Lagune Aerate [PDF]

Zitiervorschau

UNIVERSITATEA POLITEHNICA DIN BUCUREŞTI FACULTATEA INGINERIA SISTEMELOR BIOTEHNICE INGINERIE ŞI MANAGEMENT ÎN PROTECŢIA MEDIULUI GRUPA IMPM II

TEMA DE CASĂ

Sistem de epurare extensiv cu lagune aerate care deserveşte o localitate cu 1050 de locuitori

ÎNDRUMĂTOR: Prof. dr. Victor Viorel SAFTA

AUTOR:

Sistem de epurare extensiv cu lagune aerate care deserveşte o localitate cu 1050 de locuitori

La modul general, lagunele sunt instalaţii extensive în care în apa uzată supusă tratamentului este purificată (epurată) de încărcarea poluantă organică prin acţiunea biologică a unor culturi bacteriene, în principal, de tip aerob, care sunt dispersate în apa supusă tratamentului. Oxigenul necesar procesului de fermentare aerobă poate proveni, în funcţie de împrejurări, din surse naturale sau artificiale, modul de aerare dând chiar denumirea tipului de instalaţie extensivă, care poate fi cu lagune naturale sau cu lagune aerate. De regulă, după finalizarea tratamentului de epurare biologică, cultura bacteriană este separată din apa purificată prin sedimentare în bazine de decantare, de asemene naturale, denumite lagune de sedimentare. Sistemele extensive cu lagune aerate sunt sisteme de lagune în care oxigenul necesar dezvoltării şi menţinerii biomasei de bacterii aerobe, preluat din aer, este introdus prin intermediul unor aeratoare mecanice de suprafaţă sau sisteme pneumatice de insuflare. Acest tip de instalaţii extensive sunt asemănătoare cu instalaţiile intensive de tip bazin de aerare cu nămol activ, cu diferenţele că în acest caz nu are loc nici evacuarea continuă a nămolului activ din bazinul de aerare şi nici recircularea nămolului activ separat prin sedimentare din efluent. De menţionat că în cazul instalaţiilor cu lagune aerate este nevoie de alimentarea cu energie pentru desfăşurarea procesului de lucru, consumul de energie fiind similar instalaţiilor intensive cu bazine de aerare cu nămol activ, cu valori în intervalul 1.8 – 2 kW/kg de CBO 5 eliminat. Mecanismele majore care realizeză procesul de lucru în lagunele aerate sunt următoarele: - aerarea, necesară producerii şi desfăşurării procesului biologic de fermentare aerobă, în care apa supusă tratamentului intră în contact cu microorganismele aerobe (specii bacteriene şi de fungii similare cu cele prezente în nămolul activ din instalaţiile intensive), care transformă şi asimilează încărcarea poluantă de materie organică şi nutrienţi (aflaţi în general în stare dizolvată) din apă; - decantarea suspensiile solide, care se găsesc în apa supusă procesului sub formă de grupări de microorganisme, produse de fermentaţie şi particule solide înglobate, cu densitate mai mare decât cea a apei, se depun formând astfel un sediment de nămol biologic (activ). Această combinaţie a mecanismelor procesului din lagunele aerate a determinat configurarea sistemelor extensive cu lagunele aerate care în mod tipic, sunt compuse din două trepte distincte succesive (vezi schema din figura 1), o treaptă anterioară, având în componenţă lagune aerate, în care are loc procesul de fermentare biologică, şi o treaptă posterioară, având în componenţă lagune simple, de decantare, în care are loc clarificare apei şi decantarea nămolului care este eliminat în mod regulat din bazine, de regulă prin pompare, atunci când volumul ocupat de acesta în bazinele de decantare, creşte peste anumite limite. De menţionat că lipsa recirculării nămolului biologic în cazul lagunelor aerate, conduce la:

- concentraţie redusă a bacteriilor aerobe în bazinul aerat, fapt care determină o perioadă mai lungă de retenţie a apei supuse tratamentului pentru obţinerea calităţii impuse a efluentului; - reducerea floculării nămolului biologic, din această cauză fiind neapărat necesar să se prevadă instalarea unor lagune specializate de decantare, dimensionate corespunzător.

Fig. 1 Sisteme extensive cu lagune aerate (schemă de principiu şi de dimensionare) În scopul înfiinţării unei sistem extensiv de epurare cu lagune aerate pentru dimensionarea suprafeţei totale se ia în considerare o valoare de dimensionare între 1,5 – 3 m2/locuitor echivalent al localităţii sau obiectivului deservite de sistemul extensiv de epurare. Dimensionarea lagunei aerate trebuie să fie făcută astfel încât să asigure un timp (durată) de retenţie al apei supuse procesului de cca. 20 de zile (de menţionat că timpii de retentie pot fi reduşi la aproximativ 2 săptămâni dupa câtiva ani de operare, în functie volumul de nămol biologic rezultat). Volumul lagunei aerate se va dimensiona la o valoare de 3 m 3/locuitor echivalent (vezi schema din figura 1). Adâncimea lagunei aerate poate fi dimensionată la valori de: 2 – 3,5 m atunci când sunt utilizate aeratoare de suprafata, 2,5 – 3 m atunci când sunt sunt folosite turboaeratoare şi peste 4 m atunci sunt utilizate sisteme pneumatice de insuflare a aerului, prevăzute cu suflante. Forma în plan orizontal a lagunei aerate va fi astfel prevăzută încât să se asigure zone de formă pătrată cu dimensiuni corespunzătoare specifice, în jurul fiecărui utilaj de aerare mecanică, şi în funcţie de topografia spaţiului disponibil în cazul utilizării sistemelor pneumatice de insuflare a aerului.

Fig. 2 Laguna aerata Având în vedere că pentru reducerea unui kg de CBO 5 din încărcarea poluantă a apei sunt necesare 2 kg de O 2, şi că în plus sunt necesare şi reducerea sedimentelor de nămol biologic la volume care să nu afecteze tratamentul şi prevenirea formării algelor microscopice (fitoplancton), puterea specifică de aerare necesară trebuie să aibă valori între 5 - 6 W/m 3 de apă procesată. De menţionat că în timpul operării lagunelor aerate este totdeauna recomandată limitarea duratelor de operare ale utilajelor de aerare de mare putere, în favoarea duratelor de operare a unor utilaje cu puteri mai mici, pentru evitarea supraîncărcărilor reţelelor de alimentare. Dimensionarea volumelor lagunelor de decantare se face la valori de 0,6 – 1 3 m /locuitor echivalent. Adâncimea lagunelor de decantare poate avea avea valori de cca. 2 m, pentru a asigura în perioadele anterioare extragerii nămolului, un strat superior de apa curată cu adâncimea de cel puţin 1 m. Forma recomandată a lagunelor de decantare este dreptunghiulară, cu un raport lungime/lăţime cu valoarea între 2 – 3.

Fig. 3 Laguna aerata

Utilizarea în treapta posterioară, de decantare, a unui sistem de două lagune de decantare cu timpi de retenţie de 4 zile şi volume de 0,6 m 3/locuitor echivalent, care funcţionează alternativ, facilitează atât exploatarea sistemului cât şi extragerea nămolului, operaţie care trebuie făcută la fiecare doi ani. La înfiinţarea sistemelor de epurare cu lagune aerate, spre deosebire de sistemele de lagunele naturale, impermeabilizarea bazinelor, în special a celor aerate, cu geomembrană este recomandabilă, în scopul reducerii riscului de degradare a malurilor din cauza agitării excesive a apei din bazine. În cazul utilizării unor terenuri care asigură o impermeabilizare naturală, se recomandă folosirea unor soluţii care asigură protecţia malurilor împotriva agitaţiei apei (utilizarea unor cleonaje din beton, utilizarea de geogrile plus plantarea de papură), întrucât durabilitatea instalaţiei depinde mult de acest lucru. De asemenea se menţionează că utilizarea unor dale sau grinzi de beton îmbunătăţesc semnificativ protecţia fundaţiei bazinelor aerate atunci când se folosesc turboaeratoare. Performanţele care se obţin cu sistemele extensive de epurare cu lagune aerate sunt următoarele: - asigură o calitate bună a efuentului din punct de vedere al încărcării organice (o reducere cu mai mult de 80% a CBO); - pentru nutrienţi, eliminarea este limitată la pragul de asimilare bacteriană (reduceri de 25 - 30%); aceaste performanţe pot fi însă îmbunătăţite prin utilizarea unor aditivi fizicochimici în vederea eliminării ortofosfatilor. Principalele avantaje ale folosirii sistemelor extensive de epurare cu lagune aerate sunt legate de faptul că acest tip de instalaţie este deosebit de tolerant cu variaţiile unor factori care ar determina proastă funcţionare şi performanţe la celelalte tipuri de instalaţii extensive, şi anume: - variaţii mari în ceea ce priveşte încărcarea hidraulică a influenţilor; - influenţi cu încărcari poluante extrem de ridicate; - neuniformitatea dispersării în apă a biomasei bacteriene active care conduce la obţinerea unor efluenţi un conţinut variabil de nutrienţi; - influenţi obţinuti din amestecarea apelor uzate menajere, uşor biodegradabile, cu ape uzate din deversărilor industriale. Alte avantaje semnificative ale sistemelor extensive de epurare cu lagune aerate sunt următoarele: - integrare foarte bună în peisaj; - nămolul rezulat din proces este stabilizat, şi poate fi evacuat în mediu fără pericol; - evacuarea nămolului din instalaţie se face la perioade îndelungate (din doi ani în doi ani).

Dezavantajele folosirii sistemelor extensive de epurare cu lagune aerate sunt următoarele: - evacuarea unor efluenti de calitate medie (din punctul de vedere al tuturor parametrilor); - prezenţa unor echipamentelor electromecanice, a căror întreţinere necesită personal calificat; - poluarea fonică datorată prezenţei sistemului de aerare; - consum mare de energie. Pentru înfiinţarea unui sistem extensiv cu lagune naturale alegerea terenului depinde mai ales de mărimea suprafeţei de dispunere pe care sistemul lagunar îl ocupă. Suprafaţa de dispunere include atât suprafeţele corpurile de apă, precum şi suprafeţele celorlalte utilităţi, care trebuie să prevăzute pentru a facilita exploatarea şi întreţinerea sistemului. De exemplu, pentru tratarea apelor uzate rezultate de la o populaţie de 1050 locuitori echivalenţi pentru care rezultă o suprafaţa totală a corpurilor de apă de 11550 m 2, dacă se consideră o valoare de dimensionare a suprafeţei totale a întregului sistem de aproximativ 36 m2/locuitor echivalent, rezultă o suprafaţă totală necesară de 1,6 hectare.

Topografia terenului pe care se înfiinţează sistemele extensive cu lagune naturale trebuie în aşa fel ales încât gravitaţia să ajute curgerea apei spre zonele de evacuare. Orice formă a terenului care ar putea minimiza volumul de lucrări de construcţii trebuie utilizată. Trebuie menţionat că totuşi, terenurile care sunt prea abrupte nu este recomandabil să fie utilizate la construcţia sistemelor de lagune naturale din cauza riscurilor de prăbuşire, eroziune şi alunecări de teren către zonele de colectare şi evacuare a apei limpezite (dacă pantă terenului de dispunere a bazinelor este prea abruptă, orice ploaie mai torenţială sau furtună ar determina creşteri importante şi foarte brusce a nivelului apei în zonele de colectare ale bazinelor, perturbând procesul de lucru normal al sistemului de lagune, putându-se produce chiar şi inundaţii). Amplasarea sistemelor extensive cu lagune aerate trebuie astfel aleasă încât să fie situată în zone ale reliefului cât mai joase, în care vânturile să contribuie la aerarea suprafeţei apei din bazine. Însă dacă în astfel de zone, nu sunt disponibile soluri impermeabile (lutoase sau argiloase), atunci se poate lua în considerare şi amplasarea sistemului extensiv cu lagune aerate şi în zone ale reliefului mai înalte, dar cu condiţii corespunzătoare, chiar dacă în acest caz se poate lua în calcul necesitatea pompării influentului de apă uzată. De asemenea la amplasarea bazinelor sistemului trebuie ţinut cont că nu trebuie existe nici un copac la distanţe mai mică de 10 metri de bazine, întrucât rădăcinile copacilor ar putea crea căi preferenţiale prin diguri bazinelor. În plus, frunzele copacilor ar putea cădea în bazine şi pot determina o supraîncărcare organica, precum şi un risc de obstrucţionare a conductelor de conectare între bazine. Se recomandă ca terenurile de amplasare a sistemelor extensiv cu lagune naturale să fie de tip lutos sau argilos, al căror substrat de susţinere nu trebuie să fie carstic sau fragmentat. În scopul consolidării malurilor şi digurilor este posibilă instalarea pe suprafaţa lor a unei geomembrane etanşe, dar această variantă constructivă are dezavantajul creşterii semnificative a costurilor de capital (de investiţii) la înfiinţarea sistemului de epurare. Trebuie menţionat totuşi că în această situaţie, panta digurilor poate fi mărită (la 1/1,5), rezultând o micşorare semnificativă a suprafeţei totale ocupată de bazine