METODE DE TRATARE A APEI POTABILE

Caracteristici fizico - chimice generale ale apelor naturale

In general, calitatea apelor naturale este determinata de totalitatea substantelor minerale sau organice, a gazelor dizolvate, de particulele in suspensie si organismele vii prezente.

Deci, din punct de vedere al starii lor naturale, impuritatile pot fi solide, lichide sau gazoase. Acestea pot fi dispersate in apa, din punct de vedere al gradului de finete, dupa trei stari: suspensii, coloizi si dizolvate.

Majoritatea substantelor care se gasesc in apele naturale, intr-o cantitate suficienta pentru a influenta calitatea lor, se pot clasifica conform tabelului 1.

Desigur, o anumita apa nu poate contine toate aceste impuritati concomitent, cu atat mai mult cu cat coexistenta unora dintre acestea este incompatibila cu echilibrul chimic.

In afara substantelor mentionate, in apele naturale se mai pot gasi si alte tipuri de impuritati. Astfel plumbul sau cuprul se pot intalni datorita tratarii sau sistemului de transport al apei. Unele ape naturale contin seleniu sau arsen intr-o cantitate suficienta ca sa le afecteze calitatea. Alte surse naturale contin crom, cianuri, acizi, alcani, diferite metale sau poluanti organici, toate aduse in receptori de apele uzate provenite din mine, industrii sau aglomeratii urbane.

Din punct de vedere al alimentarii cu apa, aparitia acestor substante in sursa trebuie sa fie evitata, deoarece instalatiile si constructiile de tratate a apei nu sunt in masura sa le retina. Avand in vedere acest aspect, prin H.G. nr. 100/2002 si H.G. nr. 118/2002, s-a reglementat calitatea apelor de suprafata si subterane, care pot constitui surse de alimentare cu apa.

Continutul in suspensii si turbiditatea apei.

Substantele in suspensie apar in apa surselor de alimentare cu apa de suprafata, in principal odata cu contactul cu particule nisipoase si argiloase ale malurilor albiei, din atmosfera si din topirea ghetii si zapezii. La cursurile de apa avand viteza mare de miscare a apei, particulele apar, de asemenea, in urma permanentului proces de eroziune a albirii raului.

Intr-o definitie generala, se considera ca suspensiile totale reprezinta ansamblul componentelor solide, insolubile, prezente intr-o cantitate determinata de apa si care se pot separa prin metode de laborator ( filtrare, centrifugare ). Se exprima in mg/dm³ sau g/m³.

Valoarea suspensiilor totale este deosebit de importanta pentru caracterizarea apelor naturale, fiind un factor determinant si la stabilirea fluxului tehnologic de tratare si pentru dimensionarea unora dintre obiectele statiei de tratare.

Din punct de vedere al alimentarii cu apa din valoarea suspensiilor totale, foarte importante sunt: suspensiile gravimetrice sau decantabile si suspensiile coloidale.

Suspensiile gravimetrice reprezinta totalitatea materiilor solide insolubile, care pot sedimenta in mod natural intr-o anumita perioada limita de timp. Procentul pe care in reprezinta suspensiile gravimetrice din suspensiile totale este un indicator care conduce la dimensionarea si exploatarea desnisipatoarelor sau predecantoarelor, instalatii destinate retinerii acestora.

Suspensiile coloidale din apa reprezinta totalitatea substantelor dispersate in apa, avand diametrul particulelor intre 1 si 100mm.

Caracterizate prin proprietati electrice de suprafata, reprezinta un grad mare de stabilitate, care le face practic nesedimentabile in mod natural. Eliminarea substantelor coloidale din apa a impus tratarea chimica cu reactivi de destabilizare in vederea coagularii si precipitarii acestora.

Substante intalnite in apele naturale

Tabelul 1   

Legata de prezenta substantelor in suspensie fin dizolvate este si turbiditatea apei, indicator de mare importanta in urmarirea eficientei instalatiilor de tratare. Exprimata in grade de turbiditate in scara SiO₂ (silicei ), turbiditatea se determina in comparatie cu probe sau scara etalon cu ajutorul unor aparate fotocolorimetrice.

Gazele continute in apa si care intereseaza domeniul alimentarilor cu apa sunt: oxigenul, hidrogenul sulfurat, bioxidul de carbon si amoniacul.

a). Oxigenul este un gaz putin solubil si se afla dizolvat in apa si sub forma de molecule O₂. Prezenta oxigenului in apa conditioneaza existenta marii majoritati a organismelor acvatice.

Toate apele care se afla in contact cu aerul atmosferic contin oxigen. Apele de origine subterana contin foarte putin oxigen.

Solubilitatea oxigenului in apa depinde de: presiunea atmosferica, temperatura aerului, temperatura apei si salinitatea apei.

Continutul apei raurilor in oxigen este rezultatul unor actiuni antagoniste:

• Consumul biochimic de oxigen pentru degradarea materiilor organice poluante;
• Reabsorbtia - improspatarea oxigenului de la suprafata cursului de apa. Oxigenul provenit din atmosfera poate fi absorbit in apa prin difuziune lenta sau prin contact energetic. Interfata apa - aer prezinta o importanta deosebita in acest sens. Acest transfer este serios perturbat de prezenta poluantilor ca: detergenti, hidrocarburi, etc.
• Fotosinteza care poate asigura momentan o importanta realimentare cu oxigen a apei, ajungandu-se la valori care depasesc saturatia.

Din punct de vedere al alimentarii cu apa, determinarea oxigenului prin diferite metode sau forme poate constitui un mod de apreciere a gradului de poluare a sursei. In apa potabila se prefera o cantitate mai redusa de oxigen ( 0,6 - 0,8 din concentratia de saturatie ), in vederea evitarii coroziunii retelei de distributie metalice.

b). Hidrogenul sulfurat Prezenta H₂S in apa confera gust si miros neplacut. Mirosul de ou stricat este detectabil in apa rece, de la concentratia de 0,5 mg/l H₂S.

Un alt inconvenient al prezentei H₂S in apa il constituie trecerea acestuia, sub actiunea bacteriilor, in H₂SO₄, dupa reactia:

bacterii

H₂S + O₂    H₂SO₄

Reactia are loc in prezenta oxigenului, acidului sulfuric format corodand captuseala interioara a conductelor de apa si a canalelor de apa uzata.

Indepartarea H₂S si a formelor sale ionice este foarte dificil de realizat.

c). Bioxidul de carbon Este o caracteristica foarte importanta a apei, in functie de concentratia si natura acestuia in apa depinzand echilibrul carbonic al apei. CO₂ se intalneste in apa sub forma de molecule dizolvate, o parte reactionand cu apa si formand acidul carbonic:

CO₂ + H₂O    H₂CO₃

Bioxidul de carbon, acidul carbonic, ionii de carbonat si de bicarbonat se gasesc in echilibru in apa:

H₂CO₃    HCO₃^- + H⁺

HCO₃ CO₃^2- + H⁺

Gazul carbonic intervine in diverse moduri in metamorfismul fiintelor acvatice (asimilatie hidrofiliana, dezvoltarea populatiilor bacteriene, etc.).

In principal, CO₂ din apele naturale provine din procesele de oxidare a substantelor organice care au loc in apa: respiratia organismelor si fermentarea bacteriana a resturilor organice.

In unele cazuri, CO₂ are o origine minerala, in functie de natura geologica a terenului.

Prezenta gazului carbonic da un gust agreabil apei si nu prezinta nici un inconvenient pentru sanatatea consumatorului.

In schimb, cunoasterea echilibrului carbonic este foarte importanta pentru apele utilizate in industrie.

d). Amoniacul. Amoniacul si nitratii constituie etape importante ale prezentei azotului in ciclul sau complex din natura si deci, si din apa.

Formele sub care apare azotul in apa sunt: azot molecular N₂; azot legat in diferite combinatii organice; amoniac NH₃; azotiti NO₂^-; azotati NO₃^-.

Amoniacul constituie o faza intermediara in ciclul complex al azotului. In stadiul sau initial, amoniacul este un gaz solubil, dar in anumite conditii ale pH-ului el se transforma fie intr-un compus necombinat, fie sub forma ionizata.

e). Azotul amoniacal decelat in cursurile de apa poate proveni dintr-un mare numar de surse:

• Din ploaie si zapada, care pot contine urme de amoniac ce variaza intre 0,1 si 2,0 mg/l;
• Se poate constata prezenta azotului amoniacal in apele de profunzime, curate din punct de vedere biologic si organic. Originea acestui tip de azot poate fi reducerea nitritilor de bacterii autotrofe sau din nisipuri continand ioni ferosi ce pot reduce nitratii;
• Deseurile vegetale si animale continute in sol sunt la originea unei cantitati mari de azot amoniacal, dupa degradarea proteinelor si materiilor organice azotoase. Cea mai mare parte din azotul aflat in apele de suprafata provin din descompunerea materiei organice azotoase continute in alge, plante sau patul vegetal de pe fundul raurilor. Prezenta azotului amoniacal in cantitate relativ importanta poate indica o contaminare cu dejectii de origine animala sau industriala. Urina umana si animala contine o mare cantitate de uree. Aceasta indicatie trebuie verificata prin compararea cu alte forme de azot aflate in apa si cu o analiza bacteriologica corespunzatoare;
• Un mare numar de industrii sunt la originea alimentarii cu azot amoniacal a cursurilor de apa ( industria chimica, cocserie, fabrici de gheata, industria textila, etc.).

Prezenta acestuia in apele de alimentare este limitata de norme la cantitati foarte mici ( sub 0,05mg/l) - recomandarea Organizatiei Mondiale a Sanatatii - datorita efectelor nocive pe care le poate avea asupra consumatorilor.

f). Nitritii constituie o etapa importanta in metabolismul compusilor azotului, ei intervin in ciclul azotului ca faza intermediara intre amoniac si nitrati. Prezenta lor se datoreste fie oxidarii bacteriene a amoniacului, fie reducerii nitratilor.

Este de semnalat ca prezenta nitritilor de origine naturala in apa este foarte rara si s-a remarcat aceasta in apele provenite din topirea zapezilor sau in straturile acvifere profunde.

In cazul unei ape de foarte buna calitate, dar continand nitrati, este necesar a se efectua si analize chimice si bacteriologice, pentru a se stabili cauzele prezentei nitratilor in apa.

Prezenta in apa potabila a unui exces de nitrati poate provoca hipotensiune la adulti, la copii sau nou nascuti methemoglobinomie.

Iata de ce normele potabile limiteaza la 0,1mg/l continutul de azotiti in apa de alimentare.

g). Nitratii constituie stadiul final de oxidare a azotului organic.

Azotul din nitrati, la fel ca si cel din nitriti sau amoniac, constituie un element nutritiv pentru plante si, alaturi de fosfor, este folosit la cultura intensiva in agricultura.

Actiunea umana din bazinul hidrografic joaca un rol de accelerare in imbogatirea continutului in azotiti a surselor de apa:

• Descarcare de ape uzate fecaloid menajere;
• Practica folosirii ingrasamintelor chimice;
• Deseurile provenite de la industria de ingrasaminte, etc.

Pentru nou nascuti care absorb nitratii direct sau indirect ( prin alimentele preparate ), prezenta acestora in apa este periculoasa, deoarece, pe traiectul digestiv are loc o reducere a acestora la starea de nitriti, care provoaca, dupa cum am amintit, methemoglobinomia. In legislatia din Romania limita maxima admisibila pentru nitrati este de 45mg/l.

Saruri dizolvate. In apele naturale se afla in mod obisnuit, urmatorii ioni:

• Cationi: H⁺, Na⁺, K⁺, amoniu NH₄⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, Fe²⁺, Fe³⁺, Ba²⁺, Al³⁺
• Anioni: hidroxid OH^-, bicarbonat HCO₃^-, cloruri, hidrosulfit HS^-, nitriti NO₂^-, nitrati NO₃^-, F^-, SO₄^2-, silicati SiO₃^2-, ortofosfati PO₄^2-.

In majoritatea cazurilor, sarurile aflate in apele naturale sunt determinate de urmatorii ioni: Ca²⁺, Mg²⁺, Na⁺, K⁺, HCO₃^-, SO₄², Cl^-. Ceilalti ioni se afla, in mod obisnuit, in cantitati neimportante, desi cateodata, influenteaza esential asupra proprietatilor apei.

In apa, ca electrolit cu electricitate neutra, suma continutului de cationi este egala cu suma anionilor. Aceasta egalitate, constituie si o verificare a corectitudinii efectuarii analizelor.

Ionii de calciu se intalnesc intr-o cantitate mai mare in zona rocilor calcaroase cu care apa intra in contact.

In apele putin mineralizate, din cationii obisnuiti domina calciul, iar pe masura ce se mareste continutul de saruri, in mod obisnuit creste valoarea pentru sodiu.

Concentratia de cationi de magneziu in apele putin mineralizate este, in mod obisnuit, mai mica decat a calciului. Prin marirea mineralizarii apei, in mod obisnuit creste continutul relativ de magneziu in comparatie cu calciul.

Ionii de sulfati au o prezenta insemnata in apele naturale. In apele putin mineralizate, in mod obisnuit, concentratia de ioni de SO₄^2- este mai mare decat cea a ionilor de cloruri, dar in apele puternic mineralizate ale lacurilor si marilor continutul de SO₄^2- este mai mic decat Cl^-.

In esenta, se poate spune ca apele naturale contin elemente fundamentale si elemente caracteristice.

Sunt 6 elemente fundamentale care apartin tuturor apelor naturale:

• Molecula de H₂CO₃;
• Ionii de HCO^3-, CO₃^2-, H⁺, OH^-, Ca²⁺.

Dintre elementele caracteristice se pot cita ionii de SO₄^2-, Cl^-, Mg²⁺, Na⁺, K⁺ etc. Aceste elemente pot fi sau nu prezente in apele naturale, intr-o concentratie mai mare sau mai mica, conferind apei un anumit caracter. Astfel, se pot intalni ape magnezice, ape sulfatice, ape clorurate, etc.

Substante organice. Continutul de substante organice din apa este un indicator de calitate foarte important, deoarece substantele organice servesc ca suport nutritiv pentru bacterii, virusi si alte organisme vii. Intotdeauna o mare cantitate de bacterii sau plancton este asociata cu o mare concentratie de substante organice.

Dintre cauzele aparitiei substantelor organice in apa amintim:

• Spalarea terenurilor din bazinul hidrografic;
• Descompunerea organismelor vii din apa;
• Deversarea de ape uzate menajere sau industriale in cursurile de apa sau in statele acvifere; aceste substante organice sunt cele mai periculoase pentru sanatatea omului si sunt si foarte dificil de inlaturat din apa.

Determinarea analitica individuala a diferitelor tipuri de substante organice care pot fi continute in apele naturale este deosebit de dificil de realizat, presupunand o aparatura si tehnica de laborator de inalta tehnicitate.

Iata de ce, in marea majoritate a cazurilor, se recurge la o apreciere globala a continutului de substante organice din apa, prin determinarea ,,oxidabilitatii". Determinarea consta in stabilirea consumului de substanta oxidanta (permanganat de potasiu, bicromat de potasiu ) cheltuita pentru oxidarea substantelor organice continute intr-un anumit volum de apa si se exprima in echivalent de oxigen. Intre specialisti, determinarea este cunoscuta sub denumirea de consum chimic de oxigen - CCO. Se noteaza cu CCO-Mn, cand se foloseste ca oxidant permanganatul de potasiu si cu CCO-Cr, cand se foloseste ca oxidant bicromatul de potasiu.

In mod obisnuit, valoarea oxidarii cromatice depaseste valoarea oxidarii cu permanganat, deoarece bicromatul de potasiu reuseste sa oxideze si alti compusi pe care permanganatul de potasiu nu reuseste. Pentru a caracteriza modul de oxidare a substantelor organice din ape se poate folosi termenul ,,gradul de oxidare", care este egal cu raportul dintre CCO-Mn si CCO-Cr, exprimat in procente.

Prezenta substantelor organice in apele potabile provoaca mari dificultati instalatiilor de tratare cat si apei propriu zise, deoarece:

Imprima apei gust si miros neplacute, precum si o coloratie a acesteia, indicatori greu de corectat;

Asigura suportul nutritiv dezvoltarii microorganismelor in reteaua de distributie;

Sunt ingreunate procesele de tratare a apelor potabile sau industriale (Coagulare, deferizare, demanganizare);

Anumiti compusi organici din apele potabile sunt cunoscuti a fi toxici sau cancerigeni si aceasta la concentratii foarte mici, detectabile numai cu tehnica si aparatura de laborator foarte avansate;

In prezenta unor anumiti compusi organici in apa de alimentare se pot forma haloformi sau alti compusi halogenati ( produsi banuiti a fi cancerigeni ), odata cu adaugarea clorului pentru dezinfectia apei

( procedeul cel mai larg utilizat in tehnica tratarii apei in acest scop ).

Caracteristici biologice si bacteriologice ale apei din surse naturale

2.1 Analiza hidrobiologica consta in inventarierea microscopica a fito si zooplanctonului, organisme din masa apei, precum si analiza organismelor bentonice (situate pe fundul apei) si a perifitonului (organisme fixate pe diferite suporturi), din probele de apa prelevate in sectiunea de control.

Stabilirea gradului de curatenie (sau poluare ) al unui rau sau lac se face prin compararea organismelor existente cu tabele standard cuprinzand grupe faunistice si numar de unitati sistematice de organisme indicatoare de apa curata ( ex. UROGLENOPSIS AMERICANA, PINULARIA NOBILIS - pentru rau si ASTERIONELA FORMOSA, PERINIDIUM BIPES - pentru lac ) sau murdara ( ex. NITZCHIA PALEA, EUGLENA PROXIMA, pentru rau si GONIUM PECTORALE, VORTICELA MICROSTOM ELONGATA - pentru lac ).

Calitatea apei si modificarile datorate diverselor forme de poluare influenteaza puternic compozitia biocenozelor acvatice ( tip si numar de organisme ), iar acestea pot reprezenta un mijloc de a diagnostica calitatea apei.

Poluarile organice duc la o dezvoltare a organismelor descompunatoare, la randul lor, modifica profund mediul, facandu-l inapt pentru alte grupe de organisme.

In cazul apelor tratate, in special a celor potabile, in afara analizei microscopice se mai determina volumul sesfonului (sedimentul cu particule biotice si abiotice ), obtinut prin filtrarea cu fileu planctonic si centrifugare ulterioara a apei filtrate, precum si o analiza cu ochiul liber a probei de apa

2.2 Analiza bacteriologica. Apa destinata utilizarii de catre om trebuie sa fie cat mai putin contaminata de bacterii sau virusuri patogene, aceasta regula fiind foarte stricta daca apa este destinata consumului potabil sau este folosita in industria alimentara, in acest caz ea trebuie sa fie complet lipsita de germeni patogeni.

Pe de alta parte, cantitatea mare de apa folosita in mod centralizat de populatie prezinta pericolul ca in conditiile poluarii, apa sa contina un factor important de imbolnavire. Bolile raspandite prin apa pot cuprinde, in general, un numar mare de persoane, imbracand caracterul unor boli cu extindere in masa.

Cele mai periculoase dintre bolile transmise prin apa sunt bolile infectioase, care pot imbraca urmatoarele forme:

epidemie - are un caracter exploziv, afecteaza multe persoane, are o aparitie si disparitie brusca;

epidemie - nimar redus de cazuri din aceeasi zona;

sporadica.

Bolile infectioase transmise prin apa se pot imparte in:

• boli bacteriene: febra tifoida, dizenteria, holera, leptospirozele, etc.;
• boli virotice: poliomielita, hepatita epidemica, conjunctivita, etc.;
• boli parazitare: amibiaza, lambliaza, tricomonaza, etc.

Indicatorii bacteriologici au un rol important in aprecierea potentialului epidemiologic al surselor de apa, a eventualului potential de transmitere a epidemiilor hidrice.

In practica tratarii apei au fost adoptati ca indicatori bacteriologici: numarul total de germeni si determinarea bacilului coli.

a). Numarul total de germeni. Acesta reprezinta numarul de colonii ce cresc prin insamantarea unui mililitru de apa ( sau dilutii din acest ml.) intr-un mediu de cultura, dupa 24 ore de termostare, la 37 C. Cultivarea germenilor se face la 37 C pentru a depista acei germeni care pot sa se dezvolte in organismul omului si care pot patrunde in apa prin contact cu mediul inconjurator.

Numarul total de germeni din apa reprezinta un indicator al puritatii sau poluarii apei. Valoarea acestui indicator trebuie corelata cu ceilalti indicatori bacteriologici, biologici, chimici.

b). Bacilul coli. Sursa cea mai importanta de poluare bacteriologica a apei constituie reziduurile, excrementele umane si animalele care pot contine germeni patogeni.

Analiza apei urmareste detectarea poluarii fecale.

Indicatorul poluarii fecale este bacilul coli - ESCHERICHIA COLI. Grupul coli este reprezentat de bacili - gram negativi, nesporulati, cu mobilitate slaba sau nula, care fermenteaza lactoza cu degajare de gaz.

Bacilul coli ( coli fecal ) este un germen saprofit care traieste in intestinele omului si animalului, de aceea prezenta lui in apa denota o poluare fecala a apei.

Valoarea bacilului coli ca indicator se concretizeaza si in faptul ca el este mai rezistent la substante dezinfectate decat majoritatea germenilor patogeni.

Rezultatul analizei se poate exprima in doua moduri:

indice coli sau colitest, adica numarul de bacili coli la un litru de apa;

titrul coli, prin care se exprima cantitatea cea mai mica de apa, in ml.,in care se mai pune in evidenta un bacil coli.

3. Surse de poluare a apei

In general, se considera ca poluare apei reprezinta ,,o alterare a calitatii fizice, chimice sau bacteriologice ale acesteia, produsa direct sau indirect de o activitate umana, in urma careia apele devin improprii pentru folosirea normala in scopurile in care aceasta folosire era posibila inainte de a interveni alterarea ''.

Sursele care produc poluarea apelor de suprafata se pot imparti in:

• surse de poluare concentrate sau organizate, reprezentate de apele uzate orasenesti ce deverseaza continuu, dupa o eventuala prealabila epurare, sau ape uzate industriale, cu descarcare continua sau intermitenta si care au sau nu un anumit grad de epurare;
• surse de poluare neorganizate, dispersate pe suprafata bazinului hidrografic al cursului de apa, respectiv constituite din apele de precipitatii sau siroire care spala suprafetele localitatilor sau drumurilor, depozitelor de reziduuri, terenurile agricole pe care s-au aplicat ingrasaminte sau substante chimice de combatere a daunatorilor etc.

Referitor la apele subterane, sursele de impurificare provin din:

• impurificari cu ape saline, gaze sau hidrocarburi produse ca urmare a unor lucrari miniere sau foraje;
• impurificari produse de infiltratiile de la suprafata solului a tuturor categoriilor de ape care produc si impurificarea dispersata a surselor de suprafata;
• impurificari produse in sectiunea de captare, datorita nerespectarii zonei de protectie sanitara sau a conditiilor de executie.

Este interesant de semnalat marea diversitate a substantelor impurificatoare care s-au gasit si se gasesc in sursele de alimentare cu apa:

• compusi anorganici, care se acumuleaza in sedimentele din albie;
• compusi organici biogeni cu o degradare biologica rapida;
• compusi organici refractori, cu o degradare foarte lenta;
• compusi minerali toxici, continand metale grele ca: Pb,Zn,Cu,Cr,etc., si care produc modificari ale caracteristicilor organoleptice, fizice sau chimice;
• substante petroliere;
• bacterii, virusuri, paraziti;
• substante radioactive;
• saruri minerale dizolvate ( cloruri, fosfati, sulfati, etc. ).

Principalele substante poluante provin din industrie si agricultura.

4. Efectele si consecintele poluarii

Necesitatea combaterii polarii, in vederea protectiei calitatii apei, rezulta din cerintele de calitate ale tuturor folosintelor de apa.

Asupra sistemelor de alimentare cu apa potabila, efectele poluarii s-au sesizat inca de la primele inceputuri ale industrializarii.

Astfel, de exemplu, in anul 1885, la Chicago a avut loc o ploaie torentiala care a durat 2 zile. Prin scurgerea apelor de ploaie, toate impuritatile de pe suprafata orasului s-au acumulat in apa lacului Michigan, care era sursa de alimentare a orasului. Cum pe vremea aceea apa era distribuita fara a fi tratata, s-a declansat o epidemie de febra tifoida, dizenterie si holera, care a facut circa 100.000 de victime.

Masurile luate s-au orientat pe doua directii: introducerea tratarii apei distribuite in retea si epurarea apelor uzate si descarcarea lor in bazinul fluviului Mississippi.

Alt exemplu il poate constitui calitatea raului Elba, la care poluarea a crescut in mod canstant. Luand ca etalon un indicator semnificativ in acest sens, oxidabilitatea substantelor organice exprimata prin consumul de permanganat de potasiu (CCO-Mn), se prezinta urmatoarea evolutie:

In prezent, aproape toate marile sisteme centralizate de apa au adoptat tratari complexe, ca o consecinta a poluarii mai mult sau mai putin intense, in vederea eliminarii tuturor factorilor de risc pentru sanatatea consumatorilor.

Evitarea poluarii surselor de apa si eliminarea efectelor acesteia constituie, in prezent, o preocupare de prim ordin a celor care lucreaza in domeniul alimentarilor cu apa

5. Metode de tratare a apei potabile

Apa provenita din sursele naturale nu indeplineste intotdeauna conditiile de calitate necesare satisfacerii nevoilor consumatorilor. Astfel, apa de rau nu poate servi direct pentru alimentarea unui centru populat, deoarece este tulbure si contine un mare numar de bacterii daunatoare sanatatii, ea va trebui sa fie limpezita in prealabil in decantoare si filtre si curatita de bacterii, in instalatii de dezinfectare.

Dar nu numai apele de suprafata trebuie sa fie tratate. De multe ori apele subterane sunt prea mineralizate, continand compusi de Ca si Mg, de fier si de mangan, cloruri, sulfati si gaze, care fac imposibila de utilizat o apa de alimentare, atat ca apa potabila, cat si ca apa industriala. De aceea, in cazul in care cantitatile de substante dizolvate in apa depasesc limitele admise, va trebui sa se trateze apa in instalatii care sa retina aceste substante ( instalatii de dedurizare, deferizare, demanganizare, dezacidare etc.).

Sarcina de a indeparta aceste impuritati revine statiei de tratare care prin diverse constructii si instalatii realizeaza un lant de procese - un lant tehnologic continuu - prin care in final, apa trimisa la consumator se inscrie in normele de potabilitate.

Modul de alcatuire a statiei de tratare este strans legat de tipul de sursa de apa avut in vedere, precum si de natura si concentratia impuritatilor ce urmeaza a fi inlaturate.

In general, in stadiile de tratare se folosesc, intr-o combinatie sau alta, urmatoarele procese de tratare:

sitare : pentru retinerea corpurilor si materialelor plutitoare antrenate in apa;

presedimentarea : prin simpla stationare relativa a apei se urmareste retinerea suspensiilor grosiere si a particulelor de nisip in apa;

coagularea si flocurarea : aglomerarea suspensiilor fine, nedecantabile in flocoare care sa fie usor sedimentabile;

decantarea : retinerea marii majoritati ( 90 - 95 % ) a suspensiilor din apa, prin acelasi procedeu de stationare relativa, dupa faza de coagulare-flocurare;

filtrarea : pentru finisarea limpezirii, pentru retinerea particulelor si flocoanelor fine si a microorganismelor;

dezinfectia : distrugerea tuturor microorganismelor;

aerarea : imbogatirea apei cu oxigen pentru stimularea reactiilor de oxidare;

adsorbtia : retinerea gustului si mirosului neplacute ale apei, prin contact cu materiale cu proprietati de suprafata adsorbant;

precipitarea chimica : eliminarea din apa a unor substante dizolvate, ca fierul, manganul, calciul, magneziul (reducerea duritatii apei);

schimbul ionic : eliminarea din apa a unor elemente, in vederea pretatarii unor ape pure, in special pentru scopuri industriale.

Mai pot interveni si alte procedee de tratare ca: flotare, degazare, transfer ionic, ultrafiltrare, dar numai in cazuri speciale de surse de apa sau de calitatii necesare ale apei de alimentare.

Metodele de tratare mentionate pot fi clasificate, din punct de vedere al naturii proceselor la care se apeleaza, in: procedee fizice - care nu apeleaza la reactivi; procedee chimice - care apeleaza la reactivi; procedee biologice - se bazeaza pe activitatea microorganismelor.

In tabelul 2 sunt prezentate efectele a sase procedee de tratare asupra a sapte indicatori de calitate. S-a convenit a se nota cu: ,,+ la ++++'' pentru indicarea unei eficacitati din ce in ce mai mari, iar cu: ,,- la ----'' pentru indicarea eficacitatii din ce in ce mai mici.

De exemplu, procedeul de aerare are un efect considerabil asupra gustului si mirosului apei, dar nici un efect asupra turbiditatii si culorii apei. In schimb, tratarea apei cu coagulant si prin decantarea ei are efect in special asupra culorii si turbiditatii apei si mai putin gustului si mirosului.

Astfel ca stabilirea schemei tehnologice de imbunatatire a calitatii apei se elaboreaza pe baza a numeroase studii de specialitate, a unor date privind: calitatea apei din sursa, calitatea apei solicitate, tratabilitatea apei, conditii de teren, stadiul la un moment dat al tehnicii, in general eficienta diferitelor procedee de filtrare cunoscute.

5.1. Tehnici curente de tratare a apelor

Avand in vedere scopul acestui curs, de a pune la dispozitia cursantilor elemente care sa permita o cunoastere a diferitelor instalatii ce urmaresc corectarea calitatii apei, consideram util a face o prezentare succinta a specificului fiecarui procedeu de tratare enumerat, in capitolul anterior.

In prezent se va insista pe elemente generale, fara a aborda aspectele specifice activitatii de proiectare.

5.1.1. Sistarea

Aceasta operatie se realizeaza prin prevederea la priza statiei de tratare a unor gratare, site sau mirosite.

Diferentierea acestor instalatii se face, in special, prin marimea spatiilor sau ochiurilor prin care este lasata apa sa treaca. Astfel, se diferentiaza: sitare grosiera - gratare - cu spatii intre bare de 30-100mm; sitare medie - site - cu spatii de 10 - 25mm; sitare fina - site cu spatii de 3 - 10mm; sitare foarte fina - mirosite - cu spatii de 23 - 120m

Pentru eliminarea materiilor sau corpurilor plutitoare de la suprafata sau din masa apei se folosesc gratare compuse din bare fixe, cu diferite sisteme de curatire, manuale sau mecanice.

Pentru retinerea impuritatilor de dimensiuni mai mici din masa apei - resturi de frunze, mal, suspensii de dimensiuni mai mari - se folosesc sitele care pot fi fixe sau mobile.

Cand sursa de apa o constituie un lac de acumulare, prezenta in apa a unor cantitati mari de plancton - microorganisme acvatice - se impune folosirea instalatiilor de mirosite cu ochiuri de 23 - 100m

5.1.2 Presedimentarea

Scopul presedimentarii este acela de a retine din apa pietrisul, nisipul sau alte particule materiale care se pot depune ulterior pe canale si conducte, pentru a proteja pompele si restul aparaturii de actiunea abraziva a acestora. De asemenea, presedimentarea este deosebit de utila in perioadele de viitura, cand sursa de apa este incarcata cu materii in suspensie, de concentratii care depasesc capacitatea de retinere a celorlalte instalatii din statia de tratare. Aceasta faza se realizeaza in denisipatoare si predecantoare.

Denisipatoarele sunt destinate retinerii particulelor de nisip din apa - particule solide cu dimensiunea mai mare de 0,2mm, avand o viteza naturala de depunere in apa destul de mare. Aceasta permite ca timpul de stationare a apei in denisipatoare sa fie de ordinul a catorva minute si viteza de trecere a apei de 0,1 - 0,5m/s.

Nisipul depus in denisipatoare poate fi eliminat manual (pentru debite foarte mici), mecanic sau hidraulic.

Folosirea denisipatoarelor este recomandabila pentru acele statii de tratare care au prizele situate direct pe cursurile de apa si la care procentul particulelor in suspensie mai mari de 0,2mm. Este de circa 20-30% din totalul suspensiilor din apa. Se usureaza, astfel, foarte mult functionarea decantoarelor.

Pentru captari situate pe rauri cu regim torential sau viituri frecvente, se recomanda, folosirea, in afara denisipatoarelor, si a predecantoarelor.

Rolul lor poate fi multiplu:

reducerea incarcarii in suspensii a apei brute la circa 1-3g/l, acestea putand fi retinute fara probleme in decantoarele propriu zise;

bazin de stocare a apei de rezerva, pentru cazurile de avarii la priza sau poluari accidentale grave pe cursul de apa.

In aceste conditii, predecantoarele se dimensioneaza pentru un timp de stationare a apei de circa 1-5 zile.

Ele mai pot indeplini si alt rol, acela de recuperare a apelor folosite la spalarea filtrelor sau a apei cu namol in exces de la decantoare. In acest mod se reduce substantial consumul tehnologic de apa propriu al statiei de tratare.

Se asigura, in asemenea conditii, o posibila refolosire a coagulantului, precum si evitarea poluarii receptorilor cu ape concentrate in suspensii rezultate din statia de tratare.

Coagularea - flocurarea

Apele de suprafata contin o mare cantitate de substante coloidale. Aceste substante au o greutate specifica foarte apropriata de aceea a apei si, in mod practic, ele raman in suspensie timp indelungat. Stabilitatea mare a particulelor coloidale este data de faptul ca intr-o solutie apoasa, in jurul acestora se formeaza pelicule cu sarcini electrice de acelasi sens, care fac ca particulele sa se respinga reciproc.

Iata de ce, in practica tratarii apei, in vederea accelerarii procesului de decantare se folosesc anumiti reactivi, care prin dizolvarea lor in apa produc ioni de semn contrar particulelor coloidale. Neutralizarea partiala a acestor sarcini conduce la aglomerarea coloizilor in flocoane - agregate mai mari si mai grele. In acest mod se reduce considerabil timpul de depunere a lor.

Prin acest proces de coagulare - floculare are loc o reducere considerabila a turbiditatii, precum si a culorii apei. De asemenea, in fazele de aglomerare si depunere a flocoanelor are loc si o antrenare partiala a substantelor organice si a bacteriilor continute in apa bruta.

Reactivii de coagulare cel mai des folositi in practica sunt: sulfatul de aluminiu, Al₂(SO₄)₃*nH₂O; clorura ferica, FeCl₃; sulfatul feros FeSO₄*nH₂O; sulfatul feric, Fe₂(SO₄)₃. In anumite cazuri se mai apeleaza la aluminatul de sodiu, NaAlO₃ si var, CaO sau Ca(OH)₂.

De asemenea, pentru a desface structura unor substante complexe prezente in apa si a crea conditii favorabile coagularii, se mai utilizeaza: ozon, O₃; compusi ai clorului, Cl₃; ClO₂; permanganat de potasiu, KmnO₄* nH₂O.

Procesul de coagulare - floculare se desfasoara in doua faze, care vor fi descrise in mod schematic.

In prima faza, prin adaugarea de coagulant are loc asa - numita coagulare pericinetica. Aceasta faza cuprinde hidroliza coagulantului dupa reactiile:

Al₂(SO₄)₃ 2 Al³⁺ + 3(SO₄)^2- ;

OH

( H₂O)₄ Al Al (H₂O)₄

OH

Apoi, se petrece compensarea sarcinii negative a impuritatilor coloidale din apa si, in sfarsit coagularea particulelor coloidale destabilizate. Aceasta faza se termina cu formarea de microflocoane. Faza este foarte scurta, de ordinul catorva secunde. Pentru a se asigura o dispersie cat mai rapida a coagulantului in apa, precum si un contact intern al tuturor particulelor coloidale cu coagulantul hidrolizat, din practica tratarii apei a rezultat ca este necesar sa se asigure o perioada foarte scurta ( 30 - 1 min. ) de amestec rapid ( mecanic sau hidraulic ), pentru formarea de coloizi pozitivi de coagulant si de dispersare uniforma a coloizilor formati printre particulele coloidale din apa pentru destabilizarea acestora si formarea de microflocoane. Prima faza a coagularii are loc in camerele de amestec.

Faza a doua de coagulare, cunoscuta sub numele de coagulare otocinetica, cuprinde aglomerarea microflocoanelor formate anterior, pana cand se ajunge la formarea de flocoane cu proprietati bune de sedimentare. Este necesara o agitare lenta de circa 15-30 min. pentru asigurarea aglomerarii particolelor coloidale. Se asigura, astfel, formarea de flocoane mari, dense, usor sedimentabile. Aceasta faza se desfasoara in camerele de reactie.

Coagularea nu poate fi rupta de celelalte procese de tratare a apei, ele formand un tot unitar, completandu-se reciproc. De asemenea nu poate fi privita static, fiind un proces cu caracteristicile in continua schimbare.

Pentru realizarea unei coagulari optime, pe langa variabilele fizice ca: durata si intensitatea amestecului, doza de coagulant, volumul flocoanelor formate, concentratia substantelor solide in flocoane, distributia dimensionala a flocoanelor, un rol important il au si caract5eristicile chimice ale apei: pH-ul, compozitia chimica a apei, tipul coloizilor, etc.

Pentru ca reactivul sa nu subziste nehidrolizat, pH-ul apei de tratat trebuie inclus in zona de pH in care hidroliza este completa.

Pentru accelerarea procesului de coagulare in conditii nefavorabile se introduc in apa adjuvanti de coagulare.

Adjuvantii sunt substante cu greutate moleculara mare, solubili in apa, care in anumite conditii sunt capabili de a crea legaturi cu particulele in suspensie si cu particulele coloidale de apa, formand agregate sau flocoane.

Ei se pot clasifica dupa mai multe criterii: dupa natura lor, dupa originea lor, dupa semnul sarcinii ce o poarta, dupa starea fizica, dupa rolul avut in tratarea apelor.

Dupa natura lor, adjuvantii pot fi:

organici - sunt foarte numerosi, cu denumiri comerciale ca: Decapol, Prosedim, Separan, VA-2, Medasol, Q, S, etc.

minerale - mult mai putini, silicea activata fiind cea mai cunoscuta si cea mai folosita.

Dupa originea lor, adjuvantii pot fi:

naturali - de exemplu bentonita(este o roca sedimentara);

sintetici - obtinuti prin polimerizare.

Dupa semnul sarcinii purtate acesti adjuvanti poseda de-a lungul lantului ce formeaza polimerul grupuri functionale, ionizabile, numite polielectroliti.

Polielectrolitii pot fi:

anionici - macromolecule cu masa ridicata (5.000.000.u.m.), cu grupari active incarcate negativ ( carboxilice sau sulfonice ). Cei mai frecventi sunt: copolimeri acrilat - acrilamida, poliacrilamide etc.,ionizate sub actiunea unor baze si acizi polivinilsulfonici sau polistirensulfonici;

cationici - macromolecule cu greutate moleculara mica ( 250.000 - 1.000.000.u.m. ), cu grupari active ( un ion de amoniu cuaternar ), cu sarcina electrica pozitiva. Cele mai cunoscute sunt polietilendiamidele si clorhidratii de polivinil amoniu.

neionici - poliacrilamide cu masa moleculara mare ( ating si 15.000.000.u.m. ), obtinute prin polimerizarea acrilamidei sub actiunea initiatorilor de lanturi radicalice.

Polimerii cationici isi manifesta activitatea in special in mediul acid, cei anionici mai ales in mediul bazic, iar cei neionici au o activitate independenta de pH.

Dupa starea fizica pot fi:

sub forma de pulbere;

sub forma de solutie concentrata.

Dupa rolul avut in tratarea apei pot fi:

coagulant;

adjuvant de coagulare.

Actiunea SiO₂ activat ca adjuvant se poate explica astfel: cand se folosesc coagulanti ca sulfat de aluminiu sau saruri de fier, acestia hidrolizeaza in apa formand hidroxizi, care in anumite limite de pH poarta sarcini pozitive. Floconul astfel format aduna impuritatile din apa, datorita atractiei dintre sarcinile opuse ale impuritatilor din apa si ale cuagulantului.

In acest punct, SiO₂ activat ca adjuvant isi arata efectele. Cand coagulantul hidrolozeaza si aduna impuritatile, exista o incarcatura reziduala pozitiva pe suprafata compexelor de coagulant. Aceasta incarcatura pozitiva are tendinta de a da nastere la flocoane fine, care raman izolate si impiedica sedimentarea completa. Adaugand solutie de SiO₂ activat, cu incarcatura negativa, se inlatura aceasta tendinta, obtinandu-se o coagulare rapida si completa.

In ceea ce priveste actiunea polimerilor organici, intre adjuvanti si particulele dispersate in apa au loc interactiuni complexe determinate de greutatea moleculara mare a adjuvantilor, de structura si proprietatile electrice ale moleculelor lor.

In anumite conditii, polimerii pot adsorbi particulele in suspensie, legandu-se mai departe in agregate care cresc grele si rezistente.

Procesul este in realitate mai complex, presupunand doua faze: apropierea particulelor la distante care sa permita o interactiune intre ele si adeziunea particulelor adiacente.

Decantarea apei

Decantarea apei este un proces de separare a particulelor solide din suspensie, prin actiunea fortelor de gravitatie, astfel ca amestecul lichid - solid este separat in lichidul limpezit, pe de o parte, si suspensiile concentrate, pe de alta parte. Se mai utilizeaza si termenii ca sedimentarea apei sau limpezirea apei.

Acest proces se realizeaza in constructii speciale, numite decantoare.

Indiferent de tipul decantorului, acesta trebuie sa asigure:

introducerea si distributia apei brute, amestecata in prealabil cu reactivii de coagulare;

spatii de decantare, in care apa are o viteza de circulatie foarte redusa, asigurandu-se o stationare relativa de 1 - 2,5 ore; aici are loc depunerea suspensiilor;

colectarea apei limpezite;

spatiul pentru suspensiile depuse precum si pentru concentrarea lor. In spatiul de decantare se rezerva un anumit volum, in zona sa inferioara, pentru acumularea si concentrarea suspensiilor depuse. Forma, marimea si chiar dispunerea acestui spatiu sunt foarte diferite si depind de tipul decantorului;

sistemul de curatire si evacuare a namolului din decantor este functie de tipul decantorului. Se pot folosi procedee manuale, hidraulice sau mecanice.

Decantoarele clasice pleaca de la principiul retinerii prin cadere gravitationala a tuturor particulelor, supuse in prealabil, de cele mai multe ori, procesului de coagulare - floculare.

In functie de sensul de circulatie a apei in decantor, decantoarele clasice pot fi:

orizontale longitudinale;

orizontale radiale;

verticale.

In drumul sau, datorita vitezelor foarte mici de circulatie a apei, de ordinul a 3 - 15 mm/s, aproximativ 98% din suspensii se depun, urmand ca prin intermediul dispozitivelor de colectare si evacuare a namolului sa fie indepartate din instalatie.

In timp, s-a incercat marirea randamentului acestor instalatii, prin diferite amenajari: decantoare etajate, decantoare lamelare etc. Totusi, datorita vitezelor mici si a debitelor din ce in ce mai mari de tratat, decantoarele clasice au capatat dimensiuni din ce in ce mai mari: decantoarele radiale au atins diametre de 60m. Iar decantoarele longitudinale, lungimi de 100m si chiar mai mari. Astfel de instalatii sunt costisitoare si greu de exploatat.

Aceasta a impus un tip de decantoare - asa-numitele decantoare suspensionale. In afara principiului decantarii gravitationale, in aceste decantoare se mai aplica si principiul filtrarii suspensiei printr-un strat de suspensii retinute anterior, aflat intr-un echilibru dinamic in curentul ascendent de apa. In afara unei eficiente tehnologice foarte ridicate, s-a creat posibilitatea folosirii unei viteze de circulatie a apei mai mari, acest lucru ducand la reducerea suprafetelor sau volumelor construite.

In functie de modul de functionare, decantoarele suspensionale pot fi: statice, cu reducerea stratului suspensional, pulsatoare si superpulsatoare.

In cadrul decantoarelor suspensionale statice, curentul ascendent de apa trece printr-un strat suspensional delimitat intr-un anumit spatiu.

La decantoarele cu recircularea stratului suspensional, un anumit procent din acesta este recirculat, asigurand un contact mult mai bun intre apa ce urmeaza a fi tratata si suspensiile retinute anterior.

La decantoarele suspensionale pulsatoare si superpulsatoare, stratului suspensionale ii este imprimata o miscare pulsatoare, de comprimare si destindere, fapt care conduce la marirea efectului de retinere a suspensiilor.

Exploatarea corecta a acestor tipuri de constructii ridica probleme deosebite si este determinata in obtinerea eficientelor scontate.

Filtrarea apei

Filtrarea este un procedeu de separare a solidelor de lichide, prin care materiile in suspensie sunt separate de lichid prin trecerea amestecului printr-un material poros - filtrant - care retine materiile solide si lasa sa treaca lichidul, denumit si filtrat.

Exista mai multe tipuri de filtrare, care depind de marimea si concentratia particulelor solide, de natura si caracteristicile mediului filtrant si ale modului de functionare.

Filtrarea prin strate granulare cu grosimea de ordinul metrilor se utilizeaza la debite mari cu putine suspensii, spalarea facandu-se, in general, in contracurent.

Filtrarea prin site sau mirosite se utilizeaza la separarea particulelor grosiere in cantitati mici si care se indeparteaza, de obicei, prin spalare.

Filtrarea prin membrane se utilizeaza in cazul unei cantitati reduse de suspensii - pentru obtinerea unei ape foarte limpezi, materialul filtrant fiind foarte subtire, de ordinul centimetrilor.

Filtrarea cu turte se aplica, in principal, in cazul concentratiilor mari de suspensii ale namolurilor rezultate din separarea prin alte procedee, in care se foloseste un strat - suport din panza sau alte materiale pe care se formeaza turta.

Filtrele nu au doar rolul de site pentru retinerea materiilor solide in suspensie ale caror dimensiuni sunt mai mari decat ale spatiilor sau porilor materialului filtrant. Filtrul trebuie astfel conceput, incat sa retina si alte particule si substante, ca de exemplu particule de argila coloidala, substante colorante sau bacterii care au dimensiuni mult mai mici decat ale porilor, iar eliminarea lor comporta procese complexe.

De exemplu, la filtrele lente din materiale granulare, stratul biologic gros care se formeaza la suprafata are o porozitate foarte fina, iar la filtrele rapide care functioneaza dupa coagulare si decantare, acesta retine materiile coloidale si bacteriile care sunt adsorbite de catre flocoanele gelatinoase si eliminate odata cu ele.

De asemenea, in cazul filtrarii prin membrane se pot retine particule submicronice, asigurandu-se in acelasi timp si posibilitatea retinerii substantelor dizolvate.

In domeniul tratarii apelor de alimentare, in general, filtrarea este utilizata in trei moduri principale:

ca treapta unica de tratare;

ca treapta preliminara pentru a reduce incarcatura treptei urmatoare - retinerea materiilor grosiere;

ca treapta finala pentru finisarea indicatorilor calitativi ai apei; in aceasta categorie intra si tratarile speciale, ca filtrarea prin carbune activ granulat pentru eliminarea gustului si mirosului, filtrarea prin filtre cu schimbari de ioni sau membrane pentru demineralizare, etc.

Dezinfectia apei

Apa distribuita pentru nevoile menajere si potabile ale populatiei nu trebuie sa fie daunatoare sanatatii oamenilor, deci nu trebuie sa contina bacterii patogene.

Decantarea si filtrarea apei, desi reduc mult cantitatea de microorganisme continute in ea, nu dau totusi o deplina garantie a indepartarii lor definitive. Pentru indepartarea totala a microorganismelor, se aplica dezinfectia apei.

In general, se supune dezinfectia apa care a trecut prin celelalte stadii de corectare - coagulare, decantare, filtrare - deoarece in apa limpezita nu mai exista particule de material in suspensia in care sa ramana bacterii neinfluentate de mijloacele de dezinfectie.

In unele cazuri, dezinfectia apei se foloseste ca o masura unica, independenta, de corectare a calitatilor apei ( de cele mai multe ori in cazul folosirii apelor de adancime ).

Dezinfectia se poate realiza prin diferite procedee, in cadrul carora apa poate fi supusa actiunii: clorului ( clorare ), ozonului ( ozonificare ), razelor ultraviolete, sarurilor metalelor grele ( argint, cupru, etc.).

Clorurarea. Pentru dezinfectia apei se intrebuinteaza fie clorul gazos pur - Cl₂ , fie clorura de var (CaOCl₂ ).

Introdus in apa, clorul actioneaza asupra substantelor organice care se gasesc in ea, precum si asupra bacteriilor, distrugandu-le. In combinatie cu apa, clorul formeaza acidul hipocloros si acidul clorhidric

Cl₂ + H₂ O HOCl + HCl

Acidul hipocloros ( HOCl ) este compus nestabil si se descompune mai departe in acid clorhidric si oxigen.

HOCl HCl + O

In momentul formarii lui, oxigenul liber actioneaza ca un puternic oxidant asupra substantelor organice si a bacteriilor care se gasesc in apa.

Cantitatea de oxigen si, prin urmare, si cantitatea de clor necesara pentru dezinfectia apei, nu trebuie determinate dupa cantitatea de bacterii patogene, ci dupa cantitatea totala de substante organice si de microorganisme, precum si de substante anorganice oxidabile care se gasesc in apa tratata cu clor.

Stabilirea corecta a dozei de clor este foarte importanta. O doza insuficienta de clor poate face ca el sa nu-si manifeste actiunea bactericida; o doza excesiva de clor ( de peste 0,3mg/l ) inrautateste gustul apei. De aceea, doza de clor trebuie sa fie stabilita de proprietatile individuale ale apei care se corecteaza, pe baza experimentelor facute cu aceasta apa.

Ca dovada ca s-a introdus o doza suficient de mare de clor, este existenta in apa a asa numitului clor de exces ( care ramane in apa dupa oxidarea substantelor de natura organica ).

Ozonizarea consta in trecerea prin apa a aerului ozonizat, adica a unui curent de aer in care oxigenul a fost transformat, sub actiunea unei descarcari electrice, in forma triatomica - ozon ( O₃ ). Din cauza formei nestabile, ozonul se transforma repede din nou in O₂ si atomul de oxigen care se elibereaza in acest caz, actionand in momentul descompunerii ca un oxidant puternic asupra bacteriilor continute in apa, le distruge. Ozonizarea imbunatateste gustul apei. Dezavantajul procesului de ozonizare consta in consumul relativ mare de energie electrica.

Dezinfectia prin raze ultraviolete se bazeaza pe actiunea bactericida a razelor ultraviolete, care au o lungime de unda de la 0,1 la 0,3m. Razele sunt trimise prin straturi de apa de 0,15 - 0,30m grosime. Sursa de raze ultraviolete este o lampa electrica de cuart cu electrozi de mercur. Apa supusa actiunii razelor ultraviolete trebuie, in prealabil, perfect limpezita. Aceasta metoda face parte din procedeele prin care nu se folosesc reactivi, deoarece nu este necesara introducerea in apa a vreunei substante, ceea ce constituie avantajul acestei metode. Dezavantajul metodei, care impiedica deocamdata raspandirea ei, este consumul relativ mare de energie electrica.

Dezinfectia apei cu ioni de metale grele este bazata pe actiunea puternic bactericida a ionilor metalelor grele ( argint, cupru ), in cazul in care se gasesc in concentratie foarte mica in apa care se sterilizeaza. Aceasta actiune se numeste oligodinamie. Pentru dezinfectia apei s-a folosit apa filtrata prin nisip argintat. Suprafata mare de contact a argintului cu apa ajuta la trecerea rapida a ionilor de argint in solutie. Actiunea oligodinamica a ionilor de argint difera dupa felul bacteriilor. In special bacteriile in forma de spori sunt putin atacate de acestia.

5.2 Tehnici speciale de tratare a apelor

In aceasta categorie de procedee de tratare se includ tehnici, procedee, instalatii sau utilaje care fie reusesc sa corecteze indicatorii de calitate ai apei cu grad sporit de dificultate, fie apeleaza la anumite mecanisme de tratare, altele decat cele clasice (decantare, filtrare, dezinfectie ).

Printre acestea pot fi citate: aerarea; schimbatorii de ioni; tratarea cu carbune activ; asmoza; electrocoagularea; etc.

Aerarea apei

Aerarea apei se practica pentru: eliminarea mirosului si gustului neplacut al apei; marirea capacitatii de oxidare a unor substante ca fier, mangan, diferite substante organice.

Realizarea acestei operatii se face, in principal, prin doua metode:

prin injectare de aer in masa apei;

prin marirea suprafetei de contact apa - aer.

Injectarea de aer in masa apei se face fie prin injectarea propriu - zisa de aer sub presiune ( tuburi sau placi poroase; diferite dispozitive punctiforme ), fie prin dispozitive de agitare mecanica la suprafata apei ( turbine; perii; agitatoare ).

Marirea suprafetei de contact dintre apa si aer consta, in principiu, in puverizarea apei la nivel de picaturi, marindu-se astfel suprafata de contact dintre apa si aer, care sa permita imbogatirea continutului in oxigen al apei. Aceasta pulverizare se face prin sprinclere, turnuri cu gratare, filtre cu inele sau materiale de umplutura.

Scimbatorii de ioni

Aceasta metoda poate fi folosita la tratarea apei potabile, din surse cu un continut ridicat de saruri.

Prin acest proces, ionii din apa vin in contact cu schimbatorii de ioni, fiind preluati de acestia, in locul lor fiind cedati alti ioni.

Scimbatorii de ioni sunt, in esenta, polielectroliti macromoleculari, la care un tip de ioni ( cationul sau anionul ) este fixat de polimerul insolubil, iar ionul contrar se poate misca liber, putand fi schimbat. La baza schimbatorilor de ioni folositi, in prezent stau rasini sintetice, de policondensare sau polimerizare.

In tratarea apei ( dedurizarea, eliminarea bicarbonatilor, deionizare, adsorbtia substantelor organice), schimbatorii de ioni pot fi folositi la:

alimentarea cu apa a cazanelor;

circuitele primare ale reactorilor nucleari;

apa tehnologica pentru industria chimica, textila, a hartiei si celulozei;

apa ultrapura, necesara la fabricarea unor piese electronice;

prepararea bauturilor.

Tratarea cu carbune activ

Carbunele activ este un material solid, pe baza de carbon amorf, cu porozitate si suprafata specifica (interna) mari, cu o buna ,,activitate'' ca adsorbant ( adica retine relativ repede proportii mari de substante impurificatoare din apa cu care vine in contact, chiar la concentratii mici ale acestora ).

Diversii carbuni au in unele cazuri o oarecare activitate, putand fi numiti ,, carbuni activi" , asa sunt mangalul, semicocsurile ( de turba, de lignit ), turba etc. Totusi, deoarece aceasta ,,activitate" nu este suficienta, se procedeaza la o activare suplimentara, in care se creeaza noi pori, se deschid porii inchisi preexistenti sau se largesc porii deschisi si, in general, se mareste mult suprafata porilor, rezultand astfel, ,,carbuni activi". Carbunele activ se poate utiliza fie sub forma de pulbere, fie sub forma de granule. In primul caz, carbunele praf se introduce in apa, impreuna cu reactivi de coagulare.

In cadrul proceselor de coagulare - floculare are loc si o adsorbtie pe particulele de carbune ale unor substante de natura organica aflate in apa si care nu ar fi fost eliminate doar prin simpla coagulare - floculare. Pulberea de carbune se depune in decantor o data cu celelalte suspensii, ambele fiind apoi evacuate din decantor cu dispozitive special prevazute.

Carbunele activ granulat se foloseste ca incarcatura filtranta a unor constructii de filtrare situate in schema tehnologica de tratare a apei dupa filtrele de nisip. Filtrele de carbune activ granulat isi aduc aportul la reducerea substantiala a continutului de substante organice din apa de baut.

Cu toate ca atrage o crestere a costului apei potabile, folosirea carbunelui activ in practica tratarii apei se impune datorita aparitiei in sursele de alimentare cu apa a unor impurificatori ca: pesticide, fenoli, detergenti etc. , care nu pot fi eliminati din apa prin tehnicile clasice de tratare.

Osmoza

Osmoza se defineste ca fiind trecerea spontana a unui lichid dintr-o solutie diluata in alta mai concentrata printr-o membrana semipermeabila, care permite trecerea solventilor - nu insa si a substantelor dizolvate. In cazul solutiilor apoase, apa va trece dintr-o parte a membranei in cealalta parte, pana cand se constituie o diferenta de presiune care impiedica trecerea in continuare a apei. In acest fel se creeaza un anumit echilibru. Presiunea atinsa este egala cu presiunea osmotica a solutiei, corespunzatoare unei anumite concentratii a substantelor dizolvate. Cu ajutorul osmozei inverse se poate extrage, in mod mecanic, apa curata dintr-o solutie apoasa de sare.

Electrocoagularea

S-a indicat ca pentru indepartarea poluantilor fin dispersati in apa, este utilizata curent metoda coagularii cu ajutorul cationilor unor metale ( Al, Fe ) adaugati in apa sub forma unor saruri solubile.

O alta posibilitate de introducere a unor astfel de cationi in apa consta in solubilizarea electro-chimica a unor electrozi din metale similare.

Coagularea electrochimica, urmata de electroflotatie, este de fapt o varianta a flotatiei clasice, folosindu-se bule de gaz generate electrochimic ca agenti de separare.

In cazul electrocoagularii, dirijarea de microbule este provocata de electroliza efluentului insusi, cu ajutorul electrozilor metalici consumabili.

Eficacitatea metodei este data de valoarea mare a raportului suprafata / volum a bulelor de gaz generate electrochimic, care urca la suprafata prin dispersie coloidala destabilizata, realizand un efect de separare rapid.

In S.U.A. metoda a fost folosita pentru alimentarea cu apa a orasului Miami. In Olanda si Anglia, de asemenea, metoda electrocoagularii a fost folosita cu succes, obtinandu-se o apa de foarte buna calitate.

Intr-o incercare de extindere a prezentarii tuturor obiectivelor si tehnicilor utilizate in prezent pentru tratarea apei si in special pentru potabilizarea ei, a rezultat tabelul 3.

Obiective si tehnici ale tratarii apei

Tabelul 3

Legenda:

xx = efect sigur

x = efect posibil

- = nici un efect

6. ALCATUIREA STATIILOR DE TRATARE

Scheme tehnologice de tratare a apei.

Alcatuirea statiei de tratare trebuie astfel realizata incat sa asigure:

circulatia apei de la o instalatie la alta;

corectarea tuturor indicatorilor de calitate ai apei;

minimum de cheltuiele de exploatare in conditiile unei maxime sigurante in potabilizarea apei livrate;

o exploatare elastica, care sa permita adaptarea instalatiilor la variatia calitatii apei din sursa;

posibilitatea dezvoltarii ulterioare a statiei de tratare in functie de cresterea necesarului de apa;

incadrarea statiei de tratare in ansamblul sistemului de alimentare cu apa, in conditiile unei fiabilitati crescute si a unor posibilitati de automatizare si dispecerizare corespunzatoare nivelului de moment si in perspectiva.

Schemele destinate tratarii unor ape de rau sunt alcatuite pe acelasi principiu si anume:

o faza de tratare cu reactivi de coagulare a apei; aceasta faza necesita camera de amestec si camera de reactie si o gospodarie de reactivi;

o faza de depunere masiva a suspensiilor, de limpezire; se realizeaza in decantoare, care pot fi verticale, suspensionale, orizontale sau alte tipuri;

o faza de limpezire finala; se realizeaza in filtre rapide de nisip;

o ultima faza, de dezinfectie a apei, presupune tratarea cu clor si un bazin in care are loc actiunea clorului cu substante impurificatoare din apa; acest bazin poate servi si ca rezervor de inmagazinare a apei, pentru a asigura o constanta in livrare a debitului de apa solicitat de consumatori. In unele cazuri, se practica si tratarea cu clor a apei in primele faze.

Schemele destinate tratarii unor ape provenite din lacurile de acumulare, deoarece apele sunt mai limpezi, se modifica prin renuntarea la faza de decantare, folosindu-se in special, diferitele forme de filtrare a apei: filtre de contact, prefiltre, filtre lente. Faza de dezinfectie este similara cazurilor prezentate anterior.

Chiar si din cazurile prezentate a reiesit rolul determinant al calitatii apei brute in stabilirea schemei tehnologice de tratare. Acest fapt a condus la alcatuirea diferita a unor scheme de tratare in functie de calitatea apei din sursa.

Se vor prezenta in cele ce urmeaza, aceste scheme tip pentru cazul apelor provenite din sursa de suprafata, rau sau lac.

In cazul apei raurilor s-a ales ca grad de apreciere a eficientei unei scheme de tratare gradul de eliminare a substantelor organice din apa bruta, substante care prin prezenta lor in apa potabila conduc la unele riscuri pentru consumatori.

S-au verificat eficientele de eliminare a substantelor organice ( exprimata in mg KmnO₄/l ) din apele de alimentare pe 6 scheme tehnologice de tratare cu complexitati gradate. Alcatuirea fluxului tehnologic s-a facut pe baza conditiei de obtinere a unei ape potabile cu un consum de permanganat de potasiu ( KmnO₄ / l ) sub 10 - 12 mg/l.

Se remarca:

pentru un continut in apa bruta de pana la 20 mg KmnO₄/l, este necesar fluxul: coagulare + decantare + filtrare + clorare; eficienta de reducere a substantelor organice este de 30-40%.

pentru un continut in apa bruta de pana la 30mg KmnO₄/l , este necesar fluxul: preclorare + coagulare + adjuvant + decantare + filtrare + clorare; eficienta este de 40-60%.

pentru un continut in apa bruta de pana la 45 mg KmnO₄/l, este necesar fluxul: carbune activ praf + coagulare + adjuvant + decantare + filtrare + clorare; eficienta este de 50-75%

pentru un continut in apa bruta de pana la 60 mg KmnO₄/l, este necesar fluxul: carbune activ praf + coagulare + adjuvant + decantare + filtrare + ozonizare + clorare; eficienta este de 60-80%

pentru un continut in apa bruta sub 75 mg KmnO₄/l, este necesar fluxul: carbune activ praf + coagulare + adjuvant + decantare + filtrare + ozonizare + filtru de carbune activ + clorare; eficienta este de 70-85%

pentru un continut in apa bruta sub 90 mg KmnO₄/l, este necesar fluxul: preozonizare + carbune activ + coagulare + adjuvant + decantare + filtrare + ozonizare + filtru carbune activ + clorare; eficienta este de 80-90%.

In ceea ce priveste folosirea lacurilor ca sursa de alimentare cu apa, s-a pus in evidenta faptul ca dintre indicatorii de calitate ai apei lacurilor de acumulare, care influenteaza tehnologia de tratare, cei mai importanti sunt:

reducerea temperaturii;

turbiditate redusa;

continut de suspensii redus ( in majoritate, coloizi foarte fini );

dezvoltari masive de alge.

Fata de cele de mai sus, rezulta ca tehnologia care se adopta ar trebui sa asigure in principal:

indepartarea organismelor din apa;

inlaturarea suspensiilor fine si a culorii;

reducerea gustului si a mirosului;

dezinfectia

Similar cu modul de abordare a problemei in cazul raurilor si in cazul lacurilor s-a considerat ca unul din elementele hotaratoare pentru alegerea schemei optime de tratare este calitatea apei din lac, exprimata prin gradul de trofie al lacului si prin biomasa care il caracterizeaza.

Pe aceasta linie s-au stabilit sapte situatii de calitate a apei lacurilor si tot atatea scheme, avand o complexitate gradata, conform tabelului 4.

In cazul unor surse subterane sau de alte categorii ( ape de calitate inferioara, recirculare etc ), schemele de alimentare cu apa vor avea o alta compunere, dar va trebui sa respecte principiile de alcatuire enuntate anterior.

Alcatuirea schemei statiei de tratare este o faza foarte importanta in actiunea de intocmirea proiectelor statiilor de tratare si chiar a sistemelor de alimentare cu apa.

Intocmirea ei judicioasa asigura obtinerea unei ape potabile conform normelor in vigoare ( Legea apei potabile nr. 311/2004 ) in conditiile tehnico - economice si de exploatare corespunzatoare.

Scheme tehnologice de tratare in functie de calitatea apei lacului

Sursa Dezinfectie Consumator Biomasa Sub1mg/l Lac curat

Sursa Microsita Prefiltru Dezinfectie Consumator Biomasa 1-5mg/l (oligotrof)

Sursa Microsita Prefiltru coagulant Filtrare Dezinfectie Consumator Biomasa 5-10mg/l

Sursa Microsita coagulant Prefiltru Filtrare Dezinfectie Consumator Biomasa 10-20mg/l Lac relativ

Sursa Microsita coagulant Prefiltru Filtrare Dezinfectie Consumator Biomasa 20-30mg/l curat (mezotrof)

Sursa Microsita coagulant Prefiltru Filtrare Filtru cu carbune activ Dezinfectie Consumator Biomasa Sub100mg/l Lac degradat

Sursa Microsita coagulant preozonizare Prefiltru Filtrare Ozonizare Filtru cu carbune activ Dezinfectie Consumator Biomasa Peste 100mg/l ( eutrof )

BIBLIOGRAFIE

Florescu, Al. (1971) - Exploatarea constructiilor si instalatiilor pentru tratarea apei. Ed.

Tehnica, Bucuresti.

Florescu,Al.si colectivul (1979) - Exploatarea lucrarilor de alimentare cu apa si

canalizari. Ed. Tehnica, Bucuresti.

Manescu,Al., Sandu,M.,Ianculescu,O.(1994) - Alimentari cu apa. Ed. Didactica si

Pedagogica, Bucuresti.

Paslaru,I.,Rotaru,N.,Teodorescu,M.(1981) - Alimentari cu apa. Ed. Tehnica, Bucuresti.

Rojanschi V.(1984) - Alimentarea cu apa la punct de rascruce. Ed. Ceres, 1984.

Rojanschi,V. (1985) - Din tainele unui pahar cu apa. Ed. Ceres, Bucuresti.

Rojanschi,V.(1996) - Cartea operatorului din statii de tratare a apelor. Ed.Tehnica.Buc.

Straus,H., Manescu,S. si colectivul (1980) - Curs de igiena. Ed. Didactica si Pedagogica,

Bucuresti

Thebbutt,T.H.V. (1983) - Principles of water quality control. Pergamon Press, Oxford.

Trofin, P. (1978) - Alimentari cu apa. Ed. Didactica si Pedagogica, Bucuresti.