Procedee de tratare a apei

Sursele de apa contin impuritati in limite care depasesc de zeci de ori, uneori chiar de sute de ori limitele de potabilitate. Sarcina indepartarii impuritatilor din apa revine statiei de tratare, care prin diverse constructii si instalatii realizeaza un lant de procese in urma carora rezulta o apa care se inscrie in normele de potabilitate. Exista 3 categorii majore de tratament al apei si anume:

-tratament pentru obtinerea apei de consum

-tratament pentru obtinerea apei destinata unor aplicatii industriale

-tratamentul apelor reziduale pentru a le face acceptabile deversarii in emisari sau in refolosire.

Tipul si gradul de tratament sunt puternic dependente de tipul de sursa de apa si de domeniul de utilizare al apei. Astfel, apa de consum trebuie sa fie complet dezinfectata pt a elimina toate microorganismele care pot cauza diferite boli, dar pot contine cantitati apreciabile de Ca si Mg dizolvat. Apa utilizata in schimbatoarele de caldura poate sa contina bacterii, dar trebuie sa nu fie dura, adica sa nu contina saruri de Ca si Mg pt a preveni depunerea de cruste. Apa uzata, daca e deversata intr-un rau larg, necesita un tratament mai putin riguros decat apa deversata intr-o zona arida. Intr-o statie de tratare, intr-o combinatie sau alta se folosesc urmatoarele procedee de tratare:

1)sitarea- are ca scop retinerea corpurilor si a materialelor plutitoare antrenate in apa.

2)presedimentarea- se urmareste ca prin simpla stationare relativa a apei sa se retina suspensiile grosiere si particulele de nisip din apa.

3)coagularea si flocularea- consta in aglomerarea suspensiilor fine nedecantabile in apa sub forma de flocoane usor sedimentabile.

4)decantarea- consta in retinerea marii majoritati a suspensiilor din apa (90-95%) prin acelasi procedeu de stationare relativa dupa faza de coagulare si floculare.

5)filtrarea- consta in retinerea particulelor, a flocoanelor fine si a microorganismelor pt finisarea limpezirii apei.

6)dezinfectia- consta in distrugerea tuturor microorganismelor de apa.

7)adsorbtia- consta in retinerea gustului si mirosului neplacute ale apei prin contact cu materiale cu proprietati de suprafata adsorbante.

8)aerarea- consta in imbogatirea apei in O₂ pt stimularea reactiilor de oxidare.

9)precipitarea chimica- consta in eliminarea din apa a unor substante dizolvate (Fe, Mg).

10)schimbul ionic- consta in eliminarea din apa a unor elemente in vederea prepararii unei ape pure, in special pt scopuri industriale.

11)tratamente speciale- flotarea, degazarea, ultrafiltrarea, aplicate in cazuri speciale de surse de apa sau in cazul unor anumite calitati necesare pt apa de alimentare. Metodele de tratare mentionate pot fi clasificate dpdv al naturii proceselor la care se apeleaza in:

-procedee fizice- nu apeleaza la reactivi chimici

-procedee chimice- care apeleaza la reactivi chimici

-procedee biologice- care se bazeaza pe activitatea microorganismelor

Dpdv al naturii efectelor, metodele de tratare se pot clasif in:

-procedee cu efect fizic

-procedee cu efect chimic

-procedee cu efect biologic

Alegerea sistemelor de tratare se face pe baza de considerente tehnico-economice, tinandu-se seama de sursa (existenta sursei, calitatea sursei, debit, cheltuieli de captare) precum si de consumator, de lungimea si felul transportului si de tratarile necesare.

Schema generala de tratare a apei de consum cuprinde urmatoarele etape:

Tehnici de tratare a apei

Sitarea

Aceasta operatie se realizeaza prin prevederea la priza statiei de tratare a unor gratare, site sau microsite. Diferentierea acestor instalatii se face in special prin marimea spatiilor sau a ochiurilor prin care e lasata sa treaca apa. Astfel avem o sitare grosiera care se realizeaza prin gratare cu spatii intre bare de 30-100 mm. Avem o sitare medie, care se realizeaza prin site, cu spatii de 10-25 mm. Avem si o sitare fina prin site de 3-10 mm si o sitare foarte fina prin microsite de 23-120m. Pt eliminarea materialelor sau a corpurilor plutitoare din masa apei sau de la suprafata se folosesc gratare compuse din bare fixe cu diferite sisteme de curatire, manuale sau mecanice. Cand sursa de apa o constituie un lac (lac de acumulare), prezenta in apa a unor cantitati mari de plancton (microorganisme acvatice) impune folosirea micrositelor.

Presedimentarea

Scopul presedimentarii este acela de a retine din apa pietrisul, nisipul, sau alte particule materiale, care se pot dispune ulterior pe canale si conducte si are drept scop protejarea pompelor si a restului de aparatura, de actiunea abraziva a acestora. De asemenea, presedimentarea este foarte utila in perioadele de viitura, cand sursa de apa e incarcata cu materiale in suspensie in concentratii care depasesc capacitatea de retinere a celorlalte instalatii din statia de tratare. Presedimentarea se realizeaza in deznisipatoare si predecantoare. Atat deznisipatoarele cat si decantoarele au in principiu o alcatuire similara cu bazinele decantoare propriu-zise. Diferenta consta in viteza de circulatie a apei prin aceste bazine si implicit in timpul de stationare a apei in acestea.

Decantor orizontal cu curgere longitudinala fara curatire mecanica

Deznisipatoarele sunt destinate retinerii particulelor de nisip din apa cu dimensiunea >0,2 mm, avand o viteza naturala de depunere in apa destul de mare. Deznisipatoarele pot fi:

-orizontale- cel mai frecvent utilizate

-verticale- in functie de directia curentului de apa.

Nisipul depus in deznisipatoare poate fi eliminat manual, mecanic sau hidraulic. Folosirea deznisipatoarelor se recomanda pt acele statii de tratare    a apei care au prizele de captare situate direct pe cursurile de apa si la care procentul de particule in suspensie mai mari de 0,2 mm este de cca 20-30% din totalul suspensiilor de apa. Pt captari situate pe rauri cu regim torential sau viituri frecvente, se recomanda folosirea predecantoarelor. Rolul acestora poate fi multiplu:

-reducerea incarcarii in suspensii a apei brute, la cca 1-3g/l suspensii care pot fi retinute in continuare in decantoarele propriu-zise

-rol de bazin de stocare a apei de rezerva pt cazurile de avarii la priza de captare sau a poluarii accidentale pe cursul de apa. In aceste conditii, predecantoarele se dimensioneaza pt un timp de stationare a apei de cca 1-5 zile.

Coagularea-flocularea

Apele de suprafata contin o mare cantitate de substante coloidale. Aceste substante au o greutate specifica foarte apropiata de a apei si raman in suspensie un timp indelungat. Marea stabilitate a particulelor coloidale este data de faptul ca, intr-o solutie apoasa, in jurul acestora se formeaza niste pelicule cu sarcini electrice de acelasi semn, care fac ca particulele sa se respinga reciproc, ramanand astfel in suspensie. In practica tratarii apei, in scopul accelerarii procesului de decantare, se folosesc anumiti reactivi care prin dizolvare in apa produc ioni de semn contrar particulelor coloidale. Neutralizarea partiala a acestor sarcini, conduce la aglomerarea substantelor coloidale in agregate mai mari si mai grele numite flocoane. In acest mod se reduce foarte mult timpul lor de depunere. Reactivii de coagulare cei mai des folositi in practica sunt: sulfatul de Al (Al₂SO₄)₃ cu n H₂O, clorura ferica (FeCl₃), sulfat feros (FeSO₄), sulfatul feros (FeSO₄)₃, sulfatul feric (FeSO₄)₃, oxidul de Ca si hidroxidul de Ca (CaO, Ca(OH)₂). Pt a desface structura unor substante complexe prezente in apa si a crea conditii favorabile coagularii, se mai introduc: ozon, compusi ai Cl sau permanganat de K. Procesul de coagulare-floculare se desfasoara in mai multe faze. In prima faza, prin adaugarea de coagulant, are loc asa-numita coagulare precinetica. Aceasta faza cuprinde hidroliza coagulantului dupa reactiile: Al₂(SO₄)₃ 2Al³⁺+3S0₄^2- (hidrolizeaza) [(H₂O)₄ Al(_OH^OH) Al(H₂O)₄]⁴⁺. Apoi, are loc compensarea sarcinii negative a impuritatilor coloidale din apa, de sarcina pozitiva a ionului de Al hidrolizat si coagularea particulelor coloidale destabilizate. Aceasta faza se termina cu formarea de microflocoane. Faza este foarte scurta, de ordinul catorva secunde. Pt a asigura o dispersie cat mai rapida a coagulantului in apa, din practica tratarii apei a rezultat ca e necesar sa se asigure o perioada foarte scurta de amestec rapid mecanic sau hidraulic de ordinul 30 sec 1 min, pt formarea de coloizi pozitivi de coagulant si de dispersie uniforma a coloizilor formati printre particulele coloidale de apa. Aceasta faza a coagularii are loc in camerele de amestec. Faza a 2-a de coagulare, numita coagulare ortocinetica cuprinde aglomerarea microflocoanelor formate anterior, pana se ajunge la formarea de flocoane cu proprietati bune de sedimentare. Este necesara o agitare lenta de cca 15-30 min pt asigurarea aglomerarii particulelor coloidale. Se obtin astfel flocoane mari, dense si usor sedimentabile. Aceasta faza are loc in camerele de reactie. S-au pus la punct numeroase metode de control a coagularii: -metoda Jar-Test- consta in modelarea la scara de laborator a procesului de coagulare. Este metoda cea mai cunoscuta si cea mai folosita pt controlul coagularii; -masurarea potentialului Zeta- consta in determinarea mobilitatii electroforetice; -masurarea conductivitatii- se aplica doar la cercetari de laborator; -titrarea coloidala- servestela determinarea sarcinii negative a particulelor coloidale. Pt accelerarea procesului de coagulare se introduc in apa adjuvantii de coagulare. Adjuvantii sunt substante cu greutate moleculara mare, solubili in apa si care in anumite conditii sunt capabili de a crea legaturi cu particulele in suspensie si cu particulele coloidale din apa, formand agregate sau flocoane. Dupa natura lor, adjuvantii pot fi:-organici-folositi sub diferite denumiri comerciale (decapol sau metasol); -minerali (silicea activata). Dupa originea lor, adjuvantii pot fi: naturali (bentonita) si sintetici- obtinuti prin reactii de plimerizare. Dupa semnul sarcinii purtate, adjuvantii poseda de-alungul lantului care formeaza polimerul grupuri functionale ionizabile numite polielectroliti. Polielectrolitii pot fi: -anionici- macromolecule cu masa moleculara mare avand grupari active incarcate negativ (poliacrilamidele si copolimeri acrilamidaacrilat); -cationici- sunt macromolecule cu greutate moleculare mica care au grupari active cu sarcina electrica >0 (ioni de NH₄ cuaternar). Cele mai cunoscute sunt polietilendiamidele; -neionici. Dupa starea fizica adjuvantii pot fi: -sub forma de pulbere; -sub forma de solutii concentrate. Actiunea dioxidului de Si activat ca adjuvant se explica astfel: cand se folosesc coagulanti cum ar fi Al₂(SO₄)₃ sau sarurile de Fe, acestea hidrolizeaza in apa formand hidroxizi care in anumite conditii de ph poarta sarcini pozitive. Floconul astfel format aduna impuritatile din apa datorita atractiei dintre sarcinile opuse ale impuritatilor si ale coagulantului. Din acest punct intervine rolul adjuvantului. Cand coagulantul hidrolizeaza si aduna impuritatile exista o incarcatura reziduala >0 pe suprafata complexelor de coagulant. Aceasta incarcatura >0 are tendinta de a da nastere la flocoane fine care raman izolate si impiedica sedimentarea completa. Adaugand solutia de dioxid de Si activat cu incarcatura <0 se inlatura aceasta tendinta obtinem 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 prop electrice ale moleculelor. Polimerii, in anumite conditii, absorb particulele in suspensie, legandu-se in agregate care cresc devenind grele. In realitate procesul este mult mai complex presupunand in primul rand apropierea particulelor la distante care sa permita interactiunea dintre ele si adeziunea particulelor adiacente.