Sisteme de Depoluare in Industria Alimentara [PDF]

Zitiervorschau

Cuprins 1. 2. 3. 4. 5. 6.

INTODUCERE Procedeul tehnologic de obtinere al zaharului Descriere flux tehnologic Despre apele uzate in industria alimentara Epurarea apelor uzate industriale Variante constructive

1. INTODUCERE Trestia de zahăr (Saccharum officinarum) reprezinta cea mai utilizata planta pentru producerea industriala a zaharului. Desi originara din Asia de SE, cultivarea majoritara a acesteia se fac la ora actuala in America de Sud (in special in Brazilia), unde a fost aclimatizata dupa cucerirea portugheza. Dupa Brazilia, al doilea producator la nivel mondial de trestie de zahar este India. Trestia de zahăr este o plantă perenă din familia gramineelor, fiind cultivate atat pentru producerea de zahar ca atare, cat si pentru

alcool,

in

regiunile

tropicale

si

subtropicale. Zaharul este extras din miezul (maduva) tulpinii de trestie, continutul in zahar al miezului fiind de 13 – 20%. Materiile prime pentru fabricarea zaharului sunt sfecla de zahar si trestia de zahar. Fabricile de zahar din Europa nu folosesc drept materie prima trestia de zahar, ci prelucreaza (rafineaza) zaharul brut din trestie important din tarile cu traditie in producerea zaharului din trestie (in principal Brazilia, Cuba). Trestia de zahăr este o cultura tropicală. Se cultivă pe o suprafaţă mai mare decât sfecla, suprafaţa cuprinsă între 35 grade latitudine nordică si 30 grade latitudine sudică. Comunitatea Economică Europeană, Brazilia, Cuba, India, SUA,China si ţările desprinse din fosta Uniune Sovietică asigură peste 50% din producţia de zahăr din lume. Cu timpul si alte tari au preluat trestia, pentru a o folosi ca materie prima in industria zaharului, obtinand anumiti hibrizi ai plantei, adaptati pentru climatul respectiv, ca de exemplu China foloseste Saccharum senense iar India Saccharum barberi. In ziua de azi cel mai bun este Saccharum oficinarium care are cel mai mare continut in zaharoza si un continut foarte mic de fibre, comparativ cu celelate soiuri.

Procesul clasic de obtinere a zaharului din trestie de zahar consta in zdrobirea tulpinilor pentru extragerea sucurilor. Procedeul de zdrobire trebuie sa zdrobeasca nodurile lemnoase carecontin suzul de zahar.Sucul este colectat, filtrat si cateodata tratat apoi fiert pentru concentrarea acestuia. Apa in exces este deobicei transformata in combustibil pentru alimentarea fabricii.Lichidul ramas se decanteaza si se formeaza o masa solida denumita „gur”. Tehnologia folosita depinde de felul si cantitatea de zahar care este produsa. Siropul de zahar poate fi produs folosit echipament cu un cost redus si anume un zdrobitor, o sursa de caldura si un recipient pentru concentrarea siropului.Zaharul tos de asemenea are nevoie de echimapentele mentionae la obtinerea siropului de zahar insa mai sunt si alte echipamente necesare, precum echipamentul necesar clarificarii zaharului, echipament pentru cristalizarea zaharului si de asemenea o linie de uscare si de ambalare al acestuia. Carbonatarea I (saturatia I) consta in precipitarea excesului de var adaugat la defecare sau in timpul carbonatarii sub forma de carbonatul de calciu. Pentru a se putea manifesta cele doua roluri diametral opuse ale CaCO3 (cel de agent de purificare si cel de adjuvant de filtrare), se impune ca la carbonatare sa se mentina un pH optim de 10,8 - 11,2, deorece se reduce gradul de ionizare al CO2. Aceasta se realizeaza prin recirculare de zeama saturata sau prin defecare si carbonatare simultana. Din punct de vedere tehnologic, la carbonatarea I se impune mentinerea unui pH optim egal cu cel de la predefecare, deoarece coagulul coloidal obtinut la predefecare trebuie sa gaseasca in zeama conditii optime de coagulare pana cand ajunge la separare (prin decantare si filtrare sau filtrare). Zeama defecata este tratata, pentru saturatie, cu gaz provenit de la cuptorul de var, care contine 26 34% CO2, pana la alcalinitatea de 0,06 - 0,10% CaO, corespunzatoare pH-ului optim de 10,8 - 11,2. Parametrii de lucru la carbonatarea I sunt urmatorii: pH final pentru zeama saturata: 10,8-11,2; temperatura zemii: 85-950C; durata procesului de saturare: cca. 8 minute; concentratia CO in gazul de saturatie: 26 - 34%. In cazul in care acesti parametri recomandati nu sunt respectati, se produc modificari ale caracteristicilor zemii, asa cum sunt scaderea vitezei de filtrare, cresterea coloratiei zemii, spumarea abundenta, necesitatea maririi duratei de carbonatare. Conditiile pe care trebuie sa le indeplineasca zeama clara obtinuta la carbonatarea I sunt urmatoarele: sa prezinte o buna viteza de sedimentare si de filtrare; precipitare si coagulare cat mai completa a varului si nezaharului; structura granulara cu densitate mare a precipitatului; sa fie limpede, deschisa la culoare. Inainte de cea de-a doua treapta de saturatie (carbonatarea a doua), se efectueaza operatiile tehnologice de decantare (sedimentare) si filtrare sau numai de filtrare, care au drept scop separarea sedimentului din zeama de saturatie I. 19 Decantarea (sedimentarea) este etapa tehnologica prin care din zeaza se depun particulele organice in suspensie, separandu-se zeama limpede. Timpul de sedimentare nu trebuie sa depaseasca 70 de minute. Deoarece in zeama raman si particule fine de sediment, care nu pot fi indepartate prin simpla sedimentare, se impune uneori aplicarea unui agent floculant. Pentru obtinerea unei solutii limpezi, zeama decantata se supune, apoi, operatiei de filtrare. Exista fabrici care au inlocuit etapa de decantare cu cea exclusiv de filtrare, datorita faptului ca prin stationare in decantoare in contact cu namolul, calitatea zemii, in loc sa se imbunatateasca, se deterioreaza. Filtrele folosite la nivel industrial pentru indepartarea namolului pot fi: - filtre filtre presa, filtre sub vid sau filtre sub presiune, filtre concentratoare, utilizate in cazul separarii cantitatilor mari de namol; - filtre mecanice, utilizate in cazul separarii cantitatilor mici de namol. Pentru scaderea vascozitatii zemurilor in vederea facilitarii filtrarii, inainte de filtrare zemurile se incalzesc la 90 – 950C. Carbonatarea a II-a (saturatia a II-a) – consta in precipitarea cat mai completa a ionilor de calciu ramasi in zeama filtrata de la carbonatarea I, prin reglarea alcalinitatii zemii la valoarea optima. Scopul principal al carbonatarii a II-a este reducerea continutul de saruri solubile de calciu. La

carbonatarea a II-a se descompun substantele coloidale si cele nedescompuse in etapele anterioare, iar substantele colorate de tip melanoidinic formate in etapele purificarii se adsorb pe carbonatul de calciu. Cele mai semnificative reactii care se produc pe parcursul carbonatarii a II-a sunt urmatoarele: hidroliza carbonatilor alcalini, care mentine reactia bazica a mediului: gazul de saturatie - CO2 - reactioneaza cu apa si formeaza acidul carbonic, care actioneaza asupra varului dizolvat si reduce alcalinitatea zemii: acidul carbonic reactioneaza si cu hidroxizii alcalini, transformandu-i in carbonati. Dupa carbonatarea aII-a, zeama se mentine cca. 10 minute la 95 – 970C, pentru stabilirea cantitatii de carbonat de calciu format. Daca nu se lasa acest interval de repaos, carbonatul de calciu cristalizeaza cu intarziere, fapt ce contribuie la formarea de piatra, care se depune la interiorul echipamentelor (conducte, pompe, tevi ale schimbatoarelor de caldura). Conducerea practica a carbonatarii II: temperatura: 95 - 960C; durata operatiei: 5 - 10 min; alcalinitate: 0,01 - 0,02% CaO; pH optim: 9 - 9,5. In functie de calitatea sfeclei prelucrate, zeama clara (zeama purificata) obtinuta la carbonatarea a II-a are puritatea de 86 - 95%. Zeama purificata trebuie sa fie transparenta, de culoare galben-pai. 20 Dupa saturatia aII-a, se realizeaza din nou o filtrare in filtre concentratoare, urmata de o filtrare prin filtre cu rame si placi (prevazute cu panza filtranta sau cu strat filtrant). In scopul decolorarii si al reducerii vascozitatii zemii filtrate, aceasta se poate supune operatiei de sulfitare. Concentrarea (evaporarea) Zeama purificata (zeama clara) este o zeama subtire (contine 11 - 15% s.u.) si trebuie concentrata pana la 60 - 65% s.u., moment in care poarta denumirea de zeama groasa. Acest obiecvtiv este atins prin efectuarea operatiei de concentrare prin evaporare, prin care se urmareste indepartarea apei din solutia purificata, astfel incat separarea prin cristalizare a zaharului sa fie cat mai accesibila. Solutia purificata se supune fierberii in statia de evaporare, ajungand la un continut de substanta uscata de aprox. 65% prin pierderea a cca. 7 - 8 kg apa / kg zahar. Instalatiile de concentrare din industria zaharului sunt cu multiplu efect (in general 5 trepte de evaporare). Operatia de concentrare asigura obtinerea unui sirop cu concentratie constanta si adecvata conducerii cristalizarii prin fierbere, dar in acelasi timp furnizeaza si abur de incalzire pentru diferitele operatii tehnologice ale fabricii. Instalatiile de evaporare functioneaza în mai multe trepte de presiune si evaporatoarele sunt legate in serie, lucrand la presiuni descrescatoare - de la primul corp la ultimul corp, astfel incat aburul secundar format într-un evaporator sa serveasca la încalzirea urmatorului evaporator. Aparatele de evaporare (denumite si corpuri de evaporare) care lucreazã la aceeasi presiune formeaza o treapta sau un efect de evaporare. Ca urmare a concentrarii, rezulta siropul gros de zahar. Principalele transformari care pot avea loc pe parcursul concentrarii zemii sunt urmatoarele: descompunerea zaharului si cresterea coloratiei; modificarea alcalinitatii; formarea precipitatelor sub forma de suspensii sau cruste. Fierberea si cristalizarea zaharului Fierberea consta in evaporarea in mod gradat a apei din siropul gros rezultat la concentrare, astfel incat la un continut de substanta uscata constant, corespunzator unei stari de suprasaturatie, zaharoza din solutie cristalizeaza. Operatia se realizeaza in aparate cu vacuum. Pe masura ce se evapora apa din sirop, are loc cresterea concentratiei totale in substanta uscata (de la 64 - 66% la 82% si in final 92,5 - 94% s.u.). Amestecul devenit un amestec de sirop si cristale devine mai vascos si se transforma in asa-numita masa groasa. Ingrosarea finala reprezinta ultimul stadiu al fierberii, pe parcursul caruia se concentreaza masa pana la o concentratie de 92 92,5°Bx (94%). In afara de respectarea concentratiei, se urmareste si puritatea siropului intercristalin, respectiv cresterea puritatii realizata prin fierbere. Se are in vedere ca masa sa nu stagneze, pentru a nu favoriza formarea de conglomerate sau nuclee false de cristale. Cand fierberea este gata, masa groasa se descarca in malaxorul situat sub aparatul de fiert si temperatura scade repede cu 5 - 6 °C, ceea ce corespunde la o crestere a suprasaturatiei. Apare pericolul formarii fainii de zahar, pentru prevenirea ceruia se stropeste masa cu cca. 0,5% apa

21 incalzita cu 3-5°C peste temperatura masei groase, astfel incat coeficientul de suprasaturatie sa se mentina intre limitele 1,03 – 1,0. Din malaxor, masa fierbinte se dirijeaza la centrifugare, iar aparatul vacuum se pregateste pentru urmatoarea sarja. Cresterea cristalelor se realizeaza prin introducerea continua de sirop, care aduce in aparat zaharoza necesara dezvoltarii „germenilor”. Apa adusa cu siropul trebuie sa fie evaporata, astfel ca siropulmama este mentinut la o usoara suprasaturatie (coeficientul real de suprasaturatie α = 1,05 - 1,10), ceea ce impiedica dizolvarea cristalelor deja formate sau nasterea de noi germeni de cristalizare. Masa groasa reprezinta o suspensie de cristale de zahar într-un sirop „mama” care contine în solutie tot nezaharul aflat în zeama groasa, precum si o parte din zaharul pe care impuritatile îl mentin necristalizabil. Siropul mama sau siropul de scurgere este un sirop intercristalin cu puritate inferioara masei groase. Melasa reprezinta siropul mama din care nu mai este rentabil sa se obtina zahar prin fierbere si cristalizare. Cristalizarea siropului mama se realizeaza prin parcurgerea urmatoarelor faze : concentrarea pana la suprasaturatia de insamantare ; introducerea centrilor de cristalizare; cresterea cristalelor formate, pana la obtinerea marimii dorite ; ingrosarea finala a masei groase. Cristalizarea zaharozei are loc concomitent cu fierberea, atunci cand zeama atinge o anumita suprasaturatie, iar coeficientul real de suprasaturatie este 1,05 - 1,10. Fierberea trebuie sa se faca in interiorul zonei metastabile, respectiv între 1,0 - 1,2, cand se amorseaza cristalizarea prin introducerea de centrii de cristalizare si între 1,2 - 1,3, cand se formeazã spontan germeni de cristalizare. Suprasaturatia se stabileste prin ingrosarea zemii pana la „proba de fir”. Intr-o solutie pura, la saturatie, pentru o anumita temperatura si presiune cristalele de zahar nici nu se dizolva, nici nu cresc. Daca presiunea variaza, pozitia curbei se modifica. Curba de saturatie imparte zona diagramei in doua suprafete, respectiv in zona de suprasaturatie si zona de subsaturatie. Starea de suprasaturatie este definita prin raportul dintre concentratia solutiei suprasaturate la temperatura t si concentratia solutiei saturate la aceeasi temperatura. Daca in solutia de zaharoza se adauga un al treilea component are loc o modificare a solubilitatii zaharozei, in functie de natura si concentratia nezaharului adaugat. 22 La cristalizarea prin „amorsare” cu germeni de cristalizare, numarul de centri de cristalizare introdusi este de 106 - 108 / 100 litri masa groasa. Dupa insamantare, are loc cresterea cristalelor de zahar pe baza germenilor pe care se depune zaharoza din solutia suprasaturata, sub influenta unui gradient de concentratie c2 > c1, unde c2 = concentratia zaharozei în solutia suprasaturata, iar c1 = concentratia zaharozei in solutia aflata la suprafata germenului. Viteza de cristalizare este influentata de urmatorii factori: temperatura, care influenteazã indirect viteza de cristalizare prin faptul ca reduce vascozitatea masei groase, favorizand miscarea moleculelor de zaharozã; gradul de suprasaturatie al solutiei de zahar (al masei groase), care trebuie mentinut la o anumita valoare, pentru a nu se forma in mod spontan noi centri de cristalizare, care ar conduce la o cristalizare neuniforma si la formarea de cristale cu dimensiuni diferite; puritatea masei groase, care cu cat este mai mare, cu atât este mai mare viteza de crestere a cristalelor de zahar. Intre puritate, coeficientul de saturatie si viteza de crestere a cristalelor de zahar exista o corelatie directa; marimea si cantitatea de cristale de zahar. In siropurile cu cristale marunte, care au suprafata totala mai mare, viteza de cristalizare este mai mare (exprimata in kg/h); alcalinitatea influenteaza negativ viteza de cristalizare, din punct de vedere tehnologic fiind dorite siropurile care au reactie neutra sau slab alcalina; agitarea siropurilor, care favorizeaza miscarea moleculelor de zaharoza spre cristal si reinnoirea continua a straturilor de sirop din jurul cristalelor. Siropul primit de la statia de evaporare este concentrat in aparatele vacuum pana la un grad de suprasaturatie din zona metastabila. In aceasta solutie se provoaca aparitia centrelor de cristalizare prin insamantare, care permite obtinerea unei cristalizari mai uniforme. In general, se practica obtinerea unui zahar cu granulatie medie. Cand numarul de

cristale format este suficient, se opreste formarea in continuare a cristalelor prin reducerea suprasaturatiei siropului-mama, obtinandu-se in acest fel asa-numitul „picior de fierbere”. Rafinarea zaharului este constituita din ansamblul operatiilor prin care se îndeparteaza impuritatile retinute la suprafata cristalelor de zahar, prin adsorbtie sau includere (incluziuni solide sau lichide). Indepartarea impuritatilor se poate realiza astfel: - afinatia zaharului brut; - dizolvare si recristalizare, dupa o prealabila decolorare si filtrare a clerelor. Afinatia este metoda de purificare a zaharului prin care se inlocuieste, mecanic, pelicula de sirop intercristalin aderenta pe cristale si care nu se indeparteaza la centrifugare, cu o pelicula de sirop cu puritate mai mare decat siropul intercristalin aderent. Afinarea decurge în doua etape: obtinerea masei artificiale, cand zaharul se amesteca într-un malaxor special cu sirop încalzit cu o puritate mai mare decât a siropului mamã (intercristalin), la 85 - 900C; centrifugarea masei artificiale în centrifuge, cand se poate face si albire cu apa sau abur. Obtinerea clerelor (clerselor) purificate se realizeaza prin dizolvarea zaharului galben sau a zaharului afinat în apa de condens sau într-o zeama subtire bine purificata. Temperatura clerei, trebuie sã ajungã la 80 - 900C, iar concentratia in grade Brix la 65oBx. Operatia de dizolvare are 23 loc in vase cu agitator si serpentine de încalzire. Clerele se decoloreazã cu carbune animal sau carbune activ vegetal. Dupã amestecare, clera se filtreaza; purificarea clerelor se poate face si cu ajutorul schimbatorilor de ioni. În fabricile de zahar se folosesc mai multe scheme de obtinere a zahãrului rafinat, si anume: - scheme de fierbere - cristalizare cu patru produse; - scheme de fierbere - cristalizare cu patru produse si picior de cristal. La toate aceste scheme este aplicata si operatia de centrifugare, de la care rezulta: zaharul cristal, cu umiditate de 0,5%; - siropul verde; - siropul alb rezultat din spalarea zaharului cristale cu apa (70 - 800C) sau abur. Centrifugele utilizate în industria zaharului pot fi cu functionare periodicã (verticale, suspendate) si cu functionare continuã (orizontale si verticale) Zaharul obtinut de la centrifuge trebuie uscat. Pentru ca zaharul sa poata fi pastrat fara risc de aglomerare este necesar ca umiditatea sã fie mai micã de 0,05%, sã nu continã zahãr invertit, sã fie rãcit pânã la temperatura de 250C, pH-ul sa fie de aproximativ 8 si sa nu contina praf de zahar. Cristalele de zahar care ies din centrifuga se caracterizeaza astfel: - umiditate 0,5% pentru cele cu dimensiuni de 1 - 1,5 mm; - umiditate 2,0% pentru cele cu dimensiuni de 0,25 - 0,3 mm. Sortarea zaharului are loc dupã uscare-rãcire si are drept scop sortarea cristalele de zahar dupa marime. Pentru sortare se pot utiliza urmatoarele categorii de echipamente: transportorul oscilant. Suprafata pe care se deplaseaza zaharul este alcatuita din: - site cu ochiuri de 0,3 x 0,7 mm; - site cu ochiuri de 0,7 x 1,5 mm; - site cu ochiuri de aproximativ 3 mm pentru cristalele mari. site vibratoare, care reprezintã un set de site suprapuse montate în rame, cu înclinatie de 200 fatã de orizontala. Sitele au miscare vibratorie. Separarea prafului de zahar. Pentru separarea prafului de zahar ce se formeazã la uscare si sortare din aerul încarcat cu acest praf se utilizeaza: - separatoare umede; - cicloane; - filtre cu saci închise. Zaharul este produs si se livreaza sub urmatoarele fome: Zahar cristal (tos) – constituit din cristale de zaharoza neaglomerate; Zaharul bucati (cubic), constituit din cristale de zaharoza aglomerate, care poate fi tablete cu duritate redusa sau tablete dure; Zaharul pudra (farin), care se obtine prin macinarea zaharului tos si a sfaramaturilor de la zaharul cubic; 24

Zahar candel, care se obtine prin cristalizarea siropului de zahar rafinat in niste vase speciale; Zahar lichid, care poate fi sirop de zaharoza, sirop de zaharoza partial invertita, sirop de zaharoza total invertita.

3. Procedeul tehnologic de obtinere al zaharului

LAPTE DE VAR

TRESTIE DE ZAHAR

APA

RECOLTARE

RECEPTIE TRESTIE

TRANSPORT CATRE FABRICA

MARUNTIRE TRESTIE DE ZAHAR

SPALARE I

SPALARE II

ZDROBIRE

EXTRAGERE SUC

SUC PRIMAR

1

CALDA

DIOXID DE CARBON

CARBUNE ACTIV

1

CARBONATARE I

NAMOL

FILTRARE I

CARBONATARE II

NAMOL

FILTRARE II

ZEAMA SUBTIRE

CONCENTRARE

ZEAMA GROASA

FIERBERE-CRISTALIZARE I

MASA GROASA I

CENTRIFUGARE

2

2

2

ZAHAR CRISTAL UMED

SIROP VERDE I

CONDITIONARE

MASA GROASA II

ZAHAR CRISTAL

CENTRIFUGARE

2

SIROP ALB II

SIROP ALB II

SIROP VERDE II

ZAHAR II MASA GROASA III

ZAHAR III CENTRIFUGARE

SIROP VERDE III

DIZOLVARE MASA GROASA IV CLERA

CRISTALIZARE PRIN RACIRE

ZAHAR IV

CENTRIFUGARE

AFINARE

ZAHAR IV AFINAT

CENTRIFUGARE

MASA ARTIFICIALA

SIROP AFINATIE

MELASA

5. Despre apele uzate în industria alimentară Apele uzate din industria alimentară, la fel ca şi apele uzate menajere, au o impurificare predominant organică. Acestea se deosebesc totodată prin faptul că ele conţin aceste substanţe într-un stadiu mai mult sau mai puţin descompus, fără să fi fost totuşi deja prelucrate şi transformate prin digestia corpului omenesc. Ele sunt, în consecinţă, mai bogate în energie. Este vorba aici, mai ales de albumină, hidraţi de carbon şi grăsimi, la care se adaugă, în funcţie de materiile prime întrebuinţate, săruri minerale, adaosuri pământoase etc. Caracteristicile apelor uzate ale industriilor sunt, de asemenea, diferite ca şi compoziţia însăşi a produselor fabricate. Volumul apelor uzate variază între limite largi, dacă ne raportăm la unitatea de materie primă prelucrată sau de produs fabricat. Debitul este foarte adesea variabil şi intermitent şi în diversele ramuri ale industriei se limitează uneori la o perioadă determinată a anului (industrii aşa-zise “de campanie” sau ”sezoniere”). În cele mai multe cazuri, apele uzate ale acestei industrii au un conţinut ridicat de substanţe organice în soluţie sau suspensie, fapt care atrage după sine numeroase prejudicii emisarilor, punând în pericol viaţa florei şi faunei acvatice precum şi imposibilitatea folosirii apei de către alţi beneficiari din aval. Tehnologiile folosite pentru prelucrarea diverselor produse alimentare produc în consecinţă transformări câteodată mecanice, altădată termice şi altădată microbiologice ale materiilor prime. Aceste modificări, la rândul lor, exercită acţiuni diferite asupra naturii şi compoziţiei apelor uzate menajere. Pentru aceste motive nu este întotdeauna posibil să se considere tratarea acestor ape uzate din acelaşi punct de vedere ca şi aceea a apelor uzate menajere. În general, datorită conţinutului predominant de substanţe organice din apele uzate ale industriei alimentare, se aplică metode biologice de epurare. Adesea este, însă, necesară folosirea unor metode de pretratare (trecerea prin site, sedimentare, tratare chimică, neutralizare etc.), pentru a crea condiţii favorabile dezvoltării microorganismelor. Printre instalaţiile de epurare biologică aerobă sau anaerobă, cele mai folosite sunt aerotancurile, biofiltrele, bazinele de fermentare anaerobă, iazurile biologice, cât şi metodele de epurare naturală. Tipul de epurare ales depinde de felul produsului prelucrat, de tehnica de prelucrare, de durata campaniei, de natura şi concentraţia substanţelor organice, de gradul de epurare necesar, de apropierea unei staţii existente de epurare pentru ape uzate orăşeneşti, de condiţiile de climă şi sol ale terenurilor învecinate care ar permite irigarea. Reziduurile solide de la cea mai mare parte a industriei alimentare pot fi valorificate tehnic sau în agricultură.

6. Epurarea apelor uzate industriale Epurarea apelor este un proces complex de reţinere şi neutralizare a substanţelor nocive dizolvate, în stare coloidală sau de suspensii, prezente în apele uzate industriale şi orăşeneşti, care nu sunt acceptate în mediul acvatic în care se face deversarea apelor tratate şi care permite refacerea proprietăţilor fizico-chimice ale apei înainte de utilizare. Epurarea apelor uzate cuprinde două mari grupe de operaţii succesive: -

reţinerea sau neutralizarea substanţelor nocive sau valorificabile prezente în apele uzate;

-

prelucrarea materialului rezultat din prima operaţie. Astfel, epurarea are ca rezultate finale:

-

ape epurate, în diferite grade, vărsate în emisar sau care pot fi valorificate în irigaţii sau alte scopuri;

-

nămoluri, care sunt prelucrate, depozitate, descompuse sau valorificate. Metodele principale de epurare a apelor reziduale diferă în funcţie de poluanţii

prezenţi. Se pot clasifica, în primul rând, în funcţie de mecanismul care conduce la reducerea poluantului prin metode “convenţionale”: -

fizico-mecanice;

-

fizico-chimice;

-

biochimice sau biologice. Combinarea acestor metode permite o purificare avansată, efluenţii epuraţi putând fi

reintroduşi în circuitul economic. Adoptarea unui anumit procedeu depinde de: -

cantitatea efluentului;

-

conţinutul în poluanţi;

-

condiţiile de calitate impuse la evacuarea apei epurate în emisar;

-

mijloacele finaciare ale agentului economic respectiv. Schema instalaţiei de epurare descrie succesiunea etapelor principale arătând

legăturile între ele şi indicând elemente de tehnologie. Schema aleasă poate include un anumit număr de etape de tratare (epurare), corelate astfel încât să realizeze gradul de epurare impus. Schema unei instalaţii de epurare se stabileşte în funcţie de: -

caracteristicile apei uzate;

-

de provenienţa lor;

-

de gradul de purificare necesar;

-

de metodele de tratament a nămolului;

-

de suprafaţa disponibilă;

-

de tipul echipamentului ce va fi folosit;

-

de condiţiile locale. In procesul de epurare a apelor uzate se pot utilize urmatoarele categorii de epurare:

-

mecanice

-

chimice

-

biologice Epurarea mecanică are rolul de a reține substanțele grosiere care ar putea înfunda

canalele conductelor şi bazinele existente sau care prin acțiunea abraziva ar avea efecte negative asupra uvrajelor. Prin epurarea chimică sunt îndepărtate o parte din conținutul impurificator al apelor reziduale. Epurarea chimică prin coagulare ‐ floculare conduce la o reducere a conținutului de substanțe organice exprimate în CBO5 (consum biochimic de oxigen) de cca. 20 ‐30 % permițând evitarea încărcării excesive a nămolului activ cu substanță organică. Procesul de coagulare ‐ floculare constă în tratarea apelor reziduale cu reactivi chimici, în cazul de față, sulfat feros clorurat şi apă de var, care au proprietatea de a forma ioni comuni cu substanța organica existentă în apă şi de a se aglomera în flocoane mari capabile să decanteze sub formă de precipitat.

Epurarea biologică constă în degradarea compuşilor chimici organici sub

acțiunea microorganismelor în prezența oxigenului dizolvat şi transformarea acestor produşi în substanțe nenocive.

Metodele mecanice aplicate frecvent apelor uzate constau in:

-

Retinerea suspensiilor grosiere din apele uzate, fenomenul se numeste sitare

-

Sedimentarea/ decantarea pentru separarea materialelor solide in suspensie

-

Flotarea, separarea materiilor usoare sau unor suspensii sau materii solide in suspensie, cu structura adecvata greu separabila prin decantare

-

Filtrarea si sentrifugarea aplicate pentru deshidratarea namolului

Metode chimice aplicate apelor uzate urbane:

-

Coagulare-floculare se aplica apelor uzate in scopul coagularii substantelor coloidale

-

Neutralizarea: corectarea ph-ului apelor uzate

-

Schimbul ionic se bazeaza pe insusirea unor substante de a schimba ionii din structura proprie cu ionii din solutia care vin in contact

-

Oxidarea chimica, se aplica apelor uzate care contin substante organice biorezistente sau substante anorganice nedorite

-

Dezinfectia chimica, se distrug anumite microorganism vii prin intermediul unor reactii chimice care difuzeaza in interiorul acestora

Metode biologice:

-

Fermentarea aeroba aplicata in tratamentul apelor uzate in conditii aproape natural sau in instalatii specializate

-

Fermentare anaeroba care se aplica mai rar la epurarea apelor uzate dar se aplica in special pentru stabilizarea namolurilor.

Alegerea uneia sau alteia dintre metode si procedeele apelor uzate se face in functie de compozitia si caracteristicile apelor uzate precum si de cerintele calitatii efluentului evacuate in emisar (gradul de epurare), astfel apele uzate cu incarcatura predominant mineral se trateaza cu metode fizico-chimice, iar apele uzate cu incarcatura predominant organic se trateaza prin mijloace fizico-chimice si biologice. Gradele de epurare practice realizabile in statiile de epurare clasice variaza in jurul valorilor de 40-60-80-90%, in functie de structura statiei si metodele folosite.

Tipuri de statii de epurare a apelor uzate urbane

Epurarea apelor uzate cuprinde, în linii mari, urmãtoarele etape: epurarea mecanicã, epurarea mecano-chimicã, epurarea biologicã a apelor reziduale şi a nãmolului rezultat în urma decantãrii suspensiilor din apã. În mod curent, la debite şi încãrcãri mari, se aplicã o metodã de epurare care înglobeazã o treaptã mecanicã şi una chimicã sau o metodã de epurare mecano-biologicã. Staţiile de epurare grupeazã construcţiile şi instalaţiile pentru epurarea uzate. În funcţie de rolul pe care îl au faţã de epurarea totalitãţii apelor uzate de pe un anumit teritoriu sau centru industrial, ele se clasificã astfel: -

Staţii de epurare locale (sau de preepurare), care au rolul de a epura apele uzate pânã la un grad de purificare necesar pentru a fi deversate în reţelele publice, orasenesti sau uzinale de canalizare, precum şi pentru reţinerea şi valorificarea anumitor substanţe utile pe care le conţin;

-

Staţii de epurare generale, care purificã totalitatea apelor colectate de pe un întreg teritoriul unui oraş sau centru industrial.

In general, in practica se intalnesc:

-

Statii de epurare intr-o singura treapta (Fig.1.1.) : statii de epurare mecanice

-

Statii de epurare in doua trepte (Fig. 1.2.) : epurarea mecanobiologica cel mai frecvent utilizate sau mecanico-chimica

-

Statii de epurare in trei trepte: mecanobiologica plus o treapta de epurare avansata.

Ape uzate (influent)

Dezintegrator

Grătare

impurități impuritățigrosiere grosiere Deznisipatoar e

nisip

Separatoar e de grăsimi nămol primar Decantoare primare Efluent

Platformă de drenaj

nămol deshidratat

Ape de drenaj Receptor (emisar)

Fig. 1.1. Structura unei stații de epurare mecanică (într-o singură treaptă)

Influent

Treapta mecanică

Nămol primar

Ape decantate Treapta chimică Bazin de amestec și reacție

Efluent

Stație de preparare și dozare a reactivilor

Emisar (receptor)

Fig. 1.2. Stație de epurare mecano – chimică, cu treaptă chimică de coagulare – floculare

Epurarea mecanicã Epurarea mecanicã are rolul de a reţine prin procedee fizico-chimice substanţele în suspensie în construcţii şi instalaţii a cãror alcãtuire diferã dupã mãrimea suspensiilor şi a procedeelor utilizate: grãtare, site, dezintegretoare(tocãtoare), deznisipatoare, separatoare de grãsimi, decantoare, filtre, etc. . Epurarea mecanica retine suspensiile grosiere. Pentru retinerea lor se utilizeaza gratare, site, deznisipatoare, separatoare de grasimi si decantoare.

Epurarea mecano-chimicã

Epurarea mecano-chimicã este un procedeu mai complex care înglobeazã o treaptã mecanicã şi una chimicã cu scopul de a îndepãrta substanţele prezente în apã.

Epurarea mecano-biologicã Epurarea biologicã, ce urmeazã trepta mecanice, se bazeazã pe activitatea unor microorganisme care mineralizeazã substanţele organice din apã în prezenţa oxigenului. Epurarea mecanobiologicã poate fi realizatã prin douã grupe mari de construcţii în care epurarea se poate produce în condiţii apropiate de cele naturale – câmpuri de irigaţii, de infiltraţii şi iazuri biologice – din care se colecteazã apele de drenaj şi se varsã ca ape epurate

în emisar şi construcţii în care epurarea biologicã se realizeazã în condiţii artificiale – filtre biologice şi bazine cu nãmol activ. 3333

Rafinarea zahărului. În aceste rafinării se realizează diminuarea, pe cât mai mult posibil, a sărurilor şi a substanţelor nedulci, care influenţează asupra gustului. În acest scop, zahărul brut suferă o epurare preliminară, este dizolvat în apă, este decolorat cu cărbune activ, apoi ca şi zahărul brut, este evaporat sau uscat, cel mai adesea în evaporatoare sub vid, şi i se dă forma dorită. Cărbunele decolorant este de obicei recuperat. Aceste operaţii dau naştere la leşii reziduale şi la ape de spălare. Ca şi la alte ape reziduale, există ape de precipitare provenind de la condensatori cu injecţie.

Extragerea zahărului din melasă. Prin aceste procedee se recuperează zahărul, prin diverse metode de precipiatare, plecand de la melasele furnizate. Zahărul conţinut în melasă este transformat, în proporţie aproximativă de 50% în zaharaţi insolubili în apă, prin fierbere în prezenţa hidroxidului de stronţiu (oxid de stronţiu caustic) sau a hidroxizilor de bariu sau de calciu. Aceşti zaharaţi sunt separaţi de leşia reziduală prin aspirare şi spălare în epuratoare de melasă, apoi sunt descompuşi prin precipitare pe bază de acid carbonic. Soluţia zaharată astfel obţinută este transfornată în zahăr rafinat prin metodele întrebuinţate în mod curent în rafinării. Leşiile produse (leşia brună), dau, după îngroşarea convenabilă şi distilare mai ales, amoniac şi acid cianhidric, ca şi cărbune şi gudroane. Apele de spălare conţin adesea compuşi cianuraţi în cantităşi deloc neglijabile. Tratarea şi detoxificarea acestora se fac cu ajutorul clorurii de var sau a altor oxidanţi. În afară de apele uzate deja menţionate, fabricile de zahăr produc, de asemenea, ape de spălare a sacilor şi a ţesăturilor filtrante, ca şi diverse ape de fabricare şi curăţire. Volumele de ape uzate într-o fabrică de zahăr Totuşi, cea mai mare parte a fabricilor de zahăr lucrează azi cu circuite de apă mai mult sau mai puţin închise în diverse stadii de tratare a sfeclei, căci problema apelor uzate este foarte mult simplificată. Ca urmare, în aceste fabrici, volumul aplor uzate evacuate nu reprezintă, cel mai adesea, decât o mică fracţiune a cifrelor de mai sus. Importanţa acestor

reziduuri depinde de cantitatea de apă proaspătă introdusă în diferitele circuite şi variază în consecinţă de la un caz la altul. Toate aceste tipuri de ape uzate au în comun două caracteristici: un miros dulceag de sfeclă şi un conţinut mai mult sau mai puţin ridicat de zahăr. Cifrele cu privire la compoziţia şi proprietăţile apelor uzate sunt valabile pentru fabrici fără recircularea apelor uzate. Apele de precipitare ajung calde şi nu prezintă în general decât o poluare slabă, provenind de la sucurile precipitate. Din cauza formării spumei de către sucul care se evaporă, apele antrenează câteodată şi mici cantităţi de zahăr şi alte impurităţi. Aspectul lor exterior corespunde cu cel al unei ape de răcire normale. Cea mai puternică poluare o constituie în rafinării efluenţii finali ai melaselor. Aceştia pot fi consideraţi ca un concentrat al sucului de sfeclă, respectiv o pierdere din procentul de zahăr prelucrat. Gradul lor de poluare este de 40 la 50 ori mai mare ca acela al unei ape uzate orăşeneşti normale. Apele uzate de la fabricile de zahăr conţin saponine toxice pentru peşti (10) (limita de toxicitate este de cca 5 mg/dm3), dar ale căror efecte nocive se diminueză totuşi după diluarea efluenţilor de la difuzie şi a apelor de la presele de tăiţei, în proporţie de 5 la 6 ori. Toxicitatea apelor uzate este datorată mai ales conţinutului lor în materii organice uşor degradabile. Procedee, construcţii şi instalaţii de epurare Sedimentare materiilor în suspensie. Regula generală de urmat, pentru sedimentarea materiilor în suspensie, este ca aceasta să fie efectuată rapid şi în mod complet, dat fiind caracterul acestor ape uzate de a fermenta foarte uşor şi că diferitele tipuri de ape uzate trebuie să fie tratate separat. Pentru a reţine din apele uzate aceste suspensii flotante stânjenitoare, diferiţi tehnologi prevăd o întreagă serie de utilaje şi instalaţii speciale. În multe din cazuri se dispun succesiv mai multe utilaje de sitare, cu site având ochiuri de mărimi diferite. Reţinerile astfel obţinute sunt utilizate pentru hrana vitelor, şi mai rar, ca îngrăşăminte. Sedimentarea materiilor minerale (pământoase), căror cantitate variază foarte mult de la o campanie la alta, după condiţiile climatice, structura solului şi condiţiile de transport, se efectua uneori în iazuri sau bazine îngropate de dimensiuni mai mult sau mai puţin importante. Dat fiind mirosurile intense care se degajă şi, de asemenea, în scopul de a elimina apele rezultate din descompunerea marilor cantităţi de nămoluri putrescibile decantate, s-a ajuns azi să se utilizeze instalaţii moderne de decantare, cu timp de staţionare redus. Cea mai mare parte a fabricilor de zahăr, bazându-se pe tehnologiile utilizate pentru epurarea apelor uzate orăşeneşti, reţin mai întâi nisipul în desnisipatoare ca fracţiunea cu greutatea specifică cea mai mare. Aceasta permite deja să se reducă volumul nămolurilor cu aproximativ 1/3 (1, 10, 11). În multe cazuri se instalează în desnisipator dispozitive care evacuează în mod continuu nisipul, şi-l încarcă în camioane sau vagoneţi. Desnisipatoarele au dat rezultate deosebit de bune pentru separarea nisipului din această categorie. Hidrocicloanele sunt de asemenea potrivite pentru epurarea grosieră a apelor de transport şi spălare a sfeclei destinată recirculării. Efectul epurării într+un hidrociclon depinde în mod esenţial de caracteristicile sale de construcţie, dar şi într-o anumită măsură, de naturaterenului de cultivare a sfeclei. Eficienţa epurării într-un hidrociclon este, de exemplu, de 75 la 85% pentru un teren argilos şi de 85 la 95% pentru un sol nisipos; este posibil totuţi, prin folosirea unui hidrociclon cu două etaje, să se amelioreze epurarea astfel încât să nu mai existe dificultăţi datorate calităţii apelor în procesul de recirculare. Continuitatea funcţionării şi

trecerea unui debit constant de ape uzate sunt condiţii importante pentru reuşita sedimentării din hidrocicloane. Concentraţia apelor uzate nu trebuie să depăşească 1000 md/dm3, pentru a evita riscurile de obturare a ţevilor de legătură. Instalaţiile moderne, dacă sunt dimensionate în mod convenabil, au un randament de epurare suficient pentru a permite reutilizarea apelor epurate ca ape de transport şi spălare. Trebuie în acest caz să se evite procesul de descompunere printr-o clorurare a apei. Entru evacuarea directă într-un emisar, o epurare mai avansată este totuşi indispensabilă. Cu un conţinut în apă de 40 până la 50%, nămolurile obţinute pot fi pompate cu uşurinţă, şi prin urmare, eliminate uşor şi în flux continuu. Pompate pe terenuri cu valoare scăzută, aceste nămoluri se pot usca până la primăvara următoare şi îmbogăţesc solul în humus, necesar culturii plantelor timp de mai mulţi ani. Epurarea biologică avansată a apelor uzate. Perioada de început de toamnă în care porneşte campania de fabricare a zahărului este, sub aspectul debitelor şi capacităţii de autoepurare a râurilor, în mod normal defavorabilă.