Obiective speciale ale tratarii apei

Obiective speciale ale tratarii apei

In capitolele anterioare au fost prezentate marea majoritate a obiectivelor tratarii apei si tehnicile de tratare.

Este necesar a se insista pe cateva obiective specifice cum ar fi : asigurarea echilibrului carbonic al apei, indepartarea H₂S si a sulfurilor, indepartarea Fe si Mn,

Metode de corectare a echilibrului carbonic al apei

Pentru ca o apa sa nu fie coroziva si sa nu formeze cruste, compozitia sa in saruri minerale dizolvate, trebuie sa indeplineasca urmatoarele conditii :

- alcalinizarea totala sa fie suficient de mare pentru ca apa sa aiba o posibilitate buna de transportare.

- duritatea bicarbonatica calcica sa fie preponderenta

- concentratia in saruri acide tari (sulfati si cloruri) sa fie sub 100 mg/l pentru fiecare din ele.

Deoarece multe surse de apa prezinta caracteristici foarte diferite fata de conditiile enumerate, sau le primesti dupa anumite trepte de tratare se impun tratamente de corectare cum ar fi :

- neutralizarea anhidridei carbonice agresive

- nemineralizarea

Cele doua sunt tratamente pentru apele agresive

- dedurizarea - tratament pentru apele dure care pot forma cruste

Neutralizarea anhidridei carbonice

Se utilizeaza eliminarea fizica a anhidridei carbonice prin aerare sau prin neutralizarea CO₂. Eliminarea prin aerare: Aceasta tehnica este utilizata mai ales in tratarea apelor subteranecu continut excesiv de cO₂ si permite atat diminuarea considerabila a cantitatilor de reactiv necesare pentru aducerea la echilibru cat si evitarea unor duritati excessive a apei tratate.

Procesele de dispersie a apei in aer prin cascade sau de insuflare de aer comprimat sunt putin eficiente in acest caz. Se prefera pulverizarea apei in aer, care creaza o suprafata mare de schimb intre aer si apa care contine CO₂ dizolvat

Eficienta pulverizarii depinde de :

- finetea picaturilor obtinute : dispersia este dependenta de pierderea de presiune, valorile optime se situeaza intre 0.5-0.8 bar

- volumul camerei de aerare

- ventilarea pentru evacuarea rapida a CO₂ evitand dizolvarea partiala a CO₂ gaz mai dens decat aerul

Pentru apele care contin peste 30 mgl CO₂ prin aerare se poate obtine o reducere de pana la 80 % a CO₂ liber

Pentru apele care contin sub 30 mg/l CO₂ randamentul de eliminare a CO₂ este mai scazut deoarece continutul de CO₂ in aerul atmosferic este un factor limitative al procesului de aerare, conducand la o concentratie rigida in apa de 5- mg/l CO₂.

Nu se urmareste eliminarea totala a CO₂ din apa, ci conservarea unei cantitati suficiente pentru a mentine o alcalinizare acceptabila.

Eliminarea prin neutralizarea CO₂

Cei mai utilizat reactivi sunt soda caustica varul sau carbonul de Na, rectiile care au loc fiind urmatoarele :

CO₂+ NaOH → NaHCO₃

2O₂+Ca(OH)₂→Ca(HCO₃)₂

CO₂+Na₂CO₃+H₂O→ 2NaHCO₃

Alegerea reactivului ethnic trebuie sa tina seama de urmatoarele aspecte :

- varul este cel mai ieftin dintre reactivi dar necesita instalatii costisitoare de dozare mai ales la debite mari ale apei de tratat.

Formarea Ca(HCO₃)₂ conduce la modificarea valorii alcalinitatii si la cresterea valorii duritatii bicarbonatice, deci si a celei totale.

- soda si carbonatul de sodiu sunt produse mai scumpe decat varul dar nu necesita echipamente costisitoare

Formarea NaHCO₃ (bicarbonatului) conduce la cresterea alcalinitatii darn u modifica valoarea duritatii bicarbonate si a celei totale.

Uneori dupa aplicarea neutralizarii CO₂ cu var este necesara corectia pH-ului utilizand H₂SO₄ si HCl introdusi cu pompe dozatoare.

Un alt procedeu care se poate aplica pentru neutralizarea CO2 agresiv este filtrarea prin produse alcano - pamantoase, cu imbogatirea apei in bicarbonate.

Ca umplutura se pot utiliza:

- calcarul, eventual amestecat cu MgCO₃ (dolomita) sau marmura,   

- produsi calcinati cu continut mare de oxizi alcano pamantosi .

acest procedeu se aplica mai ales la tratare apelor subterane si nu permite o depasire a pH-ului de echilibrare pentru a forma stratul protector de carbonati in conducte, ceea ce implica o eventuala injectie complemnentara de reactivi alcalini

Remineralizarea (un alat tratament de corectare)

O mare parte a apelor de suprafata si unele ape subterane sunt slab mineralizate si orice tratament de neutralizare a CO₂ cu reactivi chimici poate conduce la cresteri mari ale ph-ului si la diminuarea dezinfectiei cu compusi clorurati in retelele de distributie.

Pentru evitarea unor asemenea inconveniente in schema de tratare se introduce o faza de remineralizare, care constituie in introducerea in apa de ioni de Ca si de bicarbonat.

Intre substantele, prin a caror reactie chimica in apele slab mineralizate si aduce un aport de calciu si bicarbonati ar fi :

- bioxudul de carbon si varul 2CO₂+ CaO+H₂O → Ca(HCO₃)₂ Este procedeul cel mai utilizat (pentru cresterea alcalinitatii cu 1 nivel/m³ sunt necesare 8.8 g CO₂ si 5,6 CaO) Varul se introduce sub forma de lapte de var.

- NaHCO₃ + saruri de Ca

se introduce simultan in apa ioni de HCO^-₃ sub forma de NaHCO₃ si ioni de Ca²⁺ sub forma de CaCl₂ sau CaSO₄. (NaHCO₃+ CaCl₂→Ca(HCO₃)₂+2NaCl).

Utilizarea acestor produsi chimici sub forma de pudra face ca procesul sa fie preferat comparativ cu utilizarea CO₂ cu var, insa costul reactivilor este mult mai ridicat si exista probabilitatea unui aport suplimentar de Cl^- sau SO^-₄ fata de cel existent initial in apa .

CO₂+calcar

Procedeul se utilizeaza in apele subterane bogate in CO₂ (CO₂ +H₂O+CaCO₃ →Ca(HCO₃)₂)

In schema generala de tratare a a apei remineralizarea poate avea loc:

- la sfarsitul tratarii : prezinta avantajul ca permite ajustarea optima a caracteristicilor apei livrate

- la inceputul tratarii; avantajul principal al acestei tehnici fiind stabilirea pH - ului in cursul fazei de coagulare - filtrare - decantare. Apa fiind mai bine tamponata, o variatie accidentala de coagulant nu are decat o influenta limitata asupra pH-ului in faza de floculare.

- remineralizarea intermediara : sunt insa putine cazuri de remineralizare inaintea treptei de filtrare.

Indepartarea H₂S si a sulfurilor din apa

Dintre compusii sulfului, cei care se gasesc in mod natural in apele subterane sunt H₂S si sulfurile. Alti compusi ai sulfului (sulfite sau triosulfati) sunt un rezultata al impurificarii cu ape rezidualke.

H2S si sulfurile prezente in apele subterane, utilizate ca apa potabila sau industriala, ridica serioase probleme cum ar fi :

- gust neplacut, detectabil de la o concentratie de 0.5 mg H₂S/l

- miros de oua stricarte, detectabil de la o concentratie de 0.5 mg    H₂S/l

- pericolul corodarii conductelor de alimentare datorita trecerii H₂S in H₂SO₄ sub actiunea bacteriilor

- pericolul intoxicarii pentru om prin inhalare de H₂S gazos, pericol ce apare mai ales in spatiile de tratare a apei care contin H₂S.

Cunoasterea modului sub care se gaseste H₂S in apa este deosebit de importanta, deoarece formele ionice de hidrosulfura si mai ales sulfura nu se pot indeparta prin metodele curente de tratare utilizate pentru potabilitate,

Cateva metode de eliminare a H₂S din apa ar fi :

Aerarea . Metoda consta in eliminarea H₂S present in apa sub forma de gaz dizolvat prin desorbtie, la trecerea in contracurent cu apa a aerului sub presiune, in instalatii speciale numite degazoare. Aceasta metoda se poate aplica la ape cu un pH cuprins intre 6.5-7.0 cu un continut de H₂S in apa de maxim 5 mg/l si are o eficienta de indepartare a H₂S de 80-85 % .

La un continut de H₂Sin apa de peste 5 mg/l metoda nu este utilizata deoarece cantitatea de H₂S ramasa ar fi de ordinul mg/l iar cantitatea de Cl₂ gazos necesara ar fi mult prea mare, procesul devenind neeconomic. Pentru indepartarea a 1mg/l H₂S se consuma practice circa 8-10 mg/l clor trebuie asigurat in apa si circa 0.5 mg/l clor residual liber .

Aerarea precedata de reducerea pH-ului

Metoda consta in reducerea pH-ului in jurul valorii de 5, cand toata cantitatea de H₂S din apa se gaseste sub formas gazoasa.

Reducerea ph-ului apei se poate realiza cu ajutorul CO₂ gazos (aer imbogatit cu 10% vol CO₂) sau prin acidulare cu HCl sau cu H₂SO₄

Dupa reducerea pH-ului, apa este aerate si apoi daca este nevoie, se aplica metode de limpezire dezimfectie si alcalinizare pentru reducerea pH-ului la valorile acceptate de standardul de calitate. Aceasta metoda poatew fi aplicata economic pana la concentratii de 50 mg/l H₂S in apa.

Folosirea hidroxidului feric Fe(OH)₃

Metoda se bazeaza pe capacitatea Fe(OH)₃ de a reactiona cu Fe(OH)₃ formand sulfura de fier. Sulfura de fier, prin aerare, reface hidroxidul de fier, care poate fi reintrodus in circuit. Metoda este utilizata la concentratii ale H₂S in apa pana la 50 mg/l

Procedee bilogice de eliminare a H₂S

Indepartarea H₂S din apa prin metode biologice presupune combinarea unei desorbtii partiale din apa a H₂S ca rezultat al aerarii si oxidarea biochimica. Prin contactul apei cu    pelicula biologica poluata cu sulfobacterii.

Acest process de aerooxidare are loc in instalatii de tipul aerofiltrelor.

Apa care contine H₂S este raspandita cu ajutorul unui distribuitor in aerooxidator, peste incarcatura de zgura pe care se formeaza pelicula biologica.

In aerooxidator in partea de jos se introduce aer sub presiune cu ajutorul ventilatorului.

Are loc procesul de aerooxidare dupa care apa trece prin bazin spre filtrul rapid de nisip unde are loc eliminarea sulfatilor si a impuritatilor peliculei biologice din aerooxidator. Pentru imbunatatirea conditiilor de limpezire a apei, inainte de filtrare in pa este necesar sa se introduca coagulant.

Pentru eliminarea conditiilor anaerobe in partea de jos a filtrului de nisip, care ar putea conduce la formarea H₂S se pot intrebuinta 2 metode :

- prelucrarea apei care intra in filtru

- insuflarea periodica a filtrului cu aer sub presiune de jos in sus.

Eliminarea Fe si Mn

Inconvenientele    prezentei Fe si Mn in apa

Prezenta Fe si Mn in apa, in concentratii care depasesc limitele de colitate pentru apa potabila (Fe -max 0.1 mg/l, Mn - 0.05 mg/l ) prezinta o serie de inconveniente cum ar fi :

- precipitatele formelor oxidate de Fe si Mn modifica neplacut aspectul apei prin aparitia unei turbiditati de culoare galben brun, pana al negru

- depunerea precipitatelor conduce la patarea rufelor

- precipitatele de fe si Mn pot formas depozite pe conducte maia les la coturi, conducand la obturarea acestora.

- existenta Fe dizolvat in apa poate conduce la dezvoltarea unor grupe de bacterii superioare (fero bacterii) care consuma Fe dizolvat ca hrana. Coloniile acestor bacterii se fixeaza pe conducte, conducand la reducerea efectiva a sectiunii acestora, la colmatarea contoarelor si astuparea supapelor.

- Cand ferobacteriile mor pot sa apara probleme de miros si de gust

- Fe si Mn in concentratii de cateva mg/l pot da apei un gust metalic sau amar, dezagreabil pentru baut si pot forma pete inchise la culoare

- Fe si Mn prezente in apa nu sunt elemente dorite pentru o serie de procese industriale cum ar fi fabricarea hartiei, vopsitorie, decolorare, developarea filmeloretc.

- Mn in concentratii mai mari de 50 μg/l in apa de baut produce efecte psihomotorii in organism.

Formele chimice sub care Fe si mn se gasesc in sursele subterane.

In stare nativa Fe si Mn se gaseste in apele subterane sub forma de saruri dizolvate feroase (Fe²⁺) si manganoase (Mn²⁺) cum ar fi Fe(HCO₃)₂ ,FeSO₄, FeCl₂, Mn(HCO₃)₂ , MnSO₄, MnCl₂ .

Dintre acestea in apele subterane din tara noastra predomina bicarbonatii.

Dintre sarurile ferice (Fe³⁺) singura sare trivalenta solubila este FeCl3 care nu se gaseste in mod natural in apa . Se poate gasi in apele de mina sau ca rezultat al impurificarii cu deseuri de la combinatele chimice.

Daca apa subterana intra in contact cu un agent oxidant compusii ferosi si manganosi sunt oxidati la compusi ferici (Fe³⁺) - Fe(OH)₃ si manganici (Mn⁴⁺), MnO_2, compusi insolubili care se pot ulterior indeparta.

Metode de deferizare - demanganizare.

Procesul tehnologic de deferizare demanganizare pare a a fi un proces simplu, schema clasica cuprinzand doua trepte de tratare si anume :

- Treapta de oxidare, treapta in care formele de fe si Mn sunt oxidate pana la Fe(OH)₃, si MnO₂, forme practic insolubile in apa.

- separarea precipitailor formati prin filtrare.

Datorita multitudinii fenomenelor care intervin si influenteaza cele doua faze de baza ale tratarii , procesul de deferizare ridica probleme dificile, motiv pentru care cele mei multe statii de tratare a apei nu livreaza in mod constant apa de buna calitate, conform cerintelor consumatorilor.

Cercetarile efectuate in domeniul apelor ferupinoase s-au finalizat cu elaborarea a numeroase tehnologii de deferizare si demnaganizare a apei. Principalele tehnologii cunoscute pe plan mondial fiind :

- oxidarea completa a Fe si Mn in apa inainte de filtrare si indepartarea prin filtrare a suspensiilor formate.

- oxidarea fe si Mn direct in filtru

Oxidarea Fe si Mn direct in filtru

Oxidarea Fe si MN in apa inainte de filtrare se poate realiza prin mai multe metode.

- oxidarea cu ajutorul O2 dizlvat in apa . Se utilizeaza in cazurile in care ionul feros este legat sub forma de bicarbonate usor oxidabili.din cauza vitezei lente, acest procedeu nu este sufficient si pentru oxidarea Mn.

- oxidarea in mediu alcalin necesita ridicarea pH-ului la 8 pentru oxidarea fe si intre 8.6-10 pentru oxidarea manganului. Procesul se plica atunci cand se urmareste si dedurizarea partiala a apei

- oxidarea Fe si Mn prin aerare este procesul cel mai raspandit si se realizeaza printr-un contact cat mai intim intre apa de tratat si aerul atmosferic. Amestecul aer-apa se poate realiza fie prin dispersia apei in aer, fie prin difuziunea aerului in apa.

Principalele sisteme de aerare sunt :

- Sisteme de aerare prin dispersia apei in aer prin picurarea apei in cascade, prin picurarecu dusuri, prin prelingerea apei pe o masa de contact.

- sisteme de aerare prin difuzia aerului in apa se realizeaza prin diferite sisteme sub presiune

- sisteme de    aerare cu dispozitive mecanice cu rotoare cu ax orizontal, cu rotoare de suprafata si ax vertical

- sistemul de aerare hidraulica prin ejector.

- Oxidarea cu clor gazos si bioxid de clor care prezinta dezavantaj din cauza volumului mare de namol si a suspensiilor coloidale formate, care pot traversa masa filtrului de nisipsi inrautatirii calitatii .

- Oxidarea cu KMnO₄ este un procedeu eficient fdar neeconomic de aplicat datorita costului ridicat al KMnO₄ si cantitatii mari de namol care se formeaza.

- Oxidarea cu ozon : ozonul este uu oxidant puternic, foarte eficient si ne da produse secundare de reactie

Avantajele utilizarii ozonului sunt multiple - datorita faptului ca el actioneaza in mai multe directii : oxidarea Fe si Mn, inlaturarea gustului si mirosului neplacut al apei, inlaturarea coloratiei apei, oxideaza fenolii si cianurile, actioneaza ca dezinfectant.

Oxidarea Fe si Mn direct in filtru se realizeaza in :

- filtre de dolomite - prezinta avantajul ca reduce continutul in CO₂ liber si mareste posibilitatea de oxidare a Fe si Mn. Dezavantajul - scaderea capacitatii de functionare a filtrului

- Filtre de dolomita semiarsa - prezinta dezavantajul micsorarii in timp a constantei de activitate

- Filtre de contact (din zeolit natural) prezinta dezavantajul unuui cost ridicat