Nireas capitolul 2 7 ebook

ELEARNI NG PENTRU OPERATORI IAPELOR REZI DUALE

CAPI TOLUL2.

7

TRATAREA BIOSOLIDELOR

NIREAS

Capitolul 2.7

1

NIREAS

Capitolul 2.7

2.6 Tratarea biosolidelor Procesele de prelucrare ale unității de tratare a apelor reziduale descrise în acest capitol îndepărtează substanțele solide și BOD-ul din cursul de ape reziduale, înainte ca lichidul rezidual să fie deversat în apele colectoare. Ceea ce rămâne de evacuat este un amestec de substanțe solide și reziduuri, denumite reziduuri de procesare sau și, mai uzual, nămol sau biosolide. Debarasarea biosolidelor a devenit o grijă constantă legată de protecția mediului. Noile tratamente, procese de dezinfecție și metodele de evacuare sunt disponibile în vederea sprijinirii sistemelor pentru a respecta reglementările din ce în ce mai restrictive.

Cel mai costisitor și complex aspect al tratării apelor reziduale poate deveni colectarea, procesarea sau debarasarea nămolului, deoarece cantitatea de nămol produsă poate reprezenta chiar și 2% din volumul inițial al apelor reziduale, funcție de tipul de tratare folosit. Pentru că nămolul poate ocupa un volum important și deoarece costurile de evacuare depind de volumul de nămol procesat, unul din scopurile sau obiectivele principale ale tratării nămolului (împreună cu stabilizarea acestuia, astfel încât să nu mai fie dăunător mediului) este de separare pe cât de mult posibil a apei de substanțele solide. Metodele de tratare a nămolului pot fi proiectate în vederea atingerii ambelor obiective.

Notă: Metodele de tratare a nămolului sunt în general împărțite în trei categorii mari: îngroșarea, stabilizarea și deshidratarea.

2.6.1 Obținerea biosolidelor Nămolul se formează inițial ca o suspensie de substanțe solide de 3 până la 7%. Fiecare persoană generează în general aproximativ 10-15 l de nămol pe săptămână, cantitatea totală obținută în fiecare zi, săptămână, lună și respectiv an fiind semnificativ de mari. Ținând cont de volumul și caracteristicile materialelor, controlul nămolului reprezintă un factor major în proiectarea și funcționarea tuturor staţiilor de control a poluării apelor.

2

NIREAS

Capitolul 2.7

Fig. 2.6.1. Decantor primar Notă: Tratarea substanțelor solide din apele reziduale reprezintă mai mult de jumătate din costurile totale într-o staţie standard de tratare secundară.

Nămolul apelor reziduale este creat în timpul proceselor de tratare primară, secundară și chimică. În tratarea primară, sunt îndepărtate substanțele solide ce plutesc sau sedimentează. Materialele ce plutesc fac parte din reziduurile solide și se numesc spumă. Spuma nu este în general considerată a fi nămol; dar ea trebuie evacuată într-un mod adecvat, protejând mediul înconjurător. Materialele sedimentate ce se colectează la baza decantorului sunt cunoscute sub numele de nămol primar.

Nămolul primar mai poate fi numit și nămol brut pentru că nu a trecut prin procesul de descompunere. Nămolul primar brut dintr-un echipament standard casnic conține un procent mare de apă, două caracteristici ce determină o procesare dificilă.

Substanțele solide care nu au fost îndepărtate în decantorul primar sunt procesate de unitatea primară. Aceste substanțe solide sunt cunoscute ca fiind substanțe solide coloidale în suspensie.

Sistemul de tratare secundară (de ex. biofiltru, nămol activat) este destinat modificării acelor substanțe solide coloidale în substanțe solide sedimentate ce pot fi îndepărtate. Când sunt deja în formă sedimentată, aceste substanțe solide sunt îndepărtate în decantorul secundar. Nămolul de la baza decantorului secundar se numește nămol secundar. Nămolul secundar este ușor, afânat și mai greu de prelucrat decât nămolul primar - pe scurt, nămolul secundar nu se deshidratează bine.

Adaosul de substanțe chimice, organice și anorganice, înainte de sedimentare și limpezire poate îmbunătăţi captarea substanțelor solide și reduce cantitatea de substanțe solide pierdute în efluent.

Acest adaos de substanțe chimice determină formarea de solide grele, ce prind substanțele solide coloidale sau modifică substanțele solide dizolvate în solide sedimentate. Substanțele solide rezultate sunt cunoscute sub numele de nămol chimic.

Tabelul 2.6.1. Sursele substanțelor solide din uzinele convenționale de tratare a apelor reziduale

Operațiile sau procesele unității Filtrare reziduuri Îndepărtare pietriș Preventilație Sedimentare primară Tratare biologică Sedimentare secundară Procesare substanțe solide

Tipurile de solide

Solide grosiere Pietriș și spumă Pietriș și spumă Substanțe solide primare și spumă Substanțe solide în suspensie Biosolide secundare și spumă Solide, compost și cenușă

3

NIREAS

Capitolul 2.7

Tabelul 2.6.2. Caracteristicile substanțelor solide și nămol produse în timpul tratării apelor reziduale Substanțe solide sau nămol

Reziduuri

Pietriș

Spumă/grăsimi

Nămol primar

Nămol din depuneri chimice

Nămol activat

Nămol de biofiltru

Biosolide fermentate aerob

Biosolide fermentate anaerob

Descriere Reziduurile includ toate tipurile de materiale organice și anorganice suficient de mari pentru a fi îndepărtate prin grilajele cu bare.

Conținutul organic variază funcție de tipul sistemului și de anotimp.

Pietrișul este de obicei rezultat din substanțe solide anorganice mai grele, ce se depun cu viteze relativ mari. Funcție de condițiile de lucru, pietrișul mai poate conține cantități semnificative de materie organică, în special grăsimi și unsoare.

Spuma include materiale ce plutesc la suprafața tancurilor (decantoarelor) de sedimentare primară și secundară și din camerele de pietriș și tancurile de contact cu clor, dacă există. Spuma poate conține grăsimi și uleiuri minerale, grăsimi animale, ceară, săpun, resturi de mâncare, coji de legume și fructe, păr, hârtie și tampoane din bumbac, mucuri de țigară, materiale plastice, prezervative, particule de nisip și alte materiale similare. Densitatea spumei este 3 sub 1 g /cm și de obicei aprox. 0,95.

Nămolul din tancurile de depunere primară este de obicei gri și vâscos și, în majoritatea cazurilor, are un miros extrem de neplăcut.

Nămolul primar poate fi fermentat repede în condiții corespunzătoare de tratare.

Nămolul din precipitarea chimică cu săruri metalice este de obicei închis la culoare, deși precipitarea la suprafață poate fi roșie atunci când conține mult fier. Mirosul nămolului chimic poate fi neplăcut, dar nu atât de mult ca cel al nămolului primar. În timp ce nămolul chimic este oarecum vâscos, hidrații de fier sau aluminiu din acesta îl fac gelatinos. Dacă nămolul este lăsat în tanc, el trece printr-o fază de descompunere asemănătoare nămolului primar, dar la un nivel mai scăzut. Se pot emite cantități semnificative de gaz, densitatea nămolului crescând cu timpul în depozit.

Nămolul activ are în general un aspect maro. Dacă este închis la culoare, nămolul se apropie de starea septică. Dacă este de culoare mai deschisă decât în mod obișnuit, este posibil să fi existat o aerisire insuficientă, cu o tendință de depunere înceată a substanțelor solide.

Nămolul în stare bună are un miros inofensiv de “pământ”. Nămolul tinde să devină septic rapid și apoi are un miros dezagreabil de putrefacție. Nămolul activ va fermenta rapid singur sau amestecat cu nămol primar.

Nămolul cu humus din biofiltre este maroniu și oarecum inofensiv când este proaspăt. El se descompune în general mai încet decât alte nomoluri nefermentate. Când nămolul biofiltru conține mulți viermi, el poate deveni rapid inofensiv. Nămolul biofiltru fermentează rapid.

Biosolidele fermentate aerob sunt maro spre maro închis. Mirosul nămolului biosolidelor fermentate aerob nu este foarte neplăcut; este de obicei caracterizat ca fiind asemănător mucegaiului. Nămolul fermentat aerob foarte bine se deshidratează ușor pe paturile de uscare.

Biosolidele fermentate anaerob sunt maro închis spre negru și conțin o cantitate extrem de mare de biosolide fermentate. Când au fermentat complet, nu sunt neplăcute, mirosul fiind relativ slab și

4

NIREAS Substanțe solide sau nămol

Compost

Capitolul 2.7 Descriere asemănător gudronului cald, cauciucului ars sau cerii de sigilii.

Nămolul primar, când a fermentat anaerob, produce gaz metan aproape dublu față de nămolul activ rezidual. Când este extras pe paturile cu porozitate ridicată în straturi subțiri, substanțele solide sunt purtate mai întâi spre suprafață de gazele antrenate, lăsând un strat de apă mai curată. Apa se scurge rapid și permite substanțelor solide să se scufunde încet pe pat. În timp ce substanțele solide se usucă, gazele sunt eliminate, lăsând o suprafață crăpată adânc, cu un miros asemănător pământului gras de grădină.

Substanțele solide de tip compost sunt de obicei maro închis spre negru, dar culoarea poate varia dacă au fost folosiți agenți de îngroșare de tipul îngrășământului reciclat sau așchiilor de lemn în procesul de obținere a compostului. Mirosul substanțelor solide bine tratate cu compost este inofensiv și asemănător solului fermentat comercial pentru grădini.

(Eddy, 1999) Tabelul 2.6.2. Conținutul standard al apei din nămoluri (Frank R. Spellman, 2009) Procentul de umezeală din Cantitate solide din nămol Procesul de tratare a apei nămol [%] [kg apă/kg] Sedimentare primară 95 19 Biofiltru Humus, nivel scăzut 93 13,3 Humus, nivel înalt 97 32,3 Nămol activ 99 99

2.6.2 Pretratarea nămolului Pretratarea nămolului este deseori necesară înainte ca deshidratarea sau îngroșarea să aibă loc.

Aceasta include îndepărtarea pietrișului, măcinarea, filtrarea pietrișului, dozarea și depozitarea înainte de următoarele tratări.

2.6.2.1 Măcinarea Măcinarea nămolului presupune transformarea unei cantități mari de substanțe solide din nămol în particule mai mici. Această metodă este folosită pentru prevenirea problemelor de desfășurare a proceselor ulterioare. Morile coaxiale reduc timpii neproductivi de curățare și întreținere ale echipamentului. Morile pot măcina substanțe solide din nămol până la 6 - 13 mm, funcție de model și cerințe.

Figura 2.6.2. Cuțitele de măcinat

5

NIREAS

Capitolul 2.7

Fig. 2.6.3. Moară coaxială Figura 2.6.4. Instalație standard de măcinare

2.6.2.2. Filtrare Filtrarea grosieră a nămolului reprezintă o alternativă a procesului de măcinare și are loc în vederea îndepărtării materialelor fibroase din nămol. Ochiurile sitelor sunt cuprinse normal între 3 și 6 mm, dar pot fi folosite și cu ochiuri de până la 10 mm.

Figura 2.6.5. Schema unei prese de nămol (Eddy, 1999)

6

NIREAS

Capitolul 2.7

Figura 2.6.6. Vedere generală a unei prese de nămol (Eddy, 1999) 2.6.2.3. Îndepărtarea pietrișului În anumite staţii, unde nu se folosesc echipamente separate de îndepărtare a pietrișului înainte de tancurile de sedimentare primară sau unde echipamentele de îndepărtare a pietrișului nu sunt adaptate pentru a procesa debite maxime și încărcări maxime cu pietriș, poate fi necesară îndepărtarea pietrișului înainte de procesarea următoare a nămolului. Astfel, există o uzură redusă a sistemelor de pompare a afluentului și pompare primară a nămolului, a conductelor și sistemelor de îngroșare. Acolo unde se dorește îngroșarea nămolului primar, primul pas de urmat ar fi îndepărtarea pietrișului din nămol. Cea mai eficientă metodă de îndepărtare a pietrișului din nămol este prin aplicarea forțelor centrifuge într-un sistem de curgere, pentru a realiza separarea particulelor de pietriș din nămolul organic. O astfel de separare se realizează prin folosirea separatoarelor ciclonice de solide, care nu conțin componente mobile. Nămolul este umplut tangențial într-o secțiune de alimentare cilindrică, aplicându-i-se astfel o forță centrifugă. Particulele mai grele de pietriș se mișcă spre exteriorul secțiunii cilindrice și sunt evacuate printr-o secțiune conică de alimentare. Nămolul organic este evacuat printr-un orificiu de ieșire separat.

2.6.2.4. Dozarea Dozarea nămolului presupune omogenizarea tuturor debitelor de nămol. Nămolul este obținut în procesele de tratare primară, secundară și avansată a apelor reziduale. Nămolul primar cuprinde substanțe solide sedimentate purtate în apele reziduale brute. Nămolul secundar cuprinde substanțe solide biologice, precum și solide suplimentare sedimentate. Nămolul produs în apele reziduale avansate poate conține substanțe solide biologice și chimice. Nămolul este dozat pentru a produce o compoziție uniformă pentru operațiile și procesele ulterioare. Amestecurile uniforme sunt cele mai importante în sistemele cu timpi scurți de retenție, de tipul deshidratării nămolului, tratării la cald și arderii.

7

NIREAS

Capitolul 2.7

Figura 2.6.7. Nămol îngroşat 2.6.2.5. Depozitarea Înainte de tratarea nămolului, de tipul deshidratării sau îngroșării, acesta trebuie depozitat și pretratat. Depozitarea nămolului reprezintă o componentă importantă, integrală a oricărui sistem de tratare și evacuare a nămolului din apele reziduale. Depozitarea nămolului asigură multe avantaje, inclusiv egalizarea debitului nămolului pentru procesele ulterioare, permițând nămolului să se acumuleze în timpul neproductiv al echipamentelor de procesare a nămolului și obținând un nivel uniform de alimentare, ce îmbunătățește operațiile de îngroșare, fermentare finală și deshidratare.

2.6.3. Îngroșarea Îngroșarea se realizează în vederea îndepărtării unei cantități cât mai mari de apă înainte de deshidratarea finală a nămolului. Aceasta este de obicei realizată prin plutirea substanțelor solide la suprafața lichidului (plutire) sau permițând depunerea substanțelor solide la baza (îngroșare gravitațională). Alte metode de îngroșare: prin centrifugare, filtrare sub presiune sau filtrare prin vidare. Aceste procese oferă un mijloc cu cost mic de reducere a încărcării volumetrice a nămolului, pregătindu-l pentru următorii pași de tratare.

2.6.3.1. Îngroșarea prin flotație Îngroșarea prin flotație este o metodă folosită foarte eficient pentru nămolurile reziduale din procesul de tratare biologică de creștere întreruptă, de tipul procesului de tratare a nămolului activ.

Apa reciclată din concentratorul de flotație este ventilată sub presiune. În acest timp, apa absoarbe mai mult aer decât sub presiune normală. Fluxul reciclat, împreună cu aditivii chimici (dacă se folosesc), sunt amestecați cu fluxul. Când amestecul pătrunde în concentratorul de flotație, aerul în exces este eliminat sub formă de bule fine de aer. Aceste bule se atașează de substanțele solide și le ridică spre suprafață. Acumularea de substanțe solide la suprafață se numește „bulgăre plutitor”. În timp, când se adaugă mai multe substanțe solide la baza bulgărului plutitor, aceasta devine mai groasă și apa se scurge din nivelurile superioare ale bulgărului plutitor. Substanțele solide sunt apoi deplasate în sus pe un plan înclinat cu o racletă și apoi eliminate. Supernatantul părăsește tancul sub suprafața substanțelor solide plutitoare și este reciclat sau revine la tratarea cursului de reziduuri. De obicei, randamentul concentratorului de flotație este de 3-5% de substanțe solide pentru nămolul activ rezidual, cu un adaos de polimeri și 2 - 4% de substanțe solide fără adaos de polimeri.

8

NIREAS

Capitolul 2.7

Figura 2.6.8. Concentratorul de flotație cu aer dizolvat (John M. Stubbart, 2006)

Figura 2.6.9. Sistemul de îngroşare prin flotație cu aer dizolvat (a se vedea şi https://www.youtube.com/watch?v=SUn8fO4J2dQ)

9

NIREAS

Capitolul 2.7

Figura 2.6.10. Instalație sistem de flotație cu aer dizolvat 2.6.3.2. Îngroșarea gravitațională Îngroșarea gravitațională este folosită la scară largă pentru tratarea nămolului primar, de mulți ani, datorită simplicității și costului redus. În îngroșarea gravitațională, nămolul este concentrat de către depunerea gravitațională și prin compactarea substanțelor solide ale nămolului. Este de fapt un proces de sedimentare. Nămolul curge într-un tanc similar decantoarelor circulare folosite în sedimentarea primară și secundară.

Substanțele solide din nămol se depun la bază, unde un mecanism de decapare le îndepărtează spre buncărul de alimentare. Tipul nămolului îngroșat are o influență majoră asupra randamentului. Cele mai bune rezultate pot fi obținute cu nămolul primar. Nămolul primar pur poate fi îngroșat de la 13% la 10% solide, 2 la 4% substanțe solide din nămolul activ rezidual, 7 la 9% de substanțe solide din reziduuri de tip biofiltru și 4 la 9% din reziduurile combinate primare și secundare. Odată cu creșterea procentului de nămol activ (secundar), grosimea substanțelor solide depuse descrește. Există diferite modele de concentratoare de nămol.

Figura 2.6.11. Mecanism de decapare într-un concentrator gravitațional

10

NIREAS

Capitolul 2.7

a

b Figura 2.6.12. Diagrama schematică a unui concentrator gravitațional: (a) vedere în plan și (b) secțiune Tabelul 2.6.3. Randamentele îngroșării gravitaționale standard (John M. Stubbart, 2006 ) Alimentare, Solide îngroșate, Tipul solidului % total solide % total solide Primar (PRI) 0,6-6 5-10 Biofiltru (TF) 1-4 3-6 Conector biologic de rotație (RBC) 1-3,5 2-5 Substanțe solide active reziduale (SAD) 0,2-1 2-3 PRI + SAD 3-6 8-15 RPI + TF 2-6 5-9 PRI + RBC 2-6 5-8 PRI + var 3-4,5 10-15 PRI + (SAD + fier) 1,5 3 PRI + (SAD + săruri de aluminiu) 0,2-0,4 4,5-6,5 PRI + SAD fermentate anaerob 4 8

11

NIREAS

Capitolul 2.7

În continuare sunt descrise câteva din avantajele și dezavantajele îngroșării gravitaționale: Avantaje • Echipamentul de îngroșare gravitațională este simplu de utilizat și întreținut • Îngroșarea gravitațională are costuri mai scăzute de operare dacât metodele de îngroșare de tipul îngroșării cu filtru de flotație a aerului dizolvat (DAF) sau centrifugală. De exemplu, o operație eficientă de îngroșare gravitațională va economisi costuri apărute în pașii descendenți de tratare a substanțelor solide.

• În plus, echipamentele ce aplică biosolide lichide pe sol pot beneficia din îmbogățirea cu îngrășăminte în mai multe moduri, ca de exemplu: o Traficul camioanelor la uzină și spre zona fermei este redus. o Costurile de transport pot fi reduse. o Spațiile existente de depozitare pot păstra mai multe zile biosolidele obținute. o Pot fi folosite spații mai mici de depozitare. o Va fi necesar un timp mai scurt de transfer al substanțelor solide către vehiculul aplicator și de introducere sau aplicare pe suprafață a solidelor cu îngrășăminte. o Cererea de culturi de azot poate fi satisfăcută cu mai puțini pași ai vehiculelor aplicator, reducând compactarea solului.

Dezavantaje • Spuma acumulată poate emana un miros neplăcut.

• Grăsimile se pot acumula în linii și pot cauza blocaje. Acest lucru poate fi prevenit prin debarasarea rapidă sau spălare în contracurent.

• Condițiile septice vor determina mirosuri pe bază de sulf. Acest lucru poate fi soluționat prin minimizarea timpilor de reținere în sistemul de colectare și la uzină sau prin utilizarea agenților de oxidare.

• Supernatantul nu conține concentrații de substanțe solide atât de scăzute ca cele produse de un DAF sau un concentrator centrifugal. Concentratorii cu bandă filtru pot produce supernatant cu concentrații mai mici de substanțe solide, funcție de echipament și caracteristicile substanțelor solide.

• Este necesară o suprafață mai mare pentru echipamentul concentratorului gravitațional față de cel al concentratorului cu bandă filtru gravitațională DAF sau centrifugal.

• Concentrațiile substanțelor solide din substanțele solide cu îngrășământ sunt mai mici de obicei față de cele ale concentratorului cu bandă filtru gravitațională DAF sau centrifugal.

Figura 2.6.13. Imaginea unei instalații cu concentrator și bazine (E. S. Tarleton, R. J. Wakeman, 2007)

12

NIREAS

Capitolul 2.7

Tabelul 2.6.4. Factorii care influențează eficiența îngroșării gravitaționale (John M. Stubbart, 2006) Factor Influență Caracteristicile substanțelor Influențează procesul de îngroșare pentru că anumite substanțe solide alimentate solide se îngroașă mai ușor față de altele.

Prospețimea solidelor Vârsta îndelungată a substanțelor solide poate determina condiții alimentate septice.

Concentrațiile mari de Limitează depunerea gravitațională datorită greutății specifice mici substanțe solide volatile a particulelor Raport înalt de încărcare Mărește viteza și determină turbulențe ce vor întrerupe depunerea hidraulică și vor deplasa substanțele solide mai ușoare peste praguri.

Raportul de încărcare a Dacă rapoartele sunt mari, acestea vor determina un timp redus de substanțelor solide reținere pentru depunere. Dacă sunt prea mici, pot apărea condiții septice.

Temperatura și variația de • Temperaturile înalte vor determina condiții septice. temperatură a conținutului Temperaturile extrem de scăzute vor determina viteze mai concentratorului mici de depunere. Dacă temperatura variază, depunerea descrește datorită stratificării.

• Odată cu creșterea temperaturii nămolului, raportul activității biologice crește și nămolul tinde să se gazeifice și să crească la un raport mai mare. Astfel, nămolul depus în timpul verii trebuie îndepărtat cu o viteză rapidă din concentrator.

Adâncimea mare a stratului de Mărește eficiența depunerii determinând compactarea straturilor substanțe solide mai joase, dar poate determina trecerea substanțelor solide peste praguri.

Timpul de păstrare al Poate determina o creștere a condițiile septice. O micșorare poate substanțelor solide determina doar o depunere parțială.

Mecanismul și raportul de Trebuie menținute pentru a obține o curgere lină și continuă. Altfel, retragere a substanțelor solide pot apărea turbulențe, condiții septice, depunere modificată și alte anomalii.

Tratare chimică Substanțele chimice, de tipul permanganatului de potasiu, polimerilor sau clorură de fier, pot îmbunătăți depunerea și/sau calitatea supernatantului.

Prezența agenților Permite timpi de reținere mai lungi înainte ca starea anaerobă să bacteriostatici sau de oxidare creeze bule de gaz și solide plutitoare.

Adaos de polimeri cationici Ajută la îngroșarea substanțe solide reziduale activate și limpezește supernatantul.

Utilizarea coagulanților sării Îmbunătățește limpezirea apei excedentare dar poate avea o metalice influență scăzută asupra concentrației excedentului.

13

NIREAS

Capitolul 2.7

Tabelul 2.6.5. Ghid de soluționare a problemelor la îngroșarea gravitațională (John Stubbart, 2006) Verificare sau Indicatori Cauze posibile Soluție monitorizare Raportul de pompare al Verificați sistemul de Măriți raportul de substanțelor solide pompare a substanțelor pompare al solidelor îngroșate este prea solide de îngroșare îngroșate; măriți scăzut; raportul de dacă funcționează debitul afluentului la verificați concentrator – o deversare al corect; porțiune a efluentului concentratorului este mecanismul prea scăzut Miros septic, solide decolectare a secundar poate fi ridicate concentratorului dacă pompat la funcționează corect concentrator pentru a aduce raportul de deversare la 16-24 m3/m2 zi; solide clorurate ale influentului.

Raportul de deversare Verificați raportul de Micșorați raportul de este prea mare; deversare; folosiți curgere al raportul de pompare al colorant sau un alt substanțelor solide ale substanțelor solide indicator color pentru a influentului; micșorați îngroșate este prea verifica circulația. raportul de pompare Substanțe solide al solidelor îngroșate; mare; întreruperea îngroșate cu grosime verificați pragurile curgerii prin tanc insuficientă efluentului și reparați sau restabiliți nivelul; verificați filtrele influentului și reparați sau repoziționați.

Acumulare a solidelor Verificați de-a lungul Agitați stratul de grele; obiecte străine brațelor frontale ale substanțe solide în blocate în mecanism; colectorului fața brațelor centrare necorescolectorului cu jeturi punzătoare a de apă; măriți raportul mecanismului de evacuare al substanțelor solide; Supraîncărcare a încercați să momentului îndepărtați obiectele mecanismului de străine cu ajutorul colectare a solidelor unui dispozitiv de prindere; dacă problema persistă, evacuați lichidul din concentrator și verificați mecanismul dacă funcționează

14

NIREAS

Indicatori

Curgere pulsatorie Creșteri biologice excesive la suprafețe și praguri (mâl etc.)

Scurgeri de ulei Rulment sau îmbinare standard zgomotoasă sau încinsă Supraîncărcare pompă

Particule fine de substanțe solide în efluent

Capitolul 2.7

Cauze posibile

Verificare sau monitorizare

Programare deficitară a Operație pompei afluentului pompei

ciclică

Program incorect de curățare Distrugere etanșare Etanșare ulei ulei Uzură excesivă: Centrare; lubrifiere centrare incorectă; lubrifiere insuficientă

Soluție liber. a Modificați operația ciclică a pomei; reduceți debitul și măriți timpul.

Curățați frecvent și complet suprafețele; aplicați clor. Înlocuiți etanșarea

Înlocuiți, lubrifiați sau centrați îmbinarea sau rulmentul, după nevoie Reglaj incorect al Verificați garniturile; Reglați garniturile; garniturilor; pompă verificați să nu existe curățați pompa îmbâcsită mizerie în pompă.

Solide reziduale active O cantitate de solide Fermentație mai bună reziduale activate (SAD) a cantității de SAD de în efluentul solide; îngroșați SAD concentratorului într-un concentrator de flotație

2.6.3.3. Îngroșarea centrifugală Centrifugele sunt folosite pentru îngroșarea și deshidratarea nămolurilor. Aplicația lor în îngroșare este limitată normal la nămolul rezidual activat, pentru că centrifugele au ansambluri de intrare care se pot îmbâcsi ușor. Îngroșarea prin centrifugare implică depunerea particulelor de nămol sub influența forțelor centrifuge. Tipul de bază al centrifugelor folosite pentru îngroșarea nămolului este centrifuga cu disc.

Figura 2.6.14. Diagrama schematică a unei centrifuge pentru îngroșarea nămolului (Eddy, 1999)

15

NIREAS

Capitolul 2.7

Figura 2.6.15. Sistem standard centrifugă 2.6.3.4. Îngroșarea cu bandă gravitațională Dezvoltarea concentratoarelor cu bandă gravitațională s-a făcut pentru aplicațiile cu prese cu bandă pentru deshidratarea nămolului. În deshidratarea cu prese cu bandă, în special pentru nămolurile cu o concentrație de substanțe solide mai mici de 2%, îngroșarea efectivă apare în secțiunea de drenaj gravitațional al presei. Sistemele sunt deseori destinate solidelor cu maxim 5 - 7 % îngroșare.

Echipamentul proiectat pentru îngroșare include o bandă gravitațională ce se deplasează pe rolele acționate de o unitate de antrenare cu viteză variabilă.

Nămolul este tratat cu polimeri și alimentat la capătul unei cutii de alimetare/distribuție, unde nămolul este distribuit în mod egal de-a lungul lățimii curelei de transport. Apa se scurge prin curea în timp ce nămolul concentrat este deplasat spre capătul de evacuare al concentratorului. Nămolul este stratificat și striat cu o serie de cuțite de tip plug, fixate de-a lungul cursei curelei, permițând apei ieșite din nămol să treacă prin curea. După îndepărtarea nămolului îngroșat, cureaua se deplasează printr-un ciclu de spălare. Concentratorul cu bandă gravitațională a fost folosit pentru îngroșarea nămolului rezidual activat, nămolului fermentat anaerob și aerob și a altor nămoluri industriale. Adăugarea polimerilor este necesară. Testarea este recomandată în vederea verificării dacă substanțele solide pot fi îngroșate la dozele standard ale polimerilor.

Dozele de polimeri pentru îngroșarea nămolului rezidual activat sunt cuprinse între 3 și 7 kg de polimeri uscați pe tonă de solide uscate.

Principalii factori ce influențează randamentul concentratorului cu bandă gravitațională includ tipul benzii, tratarea chimică, viteza benzii și încărcările hidraulice și solide.

Figura 2.6.16. Concentrator cu bandă gravitațională – diagrama schematică (Eddy, 1999)

16

NIREAS

Capitolul 2.7

Figura 2.6.17. Concentrator cu bandă gravitațională în timpul funcționării 2.6.3.5. Îngroșarea cu tambur rotativ Tamburii rotativi acoperiți cu soluție sunt și ei folosiți pentru îngroșarea nămolurilor. Un sistem de îngroșare cu tambur rotativ include un sistem de tratare (incluzând un sistem de alimentare cu polimeri) și filtre cilindrice de rotație. Polimerul este amestecat cu nămolul diluat în amestec.

Nămolul tratat este apoi transerat spre tamburul cu filtre rotative, ce separă substanțele solide floculate de apă. Nămolul îngroșat se scurge pe la capetele tamburilor, în timp ce apa separată se decantează prin filtre. Anumite modele permit și cuplajul unității tamburului rotativ la o presă cu filtru și bandă pentru combinarea îngroșării și deshidratării. Concentratoarele cu tambur rotativ pot fi folosite ca o etapă de preîngroșare înainte de deshidratarea în presa cu bandă.

Figura 2.6.18. Concentrator cu tambur rotativ (Eddy, 1999)

17

NIREAS

Capitolul 2.7

2.6.4. Stabilizarea Scopul stabilizării nămolului este de a: • reduce sau elimina riscurile de putrezire şi de a stabiliza materia organică • elimina mirosurile neplăcute • elimina organismele patogene pentru a permite reutilizarea sau debarasarea • reduce volumul • produce gaze utilizabile (metan) • îmbunătăți gradul de deshidratare a nămolului Mijloacele de eliminare a acestor condiții neplăcute sunt în principal legate de reducerea biologică a conținutului volatil și adăugarea substanțelor chimice la substanțele solide sau biosolide, în vederea compensării lor, fiind incompatibile cu supraviețuirea microorganismelor.

Echipamentul necesar pentru stabilizare depinde de procesul specific utilizat. Procesele de stabilizare a nămolului includ: • Stabilizare chimică (clor sau oxid de var) • Fermentare anaerobă • Fermentare aerobă • Fermentare aerobă termofilică auto-termică (ATAD) • Obţinerea de îngrăşăminte Când se proiectează un proces de stabilizare, este important să se ia în considerare cantitatea de nămol de tratat, integrarea procesului de stabilizare în alte unități de tratare și obiectivele procesului de stabilizare. Obiectivele procesului de stabilizare sunt deseori influențate de reglementările în vigoare sau în curs de aplicare. Dacă nămolul trebuie așezat pe pământ, trebuie luată în considerare reducerea patogenică.

2.6.4.1. Stabilizare chimică Stabilizarea chimică este un proces prin care baza nămolului este tratată cu substanțe chimice în diferite moduri pentru stabilizarea solidelor din nămol.

Se folosesc două metode clasice de stabilizare chimică cu var și cu clor.

Stabilizarea varului Procesul de stabilizare a varului poate fi folosit pentru tratarea nămolului brut primar, rezidual activat, septic și fermentat anaerob. Procesul implică amestecarea unei cantități suficient de mari de var cu nămol pentru mărirea pH-ului amestecului la 12 sau mai mult. Acest pH este menținut cel puțin 2h. Acest lucru reduce în mod normal riscurile de apariție a bacteriilor și mirosurilor la o valoare neglijabilă, îmbunătățind eficiența de deshidratare și asigurând mijloacele satisfăcătoare de stabilizare a nămolului înainte de debarasarea finală.

Dacă varul caustic, CaO (sau altă componentă cu concentrație mare de var caustic), este adăugat la nămol, el reacționează la început cu apa pentru a forma hidroxid de calciu. Această reacție este exotermică și poate determina creșterea semnificativă a temperaturii.

Când nămolul pretratat cu var este folosit înainte de deshidratare, deshidratarea a fost realizată cu ajutorul presei de filtrare sub presiune. Pretratarea cu var este folosită rar cu centrifuge sau cu presele cu filtru și bandă, datorită uzurii abrazive și a problemelor de demultiplicare.

Avantaje • Un produs similar solului gras determină patogeni reduși semnificativ.

Dezavantaje • Masa produsului este mărită prin adăugarea materialelor alcaline.

18

NIREAS

Capitolul 2.7

• Sunt produse multe mirosuri și gaze volatile reziduale din metoda de stabilizare a varului, în special amoniac, ce necesită colectarea și tratarea în sisteme de control al mirosului de tipul epuratoare chimice sau biofiltre.

Tabelul 2.6.6. Dozaje standard de var pentru pretratarea de stabilizare a nămolului (Eddy, 1999) Dozaj var* Concentrație substanțe Solide uscate Tipul de nămol solide, % g Ca(OH)2/ kg Interval Interval Medie Primar 3-6 60-170 120 Rezidual activat 1-1,5 210-430 300 Fermentat anaerob amestecat 6-7 140-250 190 Septic 1-4,5 90-510 200 *Cantitatea de Ca(OH)2 necesară menținerii pH de 12 timp de 30 min În cadrul post-tratării cu var, hidroxidul de calciu sau varul caustic este amestecat cu nămolul deshidratat într-o moară, malaxor cu palete sau transportor elicoidal pentru mărirea pH-ului amestecului. Varul caustic este preferat datorită reacției exotermice a varului caustic cu apa, putând ridica temperatura amestecului peste 50°C, suficient pentru a inactiva ouăle de viermi.

Avantaje • poate fi folosit varul uscat; astfel, nu este adăugată apă suplimentară nămolului deshidratat, și nu există cerințe speciale de deshidratare • problemele de demultiplicare și de întreținere respective ale echipamentului de deshidratare a varului-nămol sunt astfel eliminate Dezavantaje • post-tratarea varului nămolului fermentat anaerob poate determina emisia unor gaze mirositoare, de tipul trimetilaminei.

Un sistem de stabilizare a varului post-tratat include de obicei un sistem de alimentare a varului uscat, un transportor al bulgărului de nămol deshidratat și un malaxor var-nămol. Amestecarea corectă este importantă în special pentru asigurarea contactului între var și particulele mici de nămol.

Figura 2.6.19. Sistem standard de post-tratare cu var (Eddy, 1999)

19

NIREAS

Capitolul 2.7

Stabilizarea cu clor Stabilizarea prin adăugarea clorului a fost dezvoltată și este lansată sub numele mărcii înregistrate "Purifax". Tratarea chimică a nămolului cu clor variază mult de la metodele mai tradiționale de fermentare biologică sau tratare la căldură. În primul rând, reacția este aproape instantanee. În al doilea rând, există o foarte mică reducere a substanțelor volatile în nămol.

Oxidarea clorului mai apare și în bazinele închise. În timpul acestui proces, clorul (100 - 1000 mg/l) este amestecat cu un flux reciclat de substanțe solide. Fluxul reciclat și cel rezidual al procesului sunt amestecate în reactor. Substanțele solide și apa sunt separate după ce au părăsit bazinul reactorului.

Apa revine în sistemul de tratare a apelor reziduale și substanțele solide tratate sunt deshidratate pentru debarasare.

Avantaje • Procesul poate fi derulat intermitent.

Dezavantaje • Producerea unui pH extrem de scăzut și a unui conținut mare de clor în supernatant.

2.6.4.2. Stabilizarea prin fermentare anaerobă Scopul fermentării este de a atinge două obiective de tratare a nămolului – o reducere a volumului și descompunerea materiei organice cu risc mare de putrezire în compuși organici și anorganici relativ stabili sau inerți. În plus, fermentarea anaerobă a nămolului oferă gaz metan (constituentul primar al gazului natural, pe care îl putem arde pentru căldură sau pentru a-l converti în electricitate).

Fermentația nămolului este realizată în absența oxigenului liber de către organismele anaerobe. Este astfel vorba de o descompunere anaerobă. Materia solidă în nămolul brut este aproximativ 70% organică și 30% anorganică sau minerală. Mare parte din apa din nămolul apelor reziduale este apă "legată", ce nu se va separa de solidele din nămol. Organismele anaerobe desfac structura moleculară complexă a acestor substanțe solide, lăsând liberă apa "legată" și obținând oxigenul și hrana necesară dezvoltării lor.

Reducerea materiei organice așa cum este aceasta măsurată de substanțele solide volatile indică finalizarea fermentației. Nămolul brut conține de obicei între 60% și 70% substanțe solide volatile, în timp ce nămolul bine fermentat poate conține doar 50%. Acest lucru reprezintă o reducție a substanțelor solide volatile de aproximativ 50%.

Majoritatea sistemelor de fermentare anaerobă sunt destinate funcționării în intervalul de temperatură mesofilic, între 30 și 38°C. Alte sisteme sunt realizate pentru operarea în intervalul de temperatură termofilic de 50 până la 57°C. S-a demonstrat că beneficiile fermentației nămolului apar la aproape orice interval de temperatură, dar timpul necesar pentru finalizarea fermentației variază foarte mult funcție de temperatură. De asemenea, modificările rapide de temperatură nu sunt benefice. Temperatura de fermentare nu trebuie să varieze mai mult de ± 1 °C pe zi. Pomparea cantităților excesive de nămol subțire poate determina scăderi semnificative ale temperaturii de fermentare.

Organismele ce formează metanul sunt extrem de sensibile la modificările de temperatură. La o temperatură de 12 °C, aproximativ 90% din fermentația dorită este finalzată în aproape 55 de zile.

Odată cu descreșterea temperaturii, timpul descrește, astfel încât la 24 °C, timpul este scurtat la 35 de zile, la 30 °C la 26 de zile și la 35 °C la 24 de zile. Timpul teoretic de fermentație a nămolului la 35 °C este jumătate din cel la 15 °C. Bineînțeles că valorile de mai sus nu sunt exact la fel pentru toate tipurile de nămol și sunt funcție de compoziția și sursa nămolului.

20

NIREAS

Capitolul 2.7

Figura 2.6.20. Fermentare aerobă standard, vedere schematică Dimensionarea fermentării anaerobe necesită alocarea unui timp suficient de retenție în reactoarele bine amestecate, pentru a permite distrugerea semnificativă a substanțelor solide volatile în suspensie (VSS). Criteriile de dimensionare folosite sunt: (1) timpul de retenție al substanțelor solide SRT, timpul mediu în care substanțele solide sunt menținute în procesul de fermentație și (2) timpul hidraulic de retenție t, timpul mediu în care lichidul este menținut în procesul de fermentație. Pentru substanțele solubile, SRT poate fi determinat prin împărțirea masei de substanțe solide din reactor (M) la masa de substanțe solide îndepărtate zilnic (M/zi). Timpul hidraulic de retenție t este egal cu volumul de lichid din reactor (L3) împărțit la cantitatea de biosolide îndepărtate (L3/zi). Pentru sistemele de fermentație fără reciclare, SRT = t.

Figura 2.6.21. Procesul de tratare a biogazului

21

NIREAS

Capitolul 2.7

Figura 2.6.22. Tancul de depozitare de biogaz cu presiune joasă Un nămol bine fermentat trebuie să fie negru, să nu aibă un miros neplăcut de bitum și, când este colectat într-un cilindru din sticlă, să aibă un aspect granular al structurii și anumite canale determinate de apa ce se ridică la suprafață, în timp ce substanțele solide se depun la bază.

Cantitatea de gaze produse trebuie să fie relativ constantă, dacă raportul de alimentare este constant. Descreșteri bruște ale producției totale de gaz pot indica toxicitate în timpul fermentării.

Gazul conține de obicei aproximativ 65% metan, aprox. 35% dioxid de carbon și gaze inerte de tipul azotului. Un procent mare de dioxid de carbon poate indica faptul că procesul de fermentație nu se desfășoară corect.

Producția totală de gaz este estimată în general din procentul de reducere a substanțelor solide volatile. Valorile standard variază de la 0,75 la 1,12 m3/kg de substanțe solide volatile distruse.

Producția de gaz poate fi estimată aproximativ pe cap de locuitor. Emisia obișnuită este de 15 până la 22 L/persoană*zi în uzinele primare tratând apele reziduale normale de uz casnic. În uzinele de tratare secundară, producția de gaz crește la aprox. 28 L/persoană*zi.

Gazul metan, în condiții standard de temperatură și presiune (20°C și 1 atm), are o putere calorică joasă, de 36.000 kJ/m3 sau 10 kWh/m3. Deoarece gazul de fermentare reprezintă doar 65% metan, puterea calorică scăzută a gazului de fermentație este de aproximativ 24.000 kJ/m3 sau 6,7 kWh/m3.

Prin comparație, gazul natural, care este un amestec de metan, propan și butan, are o putere calorică de 37.300 kJ/m3 sau 10,4 kWh/m3.

Figura 2.6.23. Fermentări anaerobe într-o uzină

22

NIREAS

Capitolul 2.7

Figura 2.6.24. Motor-generator de electricitate din biogaz (ciclu diesel) În uzinele mari, pot fi folosite gaze de fermentație pe post de combustibil pentru cazan și motoarele cu ardere internă care sunt în schimb folosite la pomparea apelor reziduale, operarea suflantelor și generarea electricității. Apa fierbinte din cazanele de încălzire sau de la carcasele motoarelor și cazanele recuperatoare poate fi folosită pentru încălzirea nămolului și pentru mărirea temperaturii, sau pot fi folosite cazane cu țevi de fum pentru încălzirea nămolului. Recuperarea energetică este mult mai eficientă dacă motoarele primare sunt destinate să se încălzească, deoarece căldura respinsă la temperaturi mari poate fi utilizată în diferite moduri decât căldura respinsă la temperaturi scăzute.

Gazele de fermentație pot fi folosite în cogenerare. Cogenerarea este definită în general ca un sistem de generare a electricității și de producție a unei alte forme de energie (de obicei aburi sau apă fierbinte). Gazele de fermentație pot fi folosite pentru alimentarea unui motor-generator pentru obținerea electricității, iar cămașa de apă de la motorul cu ardere internă poate fi folosită apoi pentru fermentarea sau creșterea temperaturii.

Deoarece gazele de fermentație conțin hidrogen sulfurat, azot, particule și vapori de apă, gazul trebuie curățat frecvent în epuratoare uscate sau umede înainte de a fi folosit în motoarele cu ardere internă. Concentrațiile de hidrogen sulfurat în exces de aproximativ 100 ppm pe volum pot necesita instalarea unui echipament de evacuare a hidrogenului sulfurat.

2.6.4.3. Stabilizarea prin fermentare aerobă Echipamentului folosit pentru fermentarea aerobă include un tanc de ventilație (fermentație), similar ca model tancului de ventilație folosit pentru procesul de tratare a nămolului activat. Indiferent dacă este vorba de ventilația difuzată sau mecanică a echipamentului, este necesar să mențineți condițiile aerobe din tanc. Este necesar și echipamentul de evacuare a substanțelor solide și al supernatantului. În timpul operării, reziduurile de procesare (nămol) sunt adăugate fermentării și ventilației, pentru a menține concentrația de oxigen dizolvat (DO) la valoarea de 1 mg/l. Ventilația asigură și amestecarea corectă a conținutului din tanc. În general, ventilația continuă timp de minim 20 de zile din timpul de retenție. Periodic, ventilația este oprită și substanțele solide pot sedimenta. Nămolul și supernatantul cu lichid curat sunt retrase, conform cerințelor, pentru a asigura un spațiu mai mare de fermentație.

23

NIREAS

Capitolul 2.7

Dacă nu există un spațiu suplimentar, amestecarea este oprită timp de 12 până la 24 de ore înainte de retragerea substanțelor solide pentru debarasare. Testarea de control al procesului trebuie să includă alcalinitatea, pH, procent de solide, procent de substanțe solide volatile pentru nămolul din influent, supernatantul, nămolul fermentat și volumul fermentat.

O problemă uzuală de operare aferentă fermentării aerobe este controlul nivelului pH. Când acest nivel al pH scade, de exemplu, acest lucru poate indica o activitate biologică anormală sau o alcalinitate joasă a influentului. Această problemă este corectată prin mărirea alcalinității (de ex. var, bicarbonat).

Avantajele cel mai des întâlnite în fermentarea aerobă sunt: • Este obținut un produs final similar humusului, stabil biologic.

• Produsul final stabil nu are miros, astfel, debarasarea simplă, de tipul iazurilor, este posibilă.

• Costurile de capital pentru un sistem aerob sunt scăzute, comparativ cu fermentarea anaerobă și alte scheme de tratare.

• Nămolul fermentat aerob are de obicei caracteristici bune de deshidratare. Când este aplicat paturilor de uscare din nisip, el se usucă corespunzător și se usucă din nou dacă a plouat pe el.

• Reducerea substanțelor solide volatile poate fi egală cu cele atinse prin fermentarea anaerobă.

• Lichidele supernatante din fermentarea aerobă au un BOD mai scăzut decât cele din fermentarea anaerobă. Majoritatea testelor indică faptul că BOD trebuie să fie sub 100 ppm.

Acest avantaj este important pentru că eficiența multor uzine de tratare este redusă ca rezultat al reciclării lichidelor supernatante cu BOD mare.

• Sunt mai puține probleme de operare cu fermentarea aerobă decât cu cea mult mai complexă anaerobă pentru că sistemul este mai stabil. Ca rezultat, se poate folosi o mână de lucru mai puțin specializată și ieftină pentru operarea uzinei. În comparație cu fermentarea anaerobă, sunt recuperate mai multe valori ale fertilizatorului de bază al nămolului.

Dezavantajul major asociat fermentării aerobe este costul mare energetic. Acest factor este responsabil pentru costurile mari de operare, în comparație cu fermentația anaerobă.

Două alte dezavantaje minore sunt lipsa gazului metan produs și eficiența variabilă a reducției substanțelor solide cu modificarea temperaturii.

Tabelul 2.6.7. Criterii de proiectare a fermentării aerobe (Eddy, 1999) Parametru Unități Valoare SRT la 20oC d 40 o la 15 C d 60 3 Încărcare substanțe solide volatile kg/m *zi 1,6 – 4,8 Cerințe oxigen kg O2/kg VSS 2,3 Cerințe energetice pentru amestecare Ventilatoare mecanice kW/103 m3 20-40 3 3 Amestecare aer difuzat m /m * h 1,2 – 2,4 Oxigen dizolvat rezidual în lichid mg/L 1-2 Reducția substanțelor solide volatile în suspensie % 35-50

24

NIREAS

Capitolul 2.7

Figura 2.6.24. Schemă sistem de fermentare aerobă termofilică autotermală (Eddy, 1999) 2.6.4.4. Fermentarea aerobă termofilică autotermică (ATAD) Fermentarea aerobă termofilică autotermică (ATAD) reprezintă o variație a fermentărilor aerobe convenționale și de oxigen de înaltă puritate. În timpul procesului ATAD, nămolul alimentat este în general preîngroșat și reactoarele sunt etanșate în vederea conservării căldurii produse din oxidarea substanțelor solide volatile în timpul procesului de fermentație. Temperaturile termofilice de operare (în general în intervalul 55 - 70°C) pot fi atinse fără căldură externă prin folosirea căldurii emise în procesul de oxidare exotermică microbială. Se obțin aproximativ 5-6 kWh de căldură pe kg de substanțe solide volatile distruse. Pentru că nu este asigurată căldură suplimentară (alta decât căldura introdusă prin ventilație și amestecare), procesul este denumit autotermic.

Avantaje • timpii de retenție necesari pentru obținerea reducției date a substanțelor solide în suspensie sunt reduși semnificativ (la aproximativ 5 - 6 zile) pentru obținerea reducțiilor substanțelor solide volatile de 30 – 50%, similare fermentării aerobe convenționale • operare simplă • este obținută o reducție mai mare a bacteriilor și virușilor, comparativ cu fermentarea anaerobă mesofilică • când reactorul este amestecat bine și menținut la 55°C și mai mult, virușii patogeni, bacteriile din ouă de viermi interstinali și alți paraziți pot fi reduși sub nivelurile detectabile Dezavantaje • apar mirosuri neplăcute • caracteristici slabe de deshidratare a biosolidelor ATAD • lipsa nitrificării.

Pentru că sistemul ATAD poate produce cel mai bine stabilizat nămol, el este folosit din ce în ce mai mult.

2.6.4.5. Obţinerea îngrășămintelor Scopul măririi nivelului de îngrășăminte din nămol este de stabilizare a materiei organice, reducerea volumului și eliminarea organismelor patogene. În timpul operației de îngroșare, substanțe solide deshidratate sunt de obicei amestecate cu un agent de umplere (de ex. așchii de lemn tare) și depozitate până la apariția stabilizării biologice. Amestecul de îngrășământ este ventilat în timpul

25

NIREAS

Capitolul 2.7

depozitării, pentru a asigura oxigenul suficient pentru oxidare și pentru prevenirea mirosurilor. După stabilizarea substanțelor solide, ele sunt separate de agentul de umplere. Substanțele solide îngrășate sunt apoi depozitate pentru tratare și aplicate pe solul fermelor sau în alt scop avantajos.

Randamentul estimat al operației de îmbunătățire a nivelului de îngrășământ pentru reducția procentuală a materiei volatile și reducția procentuală a umidității variază de la 20 la 30% și respectiv de la 40 la 60%.

Mai trebuie notat faptul că nămolurile ce au trecut prin stabilizarea chimică nu trebuie să fie îngrășate, pentru că stabilizarea chimică determină medii nefavorabile dezvoltării microorganismelor și care nu vor susține viața bacteriilor îngrășămintelor decât dacă nămolurile sunt neutralizate și există condiții favorabile de viață.

Cele două metode principale de îngrășare folosite la nivel global pot fi clasificate ca agitate sau statice. În cadrul metodei de agitație, materialul de îngrășat este agitat periodic în vederea introducerii oxigenului, controlului temperaturii și amestecării materialelor, pentru a obține un produs uniform. În cadrul metodei statice, materialul de îngrășat rămâne static, aerul fiind suflat prin materialul îngrășat. Cele mai întâlnite metode de agitație și statice de îngrășare sunt cunoscute ca metodele de brăzdare și respectiv de acumulare statică.

Acumulare statică ventilată

Figura 2.6.25. Îngrăşăminte

Figura 2.6.26. Serii microbiene în timpul operației de îmbunătățire a îngrășămîntului

26

NIREAS

Capitolul 2.7

Figura 2.6.27. Sisteme de îngrășăminte: acumulări statice ventilate (Eddy, 1999) Sistemul de acumulare statică ventilată conține un grilaj de ventilație sau conducte de evacuare peste care este adăugat un amestec de nămol deshidratat și material de umplutură. Într-un sistem standard de acumulare statică, materialul de umplutură reprezintă așchii de lemn, amestecate cu nămolul deshidratat printr-un malaxor cu braț, malaxor cu tambur rotativ sau un echipament movibil de tipul încărcătorului cu cupă frontală.

Materialul este îngroșat timp de 21 până la 28 de zile, urmat apoi de o perioadă de tratare de 30 de zile sau mai mult. Înălțimile standard de acumulare sunt aproximativ 2 - 2,5 m.

Un strat de îngrășământ filtrat este de obicei așezat deasupra materialului acumulat, pentru etanșare. Conductele de evacuare din plastic ondulat sunt folosite uzual pentru alimentarea cu aer și fiecare acumulare individuală este recomandată a avea o suflantă individuală pentru un control mai eficient de ventilație. Filtrarea îngrășământului tratat se face de obicei în vederea reducerii cantității de produs final ce necesită debarasare finală și recuperarea materialului de umplutură. Pentru îmbunătățirea procesului și controlului mirosurilor, există mai multe echipamente care acoperă sau împrejmuiesc toate sau părți semnificative ale sistemului.

Brăzdare Într-un sistem de brăzdare, operațiile de amestecare și filtrare sunt similare celor pentru operația de acumulare statică ventilată.

Brazdele sunt realizate de la 1 la 2 m înălțime și 2 la 4,5 m la bază. Rândurile sunt rotite și amestecate periodic în timpul perioadei de îngrășare. Ventilația mecanică sumplimentară este folosită în anumite aplicații. Perioada de îngrășare este de aproximativ 21 până la 28 zile. În condiții standard de funcționare, brazdele sunt rotite de cel puțin cinci ori, în timp ce temperatura este menținută la cel puțin 55°C. În cadrul aplicărilor îngrășămintelor în brazde, condițiile aerobe sunt dificil de menținut în toate zonele secțiunilor transversale ale brazdelor. Astfel, activitatea microbiană din acumulare poate fi aerobă, facultativă, anaerobă sau diferite combinații ale acestora, funcție de când și cât de des este rotită substanța acumulată. Rotirea brazdelor este însoțită de obicei eliberarea unor mirosuri neplăcute.

Mirosurile apar de obicei atunci când există condiții anaerobe în brazde. Echipamentul specializat este disponibil pentru amestecarea nămolului și a materialului de umplutură și pentru rotirea brazdelor cu îngrășământ. Anumite operații de brăzdare sunt acoperite sau închise, similar acumulărilor statice ventilate.

27

NIREAS

Capitolul 2.7

a b Figura 2.6.28. Sisteme îngrășăminte: a - brazde cu îngrășăminte; b - echipament pentru rotirea și reformarea brazdelor cu îngrășăminte (Eddy, 1999)

Figura 2.6.29. Recomandări de proiectare a proceselor de îngrășăminte a nămolului aerob •

•

•

• • •

Amestecul de îngrășăminte trebuie să fie de aproximativ 40% substanțe solide uscate, pentru asigurarea cantităților adecvate de îngrășăminte în brazde și aplicarea îngrășămintelor acumulărilor statice.

Operațiile de pregătire includ transportul îngrășămintelor finite de la zona de obținere a îngrășămintelor active către zonele de tratare, filtrare și pregătire. Sunt folosite uzual filtrele de tip ciur rotativ și defibratoarele cu bandă; defibrarea poate avea loc înainte sau după tratare. În anumite cazuri, filtrarea dublă este preferabilă, în special în domeniul horticulturii, în vederea respectării cerințelor de calitate ale produsului. Dimensiunea particulelor produsului finit pentru uz general variază de la 6 la 25 mm Raportul inițial C/N trebuie să fie în intervalul 25:1 la 35:1, funcție de masă. La rapoarte scăzute, apare o proporție de amoniac. Carbonul trebuie verificat, pentru a asigura că este biodegradabil rapid Substanțele solide volatile ale amestecului de îngrășăminte trebuie să fie mai mari de 30% din conținutul total de substanțe solide.

Conținutul de umezeală al amestecului de îngrășăminte nu trebuie să depășească 60% din acumularea statică și îngrășămintele din brazde. pH amestecului de îngrășăminte trebuie să fie în general în intervalul 6 - 9. Pentru a atinge nivelul optim de descompunere aerobă, pH trebuie să rămână în intervalul 7 - 7,5.

28

NIREAS

Capitolul 2.7

•

Pentru rezultate optime, temperatura trebuie menținută între 50 și 55°C pentru primele zile și între 55 și 60°C pentru restul perioadei de aplicare a îngrășămintelor active. Dacă temperatura ajunge să depășească 65°C pentru o perioadă semnificativă de timp, activitatea biologică se poate reduce.

• Dacă procesul este realizat corect, se pot distruge toți agenții patogeni, buruienile și semințele în timpul procesului de aplicare a îngrășămintelor patogene. Pentru a atinge acest nivel de control, temperatura trebuie menținută între 60 și 70°C timp de 24 h (îngrășare termofilică).

Comparația metodelor de stabilizare Tabelul 2.6.7. Gradul relativ de atenuare atins în diferite procese de stabilizare a nămolului (Eddy, 1999) Grad de atenuare Nivel agenți Risc apariție Proces Grad de putrezire patogeni mirosuri Stabilizare alcalină Bun Mediu Mediu Fermentare anaerobă Mediu Bun Mare Fermentare aerobă Mediu Bun Mare Fermentare aerobă termofilică Excelent Bun Mare autotermică (ATAD) Aplicare îngrășăminte Mediu Bun Scăzut spre mediu Aplicare îngrășăminte (termofilic) Excelent Bun Scăzut spre mediu 2.6.5. Tratarea Înainte ca nămolul să poată trece la procesele de deshidratare, el trebuie tratat. Tratarea nămolului implică o tratare chimică sau termică de îmbunătățire a randamentului proceselor ulterioare. În alte cuvinte, tratarea îmbunătățește gradul de deshidratare.

2.6.5.1. Tratarea chimică Tratarea chimică implică utilizarea substanțelor chimice anorganice sau a polielectroliților organici sau a ambelor. Cele mai folosite substanțe chimice anorganice sunt clorura ferică și varul.

Multe substanțe chimice au fost folosite de tipul acidului sulfuric, alaun, clorură de cupru, sulfat de fier și clorura ferică cu sau fără var, și altele.

Polimerii organici, introduși în anii 1960, sunt folosiți în procesele de îngroșare a nămolului și de deshidratare. Avantajul lor față de substanțele anorganice este că polimerii nu cresc foarte mult cantitatea de nămol produsă: 1 kg de substanțe chimice anorganice adăugate vor produce 1 kg de nămol suplimentar. Dezavantajul polimerilor este că au un cost relativ ridicat.

Acești polimeri sunt de trei tipuri de bază: • Anionici (sarcină negativă) – se folosesc ca adaosuri coagulante la coagulanții anorganici din aluminiu și fier prin raportul înalt de floculație, dimensiune și duritatea particulelor.

• Cationici (sarcină pozitivă) – se folosesc ca coagulanți primari, singuri sau în combinație cu coagulanții anorganici de tipul sulfatului de aluminiu.

• Nonionici (cantități egale de grupuri încărcate pozitiv și negativ în monomeri) – se folosesc ca adaosuri de coagulare similar polimerilor anionici și cationici.

29

NIREAS

Capitolul 2.7

Tabelul 2.6.8. Niveluri standard de adaosuri de polimeri pentru presa cu filtru și bandă și deshidratarea nămolului în centrifuge cu disc (Eddy, 1999) Solide uscate kg/tonă Tipul nămolului Presă cu filtru și bandă Centrifugă cu disc Primar 1-4 1-2,5 Primar & rezidual activat 2-8 2-5 Primar și biofiltru 2-8 Rezidual activat 4-10 5-8 Primar fermentat anaerob 2-5 3-5 Primar fermentat anaerob și rezidual activat 1,5-8,5 2-5 cu aer Primar fermentat aerob și rezidual activat cu 2-8 aer 2.6.5.2. Tratarea termică Tratarea cu căldură este un proces care a fost folosit pentru tratarea și stabilizarea nămolului, dar este rareori folosit în instalațiile noi. Există două procese de bază pentru tratarea termică a nămolului.

Primul, oxidarea aerului umed, reprezintă oxidarea fără flacără a nămolului la temperaturi între 230°C și 300°C și presiuni de circa 80 atm.

Al doilea, tratarea la cald, este similar, dar are loc la temperaturi între 230 °C și 300 °C și presiuni între 10 și 20 atm.

Oxidarea aerului umed (WAO) reduce nămolul la cenușă și tratarea la cald îmbunătățește secarea nămolului. Tratarea la cald sub presiune și la temperatură joasă este mai răspândită decât procesul de oxidare a aerului umed.

Gazele eliminate în urma procesului termic trec printr-o catalizare post-arzător de la 340 °C până la 380 °C sau li se îndepărtează mirosul prin alte mijloace. În anumite cazuri, aceste gaze au fost întoarse prin intermediul sistemului de aer difuzat în bazinele de aerisire pentru dezodorizare.

Avantaje • tratarea termică este o metodă mai rapidă de secare a nămolului față de cea chimică.

Substanțe solide deshidratate din nămol, în procent de 30 până la 40 % (față de 15 – 20 % cu tratarea chimică) au fost obținute cu nămolul tratat la cald, la un procent de încărcare relativ mare, în echipamentul de deshidratare (de 2 sau 3 ori față de tratarea termică).

• procesul oferă de asemenea dezinfecția eficientă a nămolului.

Dezavantaje • Din păcate, procesul de tratare la cald rupe pereții celulelor organismelor biologice, eliberând nu numai apa, dar și anumite materiale organice incluse. Acest lucru întoarce în soluție anumite materiale organice transformate anterior în particule și creează alte particule fine.

Ruperea celulelor biologice ca rezultat al tratării la cald transformă aceste celule transformate anterior în particule înapoi în apă și solide fine. Acest lucru ajută la procesul de deshidratare, dar creează o altă problemă de tratare, și anume problema tratării acestui lichid foarte poluat din celule. Tratarea acestei ape sau lichid necesită o atenție deosebită în ceea ce privește construcția stației deoarece conținutul organic al soliției poate fi extrem de mare.

30

NIREAS

Capitolul 2.7

2.6.6. Amestecarea Amestecarea joacă un rol important în majoritatea proceselor de stabilizare și/sau tratare. Fără sistemele bine mixate, procesele nu ating un nivel acceptabil de eficiență. Amestecarea poate fi întreruptă sau continuuă, dar oricum ea are loc, oferind tuturor organismelor active cerințele unei alimentații corecte și ajutând la menținerea unei temperaturi uniforme. Amestecarea întreruptă permite separarea și îndepărtarea lichidului supranatant dintr-o singură etapă de fermentare. Prin amestecul continuu, fermentația trece într-o mai mare măsură prin întregul rezervor, reducând astfel capacitatea necesară a tancului. Acest amestec continuu necesită un al doilea tanc de fermentare sau depozitare în care nămolul fermentat poate fi mutat pentru a face loc nămolului proaspăt pentru prima fermentare și a face posibilă separarea și îndepărtarea supernatandului din fermentarea secundară.

2.6.7. Deshidratarea nămolului Nămolul fermentat întrerupt din fermentare este în mare parte lichid. Deshidratarea nămolului se folosește pentru a reduce volumul prin îndepărtarea apei, pentru a permite manevrarea ușoară și refolosirea sau îndepărtarea economică. Există tehnici mecanice și termice pentru a obține acest lucru. Procesul de deshidratare include : • filtrele de vacuum • presele de filtru • centrifugele • hidrociclonii • albii secate • albii cu stuf • iazuri cu nămol 2.6.7.1. Filtrarea cu vid Filtrul de vacuum pentru deshidratarea nămolului este un tambur peste care se pune un mediu de filtrare constând într-o cârpă de bumbac, lână, nylon, fibre sintetice, fibre de sticlă sau plastic, ori o sită din oțel inoxidabil, sau un arc de bobină din oțel inoxidabil cu strat dublu. Tamburul cu axă orizontală este pus într-un rezervor cu aproape un sfert din acesta introdus în nămol tratat. Supapele și conductele sunt aranjate astfel încât, în timp ce partea din tambur se rotește încet în nămol, un vacuum este creeat în interiorul mediului de filtrare, scoțând apa din nămol și separându-le.

Aplicarea vacuumului este continuă, prin rotirea în afară a nămolului și în aer. Acest lucru scoate apa din nămol, lăsând un pat sau un bulgăre umed pe suprafață. Acest pat este aruncat, bătut sau ridicat din tambur imediat înainte de a intra din nou în tancul de nămol.

Există trei tipuri principale de filtre rotative cu vacuum: tambur, bobină și bandă rotative.

Filtrele de vacuum cu tambur și cu centură folosesc materiale din fibre naturale sau sintetice. Pentru filtrul cu tambur, cârpa este întinsă și fixată pe suprafața tamburului. Pentru filtrul cu bandă, cârpa este întinsă peste tambur și prin sistemul cu scripete. Instalarea păturii necesită câteva zile. Cârpa (cu îngrijire corespunzătoare) va dura câteva sute până la mii de ore. Durata de viață a păturii depinde de cârpa folosită, chimicalele pentru tratament, frecvența spălării inverse și frecvența de curățare (de ex.: baia de acid).

Mediile de filtrare întotdeauna trec prin zona de curățare, pentru a îndepărta particulele fine din aceasta și pentru a reduce posibilitatea legării timpurii a mediilor.

31

NIREAS

Capitolul 2.7

Tamburul cu filtru este un labirint de conducere, ce pleacă de la un ecran metalic și un schelet de lemn și se leagă la o supapă rotativă la fiecare cap al cilindrului. Cilindrul este dotat cu un mecanism de activare cu viteză variabilă pentru a-l răsuci de la 1/8 până la 1 rpm. În mod normal, preluarea substanțelor solide este indirect legată de viteza tamburului. Tamburul este parțial introdus într-o baie ce conține nămol tratat. Introducerea este de obicei limitată la 1/5 sau mai puțin din suprafața filtrului la un anumit moment.

Figura 2.6.30. Schemă operare filtru cu vid(California State University, 2006)

Figura 2.6.31. Filtru de vid cu tambur rotativ (California State University, 2006)

32

NIREAS

Capitolul 2.7

Figura 2.6.32. Schemele filtrelor cu vid și tambur rotativ. (a) alimentare în partea inferioară, cuțit/racletă evacuare; (b) alimentare în partea inferioară, cilindru evacuare; (c) alimentare în partea inferioară, coloană evacuare; (d) alimentare în partea inferioară, centură evacuare; (e) alimentare în partea superioară (Servicii de filtrare); (f) tambur intern (E. S. Tarleton, R. J. Wakeman, 2007)

33

NIREAS

Capitolul 2.7

Figura 2.6.33. Filtru de vid cu tambur rotativ în funcționare Recomandări operaţionale • Nămolul condiţionat ar trebui filtrat cât mai repede posibil după adăugarea de substanţe chimice și amestecarea adecvată • Alimentarea continuă este preferată celei prin lot ameliorat. În filtrarea nămolului brut, substanţele solide din apa reziduală proaspătă de canalizare şi nămolul se filtrează mai rapid decât cele vechi sau nămolul septic.

• Nămolul complet fermentat se filtrează, de obicei, mai rapid decât nămolul parţial fermentat.

• Concentraţia nămolului ce urmează a fi filtrat este critică deoarece nămolul cu conţinut solid mai ridicat se filtrează, de obicei, mai rapid decât cel cu conţinut mai scăzut de solide.

• Prezența de uleiuri minerale și reziduuri de la unitățile de curăţare uscată face dificilă filtrarea nămolului. Astfel de reziduuri ar trebui, prin urmare, să fie ținute departe de sistemul de canalizare şi eliminate separat.

• Filtrul de vid ar trebui să fie curățat după fiecare utilizare, și tot nămolul scurs din unitate.

Acest nămol şi apa de spălare nu trebuie să fie returnate în rezervor de depozitare al nămolului, ci la canalizarea brută sau de fermentare.

• Nămolul deshidratat prin folosirea filtrării în vid este în mod normal ameliorat chimic chiar înainte de filtrare. Condiţionarea nămolului mărește procentul de capturare de către filtru a subtanţelor solide şi îmbunătățeşte caracteristicile nămolului deshidratat, cu toate acestea însă, nămolul ameliorat trebuie filtrat cât mai repede posibil după adăugarea substanţelor chimice, pentru a obține aceste rezultatele dorite.

2.6.7.2. Filtrarea sub presiune Filtrarea cu presiune diferă de filtrarea în vacuum prin aceea că lichidul este forțat prin mediile de filtrare cu ajutorul unei presiuni pozitive în loc de vid. Ca și în cazul filtrării sub vid, se utilizează un mediu poros de filtre cu plăci pentru separarea substanţelor solide de cele lichide. Substanţele solide sunt capturate în porii mediului, se adună pe suprafaţa mediului şi consolidează mediul prin acțiunea de separare a solidului de lichid.

Pompele de nămol furnizează energia pentru a forța apa prin intermediul mediului. Varul, clorura de aluminiu, clorhidratul de aluminiu și sărurile ferice au fost utilizate în mod obișnuit pentru a condiționa nămolul înainte de presare. Filtrele cu plăci sunt o încercare de a usca nămolul într-un spațiu mic, rapid. Dar, în comparație cu alte metode de deshidratare, au dezavantaje majore, incluzând: (1) operarea în loturi şi (2) costuri ridicate de exploatare şi de întreţinere. Alte tipuri de

34

NIREAS

Capitolul 2.7

filtre sub presiune includ presele hidraulice și cu şurub, care în timp ce sunt eficiente la deshidratare nămolurilor, au dezavantajul major de a necesita de obicei o alimentare cu nămol îngroșat. Au fost raportate filtre de nămol la fel de mari cât 75% din cele de substanţe solide realizate, utilizând filtrarea sub presiune.

Trebuie remarcat totuși, că nămolurile secundare nu se usucă la fel de rapid precum nămolurile primare pentru că nămolurile secundare conţin substanţe solide fine, de joasă densitate, care au zone mari de suprafață şi cantităţi de apă relativ mari asociate cu acestea.

Deshidratarea prin intermediul unei plăci şi a cadrului filtru de presă Nămolul poate fi deshidratat cu ajutorul unei plăci şi a unui cadru filtru de presă. Acesta acționează prin presarea apei din nămol utilizând plăci. Nămolul curge în spaţiile dintre plăci şi apa este eliminată prin presare (presiune 14-17 atm). Plăcile sunt apoi separate și filtrul cade într-un buncăr sau pe o bandă transportoare.

Deshidratarea cu presa filtru cu curea Nămolul poate fi deshidratat utilizând o presă cu filtru și bandă. Nămolul este presat între benzi întrun filtru. Filtrul este alimentat într-un buncăr sau o bandă transportoare.

Figura 2.6.34. Diagramă operațională presă cu filtru și bandă (John M. Stubbart, 2006)

Figura 2.6.35. Schemă funcționare bandă în filtrul presei cu bandă (Tarleton, Wakeman, 2007)

35

NIREAS

Capitolul 2.7

Figura 2.6.36. O presă cu filtru și bandă și bulgăre de nămol deshidratat

Figura 2.6.37. Diagramă schematică a sistemului de deshidratare al presei cu bandă (Eddy, 1999)

Figura 2.6.38. Imagine presă cu filtru și bandă

36

NIREAS

Capitolul 2.7

Tabelul 2.6.9. Date standard pentru tipuri de nămoluri deshidratate în presele cu filtru și bandă (John M. Stubbart, 2006) Tipul nămolului din apele Total solide Polimeri, g/kg Total bulgări solizi, % reziduale alimentate, % Primar brut 3-10 1-5 28-44 Substanțe solide reziduale 0,5-4 1-10 20-35 activate brute (SAD) Primar brut +SAD 3-6 1-10 20-35 Primar fermentat anaerob 3-10 1-5 25-36 Fermentat anaerob SAD 3-4 2-10 12-22 Primar fermentat anaerob 3-9 2-8 18-44 + SAD Primar fermentat aerob + 1-3 2-8 12-20 SAD SAD cu oxigen activat 1-3 4-10 15-23 Primar ameliorat termic + 4-8 0 25-50 SAD 2.6.7.3. Deshidratare cu centrifuge Centrifugele sunt mașini care separă substanţele solide de cele lichide prin sedimentare și forţa centrifugă. Într-o unitate obişnuită, nămolul este alimentat printr-un tub de alimentare staționar dea lungul liniei centrale a vasului, printr-un nod al transportorului elicoidal. Transportorul elicoidal este montat în interiorul vasului conic rotativ. Se rotește cu o viteză puțin mai mică decât vasul. Nămolul trece prin capătul tubului de alimentare, este accelerat, trece prin orificiile din axul transportorului elicoidal şi este distribuit la marginea vasului. Substanţele solide se sedimentează prin bazinul cu lichid, sunt compactate de către forţa centrifugă pe pereţii vasului şi sunt transmise de transportoarele elicoidale către zona de uscare sau plajă ale vasului. Zona de plajă este o secțiune înclinată a vasului în care are loc deshidratarea în continuare, înainte ca substanţele solide să fie evacuate. Lichidul separat este evacuat continuu peste pragurile reglabile de la capătul opus al vasului.

Figura 2.6.39. Centrifugă cu vas solid rotativ (John M. Stubbart, 2006 )

37

NIREAS

Capitolul 2.7

Figura 2.6.40. Centrifugă rotativă (California State University, 2006) Forța centrifugă este utilizată în deshidratarea centrifugă pentru a accelera separarea fazelor solide şi lichide ale fluxului de nămol lichid. Procesul implică limpezirea şi compactarea nămolului.

Centrifugele separă nămolul în bulgări deshidratați de nămol şi lichid limpede, care se numește centrat.

Doi factori determină, de obicei, succesul sau eșecul centrifugării – nivelul de uscare al bulgărului de nămol şi recuperarea de substanţe solide. Efectele diferiților parametri asupra acestor doi factori sunt enumerate mai jos: Tabelul 2.6.10. Recomandări Pentru a creşte nivelul de uscare al filtrului Pentru a creşte recuperabilitatea substanţelor solide 1. Măriți viteza vasului 1. Măriți viteza vasului 2. Micșoraţi volumul bazinului 2. Măriți volumul bazinului 3. Reduceți viteza transportorului 3. Reduceți viteza transportorului 4. Creșteţi rata de alimentare 4. Reduceți rata de alimentare 5. Scădeţi consistența alimentării 5. Creșteţi temperatura 6. Creșteţi temperatura 6. Utilizaţi floculanţi 7. Nu utilizaţi floculanţi 7. Creșteţi consistența alimentării Centrifugarea are unele avantaje inerente faţă de filtrarea sub vid și alte procedee utilizate pentru a drena nămolul.

(1) Este simplă, compactă, complet închisă, flexibilă, (2) Se poate folosi fără adjutanţi chimici și costurile sunt moderate.

(3) Industria a acceptat în special centrifugele, în parte datorită costurilor reduse de capital, simplităţii de funcționare și eficacităţii în cazul nămolurilor greu de drenat.

Dezavantajele asociate cu centrifugarea sunt: (1) fără utilizarea de substanţe chimice, captarea de substanţe solide este de multe ori foarte slabă, iar costurile cu substanţele chimice pot fi substanțiale; (2) de multe ori trebuie îndepărtat gunoiul din alimentarea centrifugii, prin filtrare; (3) bulgării de substanţe solide sunt adesea mai mici decât cei rezultați prin filtrarea sub vid; și (4) costurile de întreţinere sunt ridicate.

Calitatea slabă a centratului este o problemă majoră în cazul centrifugelor. Substanţele solide fine din centrat, reîntoarse la uzina de tratare, sunt uneori rezistente la realizarea de depuneri şi, ca urmare,

38

NIREAS

Capitolul 2.7

concentrația lor în sistemul de tratare creşte treptat. Centratul din nămolul brut deshidratat poate provoca, de asemenea, probleme de miros atunci când este reciclat. Floculenţii pot fi utilizaţi pentru a mări captura de substanţe solide, de multe ori în orice grad dorit, precum și pentru a crește semnificativ capacitatea (de încărcare a substanţelor solide a) centrifugelor. Cu toate acestea, utilizarea de substanţe chimice anulează avantajul major rezultat din utilizarea centrifugelor.

Cele mai eficiente centrifuge pentru drenarea nămolurilor de deșeuri sunt maşinile orizontale, cu vas cilindric - conic, solid.

Tabelul 2.6.11. Plaja de valori de performanţă aşteptate de la centrifuge (John M. Stubbart, 2006) Alimentare, Filtru, Tip de solide în apele reziduale % total solide % total solide Primar nefermentat 4-8 25-40 Substante solide activate de deşeuri (SAD) 1-4 16-25 Primar +SAD nefermentat 2-4 25-35 Primar +SAD fermentat aerobic 1.5-3 16-25 Primar +SAD fermentat anaerobic 2-4 22-32 Primar anaerobic fermentat 2-4 25-35 SAD aerobic fermentat

1-4

18-21

Aerobic la temperatură înaltă Anaerobic la temperatură înaltă Var stabilizat

4-6 3-6 4-6

20-25 22-28 20-28

2.6.7.4. Hidroclone Ne putem gândi la aceste sisteme ca fiind centrifuge cu consum redus de energie. Hidroclonele sunt folosite pentru separarea particulelor solide de cele cu grad de vâscozitate de la mediu-către-redus.

Ca și variantele omoloage ciclon utilizate în aplicaţiile de curăţarea gazului, hidroclonele sunt proiectate simplu, gradul de separare putând fi modificat fie prin varierea condițiilor de încărcare, fie prin schimbarea proporțiilor geometrice.

Figura 2.6.41. Instalaţie caracteristică de deshidratare centrifugală cu vas solid (Eddy, 1999)

39

NIREAS

Capitolul 2.7

Figura 2.6.42. Elementele componente ale unui hidrociclon (Nickolas P. Cheremisinoff, 2002) Spre deosebire de alte tipuri de echipamente de separare a solidelor de lichide, ele sunt mai potrivite pentru clasificare decât pentru clarificare, deoarece eforturile mari de forfecare dintr-un hidroclon impulsionează suspensia de particule care se opun floculării. Cu toate acestea, prin specificarea corectă a dimensiunilor și condițiilor de operare corespunzătoare, ele pot fi utilizate drept concentratori în așa fel încât fluxul inferior conține predominant particule solide, în timp ce preaplinul clar conţine cea mai mare parte de lichid.

Un hidroclon constă dintr-o secțiune superioară scurtă cilindrică (1) și un fund conic alungit (2).

Suspensia este introdusă în secţiunea cilindrică (1), prin duza (3) tangențial, unde lichidul capătă o mișcare intensivă de rotație. Particulele mai mari, sub acțiunea forței centrifuge, se deplasează spre pereții aparatului și se concentrează pe straturile exterioare ale fluxului de rotație. Apoi se deplasează în spirală în jos de-a lungul pereților la duza (4), prin care este evacuată suspensia îngroşată. Cea mai mare parte din lichid conținând particule mici (lichid limpede) se mișcă în fluxul spiral intern ascendent de-a lungul axei hidroclonului. Lichid clar este evacuat prin duza (5) și fixat la partiția (6) şi duza (7). Modelul efectiv al fluxului este mult mai complicat decât cel descris, din cauza fluxurilor de circulație.radială și închise.

2.6.7.5. Paturi de uscare Aceasta este una din cele două metode comune de deshidratare pe baza energiei termice. Paturile de uscare sunt utilizate în general pentru deshidratarea nămolurilor bine fermentate. Acestea încearcă să usuce nămolul brut prin expunerea la aer, ceea ce duce, de obicei, la probleme cu mirosurile. Pătura de uscare a nămolului constă într-o conductă de scurgere comună pusă într-o bază de pietriș. Pietrișul este acoperit cu un strat de nisip. Partițiile din jurul şi între paturile de uscare sunt în general expuse condiţiilor meteorologice, dar pot fi acoperite cu carcase ventilate de tip seră, în cazul în care este necesară drenarea nămolul într-un climat umed. Uscarea nămolului pe paturi de nisip se realizează permițând apei să se scurgă din masa nămolului prin stratul de nisip către conducta de drenaj și evaporarea naturală în aer. În timp ce nămolul se usucă, se dezvoltă fisuri în suprafață care permit ca evaporarea să apară de la straturile inferioare, accelerând procesul de uscare.

40

NIREAS

Capitolul 2.7

Figura 2.6.43. Pat de uscare Există mai multe variante de proiect folosite pentru paturile de uscare a nămolului, inclusiv amplasarea conductei de drenaj, grosimea şi tipul de materiale din straturile de pietriş și de nisip, și materiale de constructii utilizate pentru partiții. Variaţia de importanță majoră este dacă paturile sunt sau nu acoperite. Orice structură de acoperire trebuie să fie bine ventilată. În trecut, unele paturi erau construite cu fundul plat din beton pentru canalizare fără conducte, dar această modalitate de construcție nu a fost foarte satisfăcătoare. Betonul asfaltic (asfaltul), a fost folosit în unele paturi de uscare.

Singurul dezavantaj îl prezintă apa de drenaj. Această apă este în mod normal reîntoarsă în apele reziduale brute, către uzină sau punctul de tratare. Apa de drenaj nu este în mod normal tratată înainte de a reveni la uzină. Experienţa este cel mai bun ghid în determinarea grosimii de 20 la 30 cm.

Stratul de nămol poate fi îndepărtat cu furci sau lopeţi, la un conținut de umiditate de 60%, dar în cazul în care este permisă uscarea la 40% umiditate, va cântări doar pe jumătate la fel de mult și va rămâne totuşi ușor de manevrat. Dacă nămolul devine prea uscat (10-20% umiditate), acesta va fi şi prăfuit și va fi dificil de îndepărtat, pentru că se va sfărâma la îndepărtare.

Mulți operatori de uzine mici de tratare folosesc roabe pentru a tracta nămolul din paturile de uscare. De multe ori sunt puse pe scânduri pe pat, pentru a se construi o pistă astfel încât anvelopa roabei să nu se scufunde în nisip. Roabele pot fi păstrate la dispoziţia muncitorilor, astfel încât folosirea lopeţii să nu se facă pe o distanța mare. Cele mai multe uzine folosesc camioane pick-up sau autobasculante pentru a transporta nămolul din patul de uscare. Camioanele basculante prezintă avantajul de a avea o descărcare rapidă.

Figura 2.6.44. Secțiune transversală a unui pat de uscare cu fire de pană (John M. Stubbart, 2006)

41

NIREAS

Capitolul 2.7

Avantaje • Costuri reduse • Atenție ocazională necesară • Conţinut înalt de solide în produsul uscat Dezavantaje • spațiu larg • efectele schimbărilor climatice asupra caracteristicilor de uscare • eliminarea nămolului este anevoioasă • paturile de uscare atrag insectele și emit probabil mirosuri Tabelul 2.6.12. Cerințe standard de suprafață pentru paturile de uscare deschise de nămol pentru diferite tipuri de biosolide* (Eddy, 1999) Tipul de biosolid Suprafață Rata de încărcare cu nămol 2 m /person kg solide uscate/m2*an Fermentat primar 0,1 120-150 Primar și biofiltru de humus fermentat 0,12-0,16 90-120 Primar și rezidual activat fermentat 0,16-0,23 60-100 Primar și precipitat chimic fermentat 0,19-0,23 100-160 * Cerințele corespunzătoare ale suprafețelor pentru paturile acoperite variază de la aproximativ 70 la 75 la sută din cele pentru paturi deschise 2.6.7.6. Paturi de stuf Paturile de stuf sunt în aparenţă similare cu solurile umede de fluxuri de subsuprafață, constând în canale sau tranşee umplute cu nisip sau piatră pentru a sprijini vegetaţia apărută. Diferenţa între paturile de stuf folosite pentru aplicaţia biosolidelor și solurile umede de fluxuri de subsuprafață este că biosolidele lichide sunt aplicate pe suprafaţa paturilor (în comparaţie cu aplicația subsuprafeței) și fluxul filtrat curge prin pietriş sub canalizare.

Figura 2.6.45. Paturi de uscare neinstalate în Ghana (stânga) și paturi de uscare neinstalate protejate de ploaie la o staţie de tratare a apelor reziduale SUA (dreapta).

42

NIREAS

Capitolul 2.7

Figura 2.6.46. Pat standard de stuf Spre deosebire de paturile de uscare, paturile de stuf nu necesită curăţarea înainte de fiecare nouă aplicaţie, pentru că sistemul rădăcinilor al plantelor menţine permeabilitatea. Nămolul este adăugat o dată pe săptămână și este îndepărtat numai la 5 - 10 ani.

Figura 2.6.47. Secţiune transversală a unui pat de stuf pentru deshidratare și depozitare biosolide (Eddy, 1999)

43

NIREAS

Capitolul 2.7

Figura 2.6.48. Paturi de uscare a nămolului În general, paturile de stuf sunt construite din pietrişul spălat adus de râu în următoarele straturi (de jos până la suprafaţă): (1) un strat de drenaj adânc de 250 mm, compus din 20 mm pietriş spălat (2) un strat de drenaj adânc de 250 mm, compus din 4 la 6 mm pietriş spălat, şi (3) un strat din nisip de 100 până la 150 mm (0,4 până la 0,6 mm).

Uneori este folosit un strat nivelat de bază mai grosier. Este prevăzut un bord liber de cel puţin 1 m deasupra stratului de nisip, pentru o acumulare de 10 ani de nămol.

Phragmites australis (stuf) sunt plantate în centre de 300 mm în stratul de pietriş, imediat sub nisip.

Alte plante din zone umede pot fi folosite, cu toate că stuful este cel mai preferat.

Prima aplicaţie de nămol este făcută după ce stuful este bine fixat. Secerarea stufului este practicată în general iarna, tăind de sus până la un nivel peste stratul de nămol. Secerarea este necesară întotdeauna când nivelul plantelor devine prea gros și restricționează fluxul plan de nămol.

Materialul secerat poate fi îmbunătățit cu îngrășământ, ars sau aruncat în gropile de gunoi.

Ratele de încărcare de proiectare pentru paturile de stuf variază între 30 și 100 kg/m2*an, în funcție de natura nămolului și condiţiile climatice. Nămolul lichid este aplicat intermitent, ca în paturile de uscare de nisip. Adâncimea tipică a nămolului aplicat este de 75 până la 100 mm, în fiecare săptămână, pâna la 10 zile.

Paturile de uscare de nămol, destinate și a fi paturi de stuf sau zone umede construite, pot minimaliza necesitatea de a îndepărta frecvent nămolul uscat, deoarece acestea pot fi exploatate pe mai mulţi ani înainte de a fi nevoie de îndepărtarea nămolului.

2.6.7.7. Iazuri de nămol Iazurile de uscare pot fi folosite ca substitut pentru paturile de uscare în deshidratarea nămolului fermentat. Iazurile nu sunt adecvate pentru deshidratarea nămolurilor netratate, a laptelui de var, sau a nămolurilor de suprafaţă, din cauza mirosului și al potenţialului lor de poluare. Eficienţa iazurilor, ca și cea a paturilor de uscare, este afectată de climă; precipitaţiile și temperaturile scăzute inhibă deshidratarea. Iazurile sunt cele mai aplicabile în zone cu rate ridicate de evaporare.

Deshidratarea prin drenajul de subsuprafață şi percolare este limitată prin reglementări din ce în ce mai stricte de mediu și ape subterane. Dacă un strat acvifer subteran utilizat pentru alimentarea cu apă potabilă se găseşte sub un iaz, se poate dovedi necesar a se dubla fundul iazului, sau limita semnificativ percolarea.

44

NIREAS

Capitolul 2.7

Biosolidele sunt îndepărtate mecanic, de obicei la un conţinut de substanţe solide între 25 şi 30%.

Durata ciclului de utilizare a iazurilor variază de la câteva luni la câţiva ani. De obicei, biosolidele sunt pompate în iaz timp de 18 luni, după care iazul este lăsat în repaus timp de 6 luni. Criteriile de încărcare a substanţelor solide variază între 36 - 39 kg/m3 * ani de capacitate de utilizare a iazului.

Iazurile de nămol pot fi caracterizate, pe scurt, ca fiind iazuri anaerobe.

Unele avantaje și dezavantaje ale iazurilor de nămol sunt listate în următoarele secţiuni: Avantaje • sunt mai eficiente pentru stabilizarea rapidă a reziduurilor organice dense, făcând posibilă încărcarea influentă organică mai ridicată • produc metan, care poate fi folosit pentru încălzirea clădirilor, funcţionarea motoarelor sau generarea de electricitate, dar colectarea metanului creşte problemele operaţionale • generează mai puţină biomasă pe unitate de material organic prelucrat. Producerea unei biomase reduse echivalează cu economii în costurile de manipulare și eliminare a nămolului.

• nu necesită energie suplimentară, deoarece acestea nu sunt aerisite, încălzite sau amestecate • sunt mai ieftine de construit şi operat • bazinele pot fi operate în serie Dezavantaje • au nevoie de o suprafaţă relativ mare de teren • se pot detecta emisii de miros 2.6.8. Reducere volum de nămol uscat O preocupare imediată este cum putem reduce volumul de aşa-numit nămol "uscat" la conţinut de substanţe solide ce variază între 30 și 60%, sau chiar mai mult.

2.6.8.1. Uscare la cald Uscarea la cald implică aplicarea căldurii pentru a evapora apa şi pentru a reduce conţinutul de umiditate al biosolidelor sub nivelul ce poate fi atins prin metode convenţionale de deshidratare.

Avantajele uscării cu căldură includ reducerea costurilor de transport a produselor, reducerea în continuare a agentului patogen, îmbunătăţirea capacităţii de depozitare şi vandabilitatea.

Clasificarea uscătoarelor se bazează pe metoda predominantă de transfer de căldură la solidele umede. Aceste metode sunt convecţie, conductie, radiaţie sau o combinaţie a acestora.

Convecția În sistemele de convecţie (uscare directă), nămolul umed intră în contact direct cu sistemul de transfer al căldurii, de obicei cu gazele fierbinţi.

Uscătoarele directe (prin convecţie) care au fost utilizate pentru uscarea nămolului din apele reziduale municipale sunt uscătorul rapid, rotativ și uscătorul cu pat fluidizat.

Uscătorul rapid Uscarea rapidă presupune pulverizarea nămolul într-o colivie sau printr-o tehnică de suspendare atomizată, în prezenţa gazelor fierbinţi. Echipamentului este conceput astfel încât particulele rămân în contact cu gazele fierbinţi turbulente o durată suficient de lungă pentru a realiza transferul în masă a umidităţii din nămol la gaze.

Prin această operaţie, este posibilă obținerea unui conţinut de umiditate de 8 până la 10%. Nămolul uscat poate fi utilizat sau vândut ca ameliorator de sol, sau poate fi incinerat într-un cuptor, în orice proporţie, până la 100 de procente din producţie.

Uscătorul rotativ

45

NIREAS

Capitolul 2.7

Uscătoarele rotative au fost utilizate pentru uscarea nămolului primar brut, a deşeurilor nămoloase active, și a biosolidelor primare fermentate. Un uscător rotativ constă dintr-un înveliş din oţel cilindric, care este rotit pe rulmenţi şi de obicei montat cu axa la o înclinare uşoară faţă de orizontală.

Nămolul de alimentare este amestecat în prealabil cu nămol uscat, într-un dozator situat anterior uscătorului.

Prin această operaţie este posibil să se realizeze un conţinut de umiditate de 5 până la 10%.

Figura 2.6.49. Uscător rotativ de nămol (Eddy, 1999)

Figura 2.6.50. Imaginea unui reactor cu pat fluidizat (Eddy, 1999)

46

NIREAS

Capitolul 2.7

Uscător cu pat fluidizat Acest nou tip de uscător are capacitatea de a realiza un produs granulat, similar cu cel obţinut la sistemele rotative de uscare. Sistemul de uscare are anumite componente care sunt similare cu uscătoarele rotative: clasificarea produsului și răcirea acestuia înainte de depozitare şi încărcare.

Căldura necesară pentru evaporare este furnizată de abur printr-un schimbător de căldură încorporat în pat. Se menţine o temperatură uniformă de 120 °C în pat prin contactul strâns dintre granulele de nisip și aerul de fluidizare.

Conducţia În sistemele de uscare prin conducţie (indirect), un zid solid de sprijin separă nămolul umed de mediul de transfer termic, de obicei, abur sau alt lichid fierbinte.

Uscătoarele indirecte sunt proiectate fie într-o configuraţie verticală, fie orizontală. Uscătoarele orizontale folosesc palete, ecluze goale sau discuri montate pe una sau mai multe axe de rotaţie, pentru a transmite biosolidele prin uscător.

Prin această operaţie este posibil să se realizeze un conţinut de umiditate de 5 până la 10%.

Radiaţia În sistemele de uscare prin radiaţie (infraroşu), lămpile cu infraroşu, elementele de rezistenţă electrică sau refractoarele aduse la incandescenţă prin arderea de gaz emană energie radiantă care se transferă nămolului umed şi care evaporează umiditatea.

2.6.8.2. Ardere Arderea nămolului implică o conversie totală a substanţei solide organice în produse finale oxidate, bioxid de carbon, apă şi cenuşă. Arderea este utilizată cel mai frecvent de uzine de mărime medielargă care au opţiuni limitate de eliminare. În toate tipurile de incineratoare, gazele de ardere trebuie să fie aduse și menținute la o temperatură între 650°C şi 800°C, până când acestea sunt complet arse. Acest lucru este esențial pentru a preveni emisia de mirosuri din evacuările masive. De asemenea, este necesar să se mențină eliminarea eficientă a prafului, cenuşii și a funinginii din evacuările masive. Acest lucru poate fi realizat prin intermediul unei camere de depunere, de către un separator centrifugal sau printr-un precipitator electric Cottrell. Selecția metodei depinde de gradul de eficiență în îndepărtarea acestora, solicitat pentru poziția specifică a uzinei.

Toate tipurile de nămol, primar, secundar, brut sau nămol fermentat, pot fi uscate și arse.

Nămolul primar brut, cu aproximativ 70% substanţe volatile solide, conţine aproximativ 5kwh pe 1kg de substanţă uscată solidă. Când începe arderea, aceasta va avea loc fără a folosi combustibil suplimentar, de fapt va genera excess de căldură disponibilă. Acest proces se numeşte ardere autogenă şi are loc întotdeauna când conţinutul volatil al bulgărului de nămol este suficient de ridicat (>50-60%).

Nămolul fermentat poate sau nu să solicite combustibil suplimentar, în funcţie de conţinutul de umezeală al bulgărului de nămol şi de procentul de substanţe solide volatile sau de gradul de fermentare. Nămolul primar brut activat are în general nevoie de combustibil suplimentar pentru uscare și ardere. În orice caz, este necesar combustibil suplimentar pentru începerea operaţiunii, și până când combustia substanţei solide a fost stabilită.

Soluţia de ardere a nămolului a crescut în popularitate în lume, în special în cazul fabricilor de dimensiuni mare. Are avantajul de a fi economică, nu emite mirosuri, nu depinde de starea vremii și determină o reducere mare a volumului şi greutăţii produsului final care trebuie eliminat.

Există totuşi o cantitate minimă a apelor de canalizare în uzina de tratare, nivel sub care arderea nu este economică. Trebuie să existe o cantitate suficientă de nămol pentru a necesita utilizarea

47

NIREAS

Capitolul 2.7

rezonabilă a echipamentului costisitor. Una din dificultăţile în operarea unui incinerator este variaţia în tonaj și umezeala nămolului manipulat.

Avantajele majore ale arderii sunt: • reducerea maximă a volumului, reducând astfel cerinţele de eliminare a deşeurilor • distrugerea agenţilor patogeni și a compuşilor toxici • potenţial de recuperare a energiei Dezavantajele includ: • costuri ridicate de capital și exploatare • este necesar personal de exploatare şi întreţinere cu nivel ridicat de calificare • elementele reziduale produse (emisii de aer și cenuşă) pot avea efecte adverse asupra mediului • eliminarea reziduurilor, care pot fi clasificate drept reziduuri periculoase dacă depăşesc nivele maxime prestabilite de concentraţii de substanţe poluante Există două tehnologii majore de incinerare utilizate în acest proces. Acestea sunt (1) incinerator cu vatră multiplă şi (2) incinerator cu pat fluidizat.

Figura 2.6.51. Incineratorul tipic cu vatră multiplă (Eddy, 1999)

48

NIREAS

Capitolul 2.7

Figura 2.6.52. Flăcări în mijlocul unui focar (California State University, 2006) Un incinerator este de obicei o componentă a unui sistem de tratare a nămolului, care include îngroșarea nămolului, macerările, deshidratarea (cum ar fi filtru de vid, centrifuga sau presa cu filtru), un sistem de alimentare a incineratorului, dispozitivele de control al poluării aerului, facilităţi de manipulare a cenușii și comenzi automate aferente. Operarea incineratorului nu poate fi izolată de celelalte componente ale sistemului. Deosebit de importantă este operaţiunea de îngroșare şi procesele de deshidratare, deoarece conținutul de umiditate al nămolului este variabila primară care afectează consumul de combustibil incinerator.

Nămolul de canalizare sau bulgărele de nămol conține în mod normal 55 până la 85% umiditate. El nu poate arde până când conținutul de umiditate a fost redus la nu mai mult de 30%. Scopul arderii este de a reduce bulgărele de nămol la volumul său minim, ca cenușă sterilă. Există trei obiective pe care arderea trebuie să le îndeplinească: 1. uscarea filtrului de nămol 2. distrugerea conținutului de substanțe volatile de ardere 3. producerea de reziduuri sterile sau cenuşă Există patru tipuri de bază de incineratoare utilizate în tratarea apelor uzinale reziduale. Ele sunt incineratorul cu vatră multiplă, incineratorul cu pat fluidizat, cuptorul electric și cuptorul ciclonic.

Incineratorul cu vatră multiplă Configuraţia de bază şi caracteristicile incineratorului cu vatră multiplă sunt ilustrate în figura următoare. Bulgărele de nămol intră în cuptor în partea de sus. Interiorul cuptorului este compus dintr-o serie de vetre circulare refractare, care sunt stivuite una peste cealaltă. De obicei sunt cincinouă vetre într-un cuptor.

Incinerator cu pat fluidizat Configurația de bază şi caracteristicile unui incinerator cu pat fluidizat sunt ilustrate în figura următoare. Aceasta tehnologie este folosită încă de la începutul anilor 1960. În acest sistem, aerul este introdus în priza de aer de fluidizare la presiuni de 0,2 până la 0,5 bari. Aerul trece prin deschiderile din grila de sprijin a nisipului și creeaza fluidizarea patului de nisip. Bulgărele de nămol este introdus în pat. Fluxul de aer de fluidizare trebuie atent controlat pentru a preveni plutirea nămolului în partea de sus a patului. Fluidizarea oferă contactul maxim de aer la suprafaţa nămolului

49

NIREAS

Capitolul 2.7

pentru o ardere optimă. Procesul de uscare este practic instantaneu. Umiditatea din cenușă se transformă în vapori la intrarea în patul fierbinte.

Unele avantaje ale acestui sistem sunt că patul de nisip acţionează ca o chiuvetă de încălzire, astfel încât, după închidere, se înregistrează pierderi minime de căldură. Prin această menţinere a căldurii, sistemul va permite pornirea după o oprire la sfârşit de săptămână ce necesită doar una sau două ore de încălzire. Patul de nisip ar trebui să fie aibă cel puțin 650°C atunci când funcționează.

Figura 2.6.53. Incinerator standard cu pat fluidizat (Eddy, 1999)

Figura 2.6.54. Schema unui incinerator cu par fluidizat – Tehnologie pat cu bule

50

NIREAS

Capitolul 2.7

Figura 2.6.55. Schema unui incinerator cu pat fluidizat – Tehnologie pat circulant Cuptorul electric Caracteristicile de bază ale cuptorul electric sunt ilustrate în figura următoare. Cuptorul electric este de fapt un sistem de benzi transportoare care trece printr-o cameră căptușită dreptunghiulară de refractare. Căldura este furnizată de elementele de încălzire electrice cu infraroșii în interiorul cuptorului. Aerul de răcire previne apariţia de puncte fierbinți în imediata vecinătate a încălzitoarelor și este folosit ca sursă secundară de aer de combustie în cuptor. Banda transportoare este realizată din plasă de sârmă țesută continuu dintr-un aliaj de oțel, care va rezista la temperaturi de la 700°C la 850°C. Nămolul de pe bandă este imediat nivelat la 2-3 cm. Viteza benzii este proiectată să asigure arderea nămolul fără agitare.

Figura 2.6.56. Incinerator tipic cuptor electric (Nickolas P. Cheremisinoff, 2002)

51

NIREAS

Capitolul 2.7

Figura 2.6.57. Incinerator standard de tip cuptor ciclonic Cuptorul ciclonic Caracteristicile de bază ale cuptorului ciclon sunt ilustrate în figura următoare. Cuptorul ciclonic este o unitate unică de vatră, unde vatra se deplasează, și dinții de malaxare sunt staționari. Nămolul este deplasat spre centrul vetrei unde se elimină sub formă de cenuşă. Cuptorul este o carcasă cilindrică căptuşită cu material refractar cu un vârf bombat. Aerul, încălzit prin introducerea imediată a combustibilului suplimentar creează un tipar de vârtej violent, care oferă o bună amestecare a aerului cu nămolul alimentat. Aerul, care mai târziu se transformă în gaze de ardere, se învârte în sus vertical în flux ciclonic fiind evacuat prin ţeava de evacuare din mijlocul vârfului bombat. Un avantaj al acestor cuptoare este că ele sunt relativ mici și pot fi puse în exploatare, la temperatura de lucru, într-o oră.

Rezumatul proceselor la temperaturi ridicate Procesele la temperaturi ridicate ar trebui luate în considerare acolo unde suprafața este redusă, unde există cerințe stricte privind debarasarea terenului, unde este necesară distrugerea materialelor toxice sau unde există posibilitatea recuperării de energie, fie prin substanțele solide din apele reziduale, fie combinate cu deșeurile municipale.

Procesele la temperaturi ridicate au avantaje posibile față de alte metode, inclusiv: • Reducerea maximă a volumului. Reduce volumul și greutatea bulgărului de nămol cu aproximativ 95 %, reducând astfel cerințele de eliminare.

• Detoxifierea. Distruge sau reduce toxinele care pot influența negativ mediul înconjurător.

• Recuperarea energiei. Poate recupera energia prin arderea deșeurilor, reducând astfel consumul total de energie.

Dezavantajele proceselor la temperaturi ridicate includ: • Costuri. Capitalul și costurile de operare și întreținere, inclusiv costuri legate de carburant, sunt în general mai mari decât alte alternative de eliminare.

• Probleme de operare. Operațiunile la temperaturi ridicate creează cerințe ridicate de întreținere și pot reduce fiabilitatea echipamentului.

• Personal. Operatori foarte pricepuți și experimentați sunt necesari pentru procese la temperaturi mai ridicate. Salariile oferite de municipalitate și statutul operatorului ar putea crescute în multe locații pentru a atrage personalul corespunzător.

52

NIREAS •

Capitolul 2.7

Impactul asupra mediului. Emisiile în atmosferă (particule și alte emisii toxice sau nocive), apele de suprafață (apele de purificare) și pe pământ (reziduurile furnalelor) pot necesita o tratare extinsă pentru a asigura protecția mediului.

2.6.9. Manevrarea nămolului La sfârșitul zilei, rămânem cu nămolul. Nu există metode definitive de eliminare a nămolului, doar nămol final care ne rămâne. Soluția tehnică finală pe care trebuie să o proiectăm este metoda de manevrare a acestui deșeu. Problema se rezumă la o alegere între așa-zisa tehnologie de prevenire a poluării și o opțiune de eliminare a deșeurilor solide.

Precum lichidele provenite din instalațiile de epurare, există două metode vaste pentru eliminarea nămolului: aruncarea în apă și aruncarea pe pământ.

Dar, înainte de toate, transferul corect și sigur este problema principală.

2.6.9.1. Transfer de nămol Practicile de prevenire a pătrunderii nămolului sau biosolidelor pe drumurile publice • Autovehiculele care transportă biosolide ar trebui curățate înainte de a părăsi instalațiile de tratare a apelor reziduale.

• Platformele de descărcare din beton sau asfalt de la locul de depozitare vor ajuta la păstrarea curățeniei echipamentului și facilitatea curățării scurgerilor sau infiltrațiilor • Locul de depozitare trebuie să prevadă curățarea camioanelor și a echipamentului atunci când este nevoie. Nămolul de pe cauciucuri sau de pe autovehicule poate fi curățat manual sau îndepărtat cu un spălător de înaltă presiune sau cu aer comprimat (atâta timp cât acest nu agravează problemele curente legate de praf).

• Folosiți protecțiile de nămol de la spatele remorcilor cu benă basculantă pentru a împiedica biosolidele să pătrundă în cauciucuri sau șasiu în timpul operațiunilor de descărcare • Montați un suport temporar de acces pentru balast după nevoie la intrare/ieșire, pentru a preveni urmele de pământ și dârele de nămol pe drum.

• Drumurile publice de acces în locație trebuie verificate zilnic în timpul perioadelor de operare și curățate umediat (cu mătura și fărașul).

2.6.9.2. Eliminare în apă Aruncarea în apă este una din opțiunile ce pot fi luate în considerare. Această metodă este economică dar nu foarte uzuală, pentru că este condiționată de disponibilitatea corpurilor de apă corespunzătoare acestui scop. În aumite orașe de pe coastă, nămolul, brut sau fermentat, este pompat la barje și deplasat în larg (contextul acestor discuții este strict legat de canalizări) pentru a fi aruncat în apa adâncă, suficient de departe de mal pentru a asigura un grad înalt de diluție și preveni orice distrugeri la mal.

Pe scurt, aceasta este o variantă care nu protejază mediul, nu este diferită de aruncarea directă la gropile de gunoi și de fapt poate afecta negativ mediul.

2.6.9.3. Eliminare pe pământ Următoarele metode sunt incluse în eliminarea subterană: • Îngroparea • Umplerea Îngroparea este utilizată în special pentru nămolul brut, care, neacoperit cu pământ, emană mirosuri foarte neplăcute. Nămolul este introdus în canale de 0,5 până la 1 m lățime și circa 0,5 m adâncime.

53

NIREAS

Capitolul 2.7

Nămolul brut din șanțuri ar trebui acoperit cu un strat de minim 30 cm de pământ. Acolo unde zone largi de teren sunt disponibile, îngroparea nămolului brut este probabil cea mai economică metodă de eliminare a acestuia deoarece înlătură costurile legate de procesul de tratare a nămolului. Este, totuși, rar utilizată și chiar și atunci, este o soluție temporară datorită spațiului necesar. Nămolul din canale poate rămâne umed și urât mirositor timp de mulți ani, astfel încât o zonă care a fost utilizată anterior nu poate fi folosită din nou cu același scop, sau pentru orice alt scop pe o perioadă lungă de timp.

Varianta de utilizare a nămolului pentru umplere este folosită aproape în totalitate pentru nămolul fermentat ce poate fi eliminat în atmosferă fără a crea sau împrăștia un miros urât. Nămolul ar trebui să fie bine fermentat fără a fi amestecat cu orice cantitate de nămol brut sau nefermentat. Nămolul umed sau parțial deshidratat, precum cel obținut din uscarea albiilor sau din filtrele de vacuum, poate fi folosit pentru a umple zonele joase. Acolo unde se folosește nămolul umed, zona se transformă într-un iaz cu nămol. Acolo unde se folosește metoda eliminării, zona iazului este folosită până când se umple, iar apoi este abandonată. Acolo unde se folosește metoda de tratare, nămolul, după uscare, este îndepărtat pentru eliminarea finală și iazul se refolosește. Iazurile folosite pentru eliminare sunt de obicei destul de adânci. Nămolul este adăugat în straturi până când este complet umplut. Eliminarea finală a nămolului în iazuri este economică deoarece elimină toate tratamentele de deshidratare. Se aplică, totuși, doar acolo unde sunt disponibile zone joase în locație sau la o distanță rezonabilă.

Vrem să subliniem faptul că opțiunile de mai sus pentru nămol sunt încă soluții temporare și reprezintă un compromis cu mediul. La final, și acestea reprezintă soluții care afectează mediul și sunt tehnologii de eliminare temporare care măresc costurile de tratare.

2.6.9.4. Aplicația ca ameliorator pentru sol Ameliorator pentru sol Nămolul primar brut, dacă nu este tratat cu compost, nu este bun pentru a îmbunătăți calitatea solului, datorită efectului său asupra solului și asupra plantelor, precum și datorită pericolelor legate de sănătate.

Nămolul brut activat, după uscarea la temperaturi ridicate, se transformă într-un produs superior de nămol. Acest tip de nămol reține majoritatea substanțelor solide organice și conține mai mult azot decât orice alt tip de nămol.

Nămolul fermentat din toate procesele de tratare pentru apele menajere este un material de o valoare medie, dar clară, reprezentând o sursă lentă disponibilă de azot și o anumită cantitate de fosfor. Acesta este asemănător cu bălegarul de la fermă, cu excepția deficitului de carbonat de potasiu. Valoarea sa principală este conținutul de humus ce are ca rezultat o mare capacitate de hidratare a solului și o schimbare în structura acestuia, ceea ce duce la o fragilitate crescută.

2.6.10. Calculații Ecuația de bază folosită pentru calculul procentelor de substanțe solide este

54

NIREAS

Capitolul 2.7

Problemă Determinați volumul de lichid înainte și după fermentație și procentul de scădere pentru 500 kg (bază uscată) de nămol primar cu următoarele caracteristici: Primar Fermentat Solide, % 5 10 Materie volatilă, % 60 60 (distrus) Greutatea specifică a solidelor fixe, Ss 2,5 2,5 Greutatea specifică a solidelor volatile, Sv ≈1,0 ≈1,0 Rezolvare Greutatea specifică medie a tuturor substanțelor solide din nămolul primar Sx= Materie volatilă x Sv + Materie nevolatilă x Ss Sx = 60% * 1 + 40% * 2,5 = 1,32 Greutatea specifică a nămolului primar S= Substanțe solide % * Sx + Apă % * Sw S= 5% * 1,32 + 95% * 1 = 1,01 Volumul nămolului primar V=

= 9,9 m3

Greutatea specifică medie a tuturor substanțelor solide din nămol după fermentare Sx’= Materie volatilă x Sv + Materie nevolatilă x Ss Sx’ = 60%*40% * 1 + 40% * 2,5 = 1,24 Greutatea specifică a nămolului după fermentare S’= Substanțe solide % * Sx + Apă % * Sw S’= 10% * 1,24 + 90% * 1 = 1,024 Materie volatilă fermentată 500 kg *60% * 60% = 180 kg Volumul de nămol după fermentare V=

= 3,125 m3

Procentul de scădere a nămolului după fermentare 9,9 – 3,125 / 9,9 = 68,4 % Glosar Aerob – Care trăiește sau este activ în prezența oxigenului. Se referă în special la microorganisme și/sau descompunerea materiei organice.

Anaerob – Care trăiește sau este activ în absența oxigenului (de ex.: microorganismele anaerobe).

Biosolide - Substanțele solide organice rezultate din tratarea municipală a apelor reziduale care pot fi utilizate în scopuri benefice. Tratarea substanțelor solide din apele reziduale care au fost tratate pentru reducerea majoră a factorilor patogeni sau pentru a reduce procesarea factorilor patogeni sau echivalente. Solidele: conținutul lichid al produsului poate varia: biosolide lichide, 1%-4% solide; biosolide lichide îngroșate, 4%- 12% solide; biosolide deshidratate, 12%-45% solide; biosolide uscate, >50% substanțe solide (cu alcalinitate foarte stabilă, tratate cu compost, uscate termic). În general,

55

NIREAS

Capitolul 2.7

biosolidele lichide și lichidele îngroșate pot fi manevrate cu ajutorul unei pompe. Biosolidele deshidratate/uscate sunt manevrate cu ajutorul unui încărcător.

Bulgăre – Biosolide deshidratate cu o concentrație de solide suficient de mare (>12%) pentru a permite manevrarea lor ca material solid. (NOTĂ: anumiți agenți de deshidratare pot să mai cauzeze scăderi, chiar dacă procentul de substanțe solide este mai mare de 12%).

Aplicare îngrășăminte – Descompunerea accelerată a materiei organice de către microorganisme, însoțită de creșteri de temperatură peste medie; pentru biosolide, tratarea cu compost este un proces tipic condus aerob.

Biosolide deshidratate – Reziduurile solide (12% sau mai mult din greutatea totală reprezintă substanțe solide) rămase după eliminarea apei din biosolidele lichide prin secare, presare, filtrare sau centrifugare. Deshidratarea este diferită de îngroșare deoarece biosolidele deshidratate pot fi transportate prin procedurile de manevrare a substanțelor solide.

Fermentare – Descompunerea materiei organice de către microorganisme cu o reducere ulterioară a volumului. Fermentarea anaerobă produce dioxid de carbon și metan, în timp ce fermentarea aerobă produce dioxid de carbon și apă.

Iaz – Un rezervor sau bazin construit ce conține apă, sedimente și/sau bălegar, cu o concentrație de 4% până la 12% substanțe solide, până când acestea pot fi îndepărtate pentru așezarea pe pământ Așezare pe pământ – Împrăștierea sau stropirea biosolidelor pe o suprafață de teren, injectarea directă a biosolidelor în subteran sau introducerea în stratul de suprafață al terenului. Se aplică de asemenea în cazul bălegarului și al altor deșeuri organice.

Stabilitate - Caracteristica materialului ce contribuie la rezistența sa împotriva descompunerii cauzate de microbi și a producerii de metaboliți urât mirositori. Caracteristicile relevante includ gradul de descompunere a materiei organice, nutrienții, umezeala și conținutul de săruri, pH-ul și temperatura. Pentru biosolide, compost sau bălegarul de animale, stabilitatea este un termen general folosit pentru a descrie calitatea materialului, luând în considerare originea sa, procesarea, și scopul său.

56

As e s tpr o i e taf os t na nt a tc us pr i j i nul Co mi s e i Eur o pe ne .

Ac e a s t apubl i c a t i er ee c t adoa rv i z i une aa ut o r ul ui i i a rc o mi s i anupoa t e de c l a r a t ar e s po ns a b i l a pe nt r uut i l i z a r e ai nf o r ma t i i l o rc o nt i nut e .