PURIFICAREA APEI POTABILE

Apele de suprafata contin materiale in suspensie, de aceea se urmareste in primul rand limpezirea lor, iar datorita continutului mare de bacterii se supun unui proces de sterilizare (dezinfectare)

Limpezirea apei

In functie de dimensiunile impuritatilor din apa, limpezirea se poate efectua prin sedimentare, coagulare si filtrare.

1. Sedimentarea naturala

Sedimentarea naturala a particulelor cu diametru mai mare de 0,1 mm se realizeaza in bazine special amenajate, numite denisipatoare, care servesc la depunerea nisipului aflat in suspensie si la indepartarea lui. Viteza de trecere a apei brute prin denisipator depinde de marimea particulelor aflate in suspensie si variaza intre 0,10 si 0,50 m/h. La viteze de trecere mai mari nu se poate realiza practic depunerea nisipului. Timpul de sedere al apei in denisipator este de 5-10 h si se depun circa 90% din suspensii.

Denisipatoarele pot fi orizontale sau verticale, in functie de directia de curgere a apei. (fig. 1 si fig. 2).

Deoarece prin sedimentarea naturala nu se inlatura si substantele fine aflate in suspensie sau in stare coloidala, este necesara indepartarea lor, cu ajutorul reactivilor chimici numiti coagulanti.

2. Limpezirea cu coagulanti.

Coagulantii produc precipitate voluminoase care antreneaza, in caderea lor, particulele aflate in suspensie. Cei mai intrebuintati coagulanti sunt: sulfatul de aluminiu, sulfatul feric si clorura ferica. In prezenta bicarbonatilor de calciu si magneziu, din apa (mediu alcalin) aceste saruri precipita sub forma de precipitate floconoase de Al(OH)₃ si Fe(OH)₃, conform reactiilor:

Al₂(SO₄)₃ + 3 Ca(HCO₃)₂ = Al₂(CO₃)₃ + 3 Ca SO₄ +3 CO₂ + 3 H₂O (1)

Al₂ (CO₃)₃ + 3 H₂O = 2 Al(OH)₃ + 3 CO₂ (2)

2 FeCl₃ + 3 Ca(HCO₃)₂ = 2 Fe(OH)₃ + 3 CaCl₂ + 6 CO₂ (3)

Daca apa nu este suficient de alcalina ca sa poata avea loc reactiile mentionate, se adauga lapte de var sau Na₂CO Tratamentul cu coagulanti se realizeaza in instalatii speciale prevazute cu aparate pentru prepararea si dozarea coagulantilor, camere de reactie cu agitatoare, unde are lor precipitarea coagulantilor, urmate de decantoare, in care se depun precipitatele.

Apa limpezita cu ajutorul coagulantilor mai contine suspensii foarte fine, care sunt inlaturate prin filtrare.

Filtrarea

Se realizeaza prin trecerea apei prin straturi de materiale poroase granulare, de obicei, din nisip si piatra sfaramata.

La trecerea prin nisip, apa incarcata cu suspensii se limpezeste datorita adsorbtiei (particulele in suspensie fixandu-se pe suprafata granulelor de nisip) si retinerii particulelor in spatiile dintre granulele materialului filtrant.

Nisipul si piatra sfaramata se aseaza in straturi, dupa dimensiune, in bazine de capacitate mare numite filtre. Dupa viteza de curgere a apei prin filtre acestea se clasifica in filtre lente si filtre rapide.

Filtrele lente (fig. 3) sunt bazine de beton umplute cu pietris si nisip. Pe fund se aseaza placi poroase sau tuburi gaurite care colecteaza apa filtrata, si peste acestea straturi de nisip din ce in ce mai marunt. Grosimea stratului filtrant este de 1,0-1,25 m. Apa strabate filtrul cu o viteza mica, de 10 cm/h, eliberandu-se aproape total de suspensii.

La suprafata materialului filtrant se retin microorganismele vii, formand o membrana gelatinoasa numita membrana biologica. Aceasta are un rol important in eficacitatea filtrului, deoarece retine cele mai fine suspensii, si in special, microorganismele.

De aceea apa filtrata prin filtrele lente este si apa sterila si poate fi trimisa pentru consum. Dupa un anumit timp de functionare, filtrele se imbacsesc, de aceea este necesar ca la anumite intervale de timp sa se faca curatirea lor.

Curatirea se face inlocuind masa filtranta cu nisip proaspat pe o distanta de 10-12 cm, sau spalandu-se cu apa sub presiune, de jos in sus. Productivitatea filtrelor lente este redusa din cauza vitezei mici de trecere a apei.

Filtrele rapide (fig. 4) sunt recipiente metalice umplute cu nisip, in care apa se introduce sub presiune. In aceste filtre, apa circula cu o viteza ce variaza intre 5 si 10 m/h. Apa, trecand cu viteza mare prin filtru, impiedica formarea membranei biologice si purificarea bacteriologica nu se poate realiza, de aceea apa filtrata prin filtre rapide trebuie dezinfectata. Dupa 12 sau 48 de ore de functionare, filtrele rapide trebuie curatate de impuritatile depuse pe nisip. Curatirea se realizeaza prin spalare cu apa sub presiune de jos in sus si se evacueaza pe la partea superioara.

4. Dezinfectarea apei

Dezinfectarea apei este operatia prin care se urmareste indepartarea germenilor patogeni si reducerea numarului de germeni saprofiti. Aceasta operatie este necesara atat pentru apa potabila cat si pentru apa industriala, deoarece s-a constatat ca diferite procese tehnologice sunt deranjate de prezenta microorganismelor din apa care se depun pe conducte, provocand coroziunea acestora.

Dezinfectarea apei se realizeaza la scara industriala prin procedee biologice, fizice si chimice.

1. Procedeele biologice folosesc actiunea membranei biologice care se formeaza in filtrele lente de nisip si care retine toate microorganismele.

2. Procedeele fizice folosesc actiunea unor agenti fizici care distrug microorganismele din apa: caldura, radiatiile ultraviolete, radiatiile ionizante etc.

Prin fierbere se distrug total microorganismele din apa, dar procedeul este scump si se aplica in cazuri speciale pentru cantitati mici de apa.

Dezinfectarea apei cu radiatii ultraviolete se bazeaza pe proprietatile bactericide foarte puternice ale acestora. Datorita acestui fapt, apele curgatoare se autosterilizeaza.

Radiatiile ultraviolete se obtin cu ajutorul unor lampi speciale, in care se realizeaza descarcari electrice in vapori de mercur. Lampile se aseaza in conductele prin care circula apa (fig. 5) Efectul bactericid se realizeaza pe o raza de 25 cm de la lampa, daca apa este limpede.

Fig. 5 Dezinfectarea apei cu raze ultraviolete

1 - conducta prin care circula apa.

2 - lampa cu vapori de mercur

3 - manson de cuart pentru evitarea incalzirii apei

O lampa dezinfecteaza circa 500 m³ apa in 24 de ore. Dezinfectarea apei cu raze ultraviolete se aplica pe scara redusa deoarece este costisitoare.

Radiatiile ionizante γ sunt radiatii electromagnetice obtinute cu ajutorul izotopilor radioactivi, care se caracterizeaza printr-o mare putere de penetratie. Actiunea radiatiilor γ pentru dezinfectarea apelor a fost folosita experimental pentru apele reziduale.

Procedeele chimice de dezinfectare a apei folosesc actiunea antiseptica a diferitilor reactivi (ozon, clor, substante clorigene, permanganat de potasiu) sau actiunea bactericida a unor elemente (cupru, argint etc.).

Dezinfectarea apei cu reactivi chimici prezinta avantajul unor instalatii simple, investitii reduse, productivitate marita fata de procedeele fizice. Cu toate acestea, unele dintre aceste procedee prezinta dezavantajul ca modifica caracteristicile organoleptice ale apei. Astfel, clorul da apei gust si miros specific. Cele mai raspandite procedee de dezinfectare a apei cu agenti chimici sunt: cu ozon, cu clor si cu substante clorigene.

Dezinfectarea apei cu aer ozonizat. Ozonul, O₃ este socotit cel mai eficace dintre oxidanti, datorita usurintei cu care se elimina oxigenul atomic:

O₃ = O₂ + O (4)

Ozonul se obtine intr-o instalatie speciala (fig. 6) din aer uscat sau oxigen.

Aerul purificat si uscat este trecut printr-o baterie de ionizare, in care sub actiunea unui camp de descarcari electrice de inalta tensiune se formeaza ozonul.

O₂ + 118,2 kcal = 2 O (5)

2 O + 2 O₂ = 2 O₃ + 49,2 kcal (6)

3 O₂ + 69,0 kcal = 2 O₃ (7)

Fig. 6.Schema instalatiei de dezinfectare cu ozon .

1 - filtru

2 - uscator

3 - suflant de aer

4 - baterie de ionozare

5 - transportor de curent electric

6 - coloana de dezinfectare a apei

7 - desaturator pentru eliminarea excesului de ozon

8 - rezervor cu apa dezinfectata

Aerul ozonizat este apoi introdus in contracurent cu apa de dezinfectat intr-o coloana de absorbtie.

Pentru dezinfectarea unui litru de apa se consuma 0,5- 2 mg O

Dezinfectarea apei cu clor. Procedeul de dezinfectare a apei cu clor este cel mai raspandit, utilizeaza aparatura relativ simpla, se poate aplica pentru debite mici si debite foarte mari de apa, iar costul este redus. Operatia poarta denumirea de clorinarea apei.

Pentru dezinfectarea apei se utilizeaza fie clor gazos, fie substante clorigene, ca hipocloritul de calciu, clorura de var, dioxidul de clor, cloramina etc.

Dezinfectarea apei cu clor este explicata prin oxidarea substantelor organice, inclusiv a substantelor care genereaza celulele bacteriilor da catre oxigenul in stare nascanda, rezultat din reactiile:

Cl₂ + H₂O = HCl + HOCl (8)

HOCl = HCl + O (9)

Actiunea bactericida a clorului este influentata de concentratia ionilor de hidrogen din apa, de temperatura, de prezenta substantelor organice sau anorganice.

Prezenta substantelor organice, ca si a ionilor Fe²⁺ si Mn²⁺ influenteaza negativ actiunea clorului, deoarece maresc consumul de clor si dau produsi de reactie care confera apei miros si gust neplacut.

Necesarul de clor pentru dezinfectarea apei se determina experimental, in laborator si reprezinta clorul consumat de substantele organice si reducatoare din apa, precum si clorul rezidual (clorul liber gasit in apa dupa cel putin 30 minute de la tratarea apei). Conform STAS 1342-91 pentru apa potabila, clorul rezidual trebuie sa fie de 0,1- 0,25 mg/l, pentru mentinerea unui potential sterilizant al apei.

Dupa tratarea apei cu clor sau substante clorigene, trebuie inlaturat excesul de clor care este foarte periculos, deoarece confera apei corozivitate. Apa corosiva ataca tevile de plumb, formandu-se clorura de plumb care provoaca boala plumbului (saturnismul). Excesul de clor se poate indeparta cu amoniac, care fixeaza clorul sub forma de cloramine sau prin adsorbtie pe carbune activ.