noxelor din apa poluata a fost mic (6-8 %).

Etapa a - IV-a fiind de contact continuu a plantelor cu apa, pentru un timp de peste 132 ore, a dus la consumul total al nitritilor, fosfatilor, cianurilor si fenolului, respectiv la reducerea pana la 97% a amoniului si la 85% a nitratilor.

In privinta dinamicii de absorbtie a substantelor din apa, fiecare grup de manifesta diferit.

Astfel, se remarca faptul ca fenolii si cianurile au fost eliminati in proportie de peste 60% din concentratiile initiale, inca din prima zi de functionare, a microstatiei , pentru ca in etapele II si III sa se atinga randamentele de 80-85% si in final sa dispara complet dupa a - IV-a etapa de epurare.

In privinta sarurilor de azot, acestea au fost consumate treptat, ordinea de absorbtie fiind: NH₄⁺ - NO₂^- - NO₃^-iar ordinea eliminarii din sistem: NO₂^- - NH₄⁺ - NO₃^-

Se poate afirma ca functionarea statiei simulate de epurare a dat rezultate foarte promitatoare, privitoarea la aplicarea metodei in epurarea efluentilor, a apelor de suprafata poluate sau a apelor pompate din panzele freatice poluate.

Scopul aplicarii metodei de epurare este de a incadra calitatea apelor subterane, de suprafata si a efluentilor reziduali, in prevederile legale, respectiv in STAS 1342-91 Pentru a urmari modul de incadrare a apelor supuse epurarii in microstatia cu macrofite, am calculat coeficientii de depasire a prevederilor atat pentru potabilitate (apa fiind din fantana) cat si pentru eventuala evacuare intr-un receptor natural (daca apa ar fi efluent).

Pentru indeplinirea criteriilor de potablitate CMA, apa din experiment are la toate variantele infinit mai mult amoniu, nitriti si cianuri, pana la de 85 ori mai mult fosfat si la 50 ori mai mult fenol , nitratii incluzandu-se la concentratii aproape normale, daca se pot considera normale, concentratiile de 45 mg NO3- mg/l, prevazute de STAS 1342-91.

In privinta concentratiilor admise in mod exceptional depasirile evolueaza descendent de la amoniu de 76 ori, la nitriti 26 ori, fenoli 25 ori, fosfati 17 ori pana la cianuri, de 6 ori.

Daca urmarim dinamica eliminarii noxelor din apa se constata trecerea sub limita CMA inca din prima etapa a nitratilor, din a treia etapa a cianurilor si disparitia totala nitritilor, fosforului, cianurilor si fenolilor, in etapa a-IV-a.

In aceasta ultima etapa in care apa poluata a stagnat 132 ore in contact cu vegetatia consumatoare a substantelor dizolvate, aceasta s-a incadrat in cerintele de potabilitate pentru toti indicatorii, exceptie facand azotul amoniacal care a depasit CAE de pana la 2,5 ori.

In cazul in care apa testata ar fi evacuata intr-un receptor natural, ea ar depasi concentratiile maxim admise prin NTPA 001/1997, de peste 19 ori la ionii amoniu, intre de 1,5 si 2,7 ori la fenoli, azotati, fosfati, intre de 6 si 8 ori la cianuri si nitriti.

Dupa demararea experimentului de epurare cu macrofite, fenolii se incadreaza in cerinte inca din prima etapa, fosfatii din etapa a doua, nitritii si cianurile din etapa a treia iar amoniul din etapa a-IV-a, ceea ce atesta eficienta si oportunitatea metodei.

CONCLUZII

. Apa supusa epurarii, are in raport cu indicatorii de potabilitate la toate variantele infinit mai mult amoniu, nitriti si cianuri, pana la de 85 ori mai mult fosfat si la 50 ori mai mult fenol , ca CMA si depasiri ale CAE prevazute de STAS 1342-9176 ori la amoniu, 26 ori la nitriti, 25 ori fenoli, 17 ori fosfati de 6 ori la cianuri.

. Epurarea intr-o microstatie cu macrofite a dat rezultate bune, dinamica eliminarii noxelor din apa arata trecerea sub limita CMA inca din prima etapa a nitratilor, din a treia etapa a cianurilor si disparitia totala nitritilor, fosforului, cianurilor si fenolilor, in etapa a - IV -a. in care apa poluata a stagnat 132 ore in contact cu vegetatia consumatoare a substantelor dizolvate.

. Odata cu reducerea debitului de alimentare in etapa a doua, randamentul de eliminare s-a ridicat la 25% azotat - nitrit; la peste 50% amoniu - fosfat iar in etapa a treia la peste 60% amoniu, 70 - 85% nitriti, 80 - 85% cianuri si 73-78% fenoli.

. In etapa a patra, contactul continuu al biomasei cu apa timp de 132 ore, a dus la consumul total al nitritilor, fosfatilor, cianurilor si fenolului, respectiv la reducerea pana la 97% a amoniului si la 85% a nitratilor.

. In privinta incadrarii in NTPA 001/1997, sunt depasite CMA de peste 19 ori la ionii amoniu, intre de 1,5 si 2,7 ori la fenoli, azotati, fosfati, intre de 6 si 8 ori la cianuri si nitriti.

. In raport cu aceste cerinte, dupa bioremediere, fenolii se incadreaza inca din prima etapa, fosfatii din etapa a doua, nitritii si cianurile din etapa a treia iar amoniul din etapa a -IV-a, ceea ce atesta eficienta si oportunitatea metodei.

BIBLIOGRAFIE

1. Microsoft Encarta 2004
2. http//:www.dbio.ro